陽極銅定量澆鑄系統(tǒng)提升改造

黃 麗

（云南省楚雄市楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司，云南 楚雄 675000）

1 前言

楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司在生產(chǎn)、技改兩不誤的情況下，于2017 年完成產(chǎn)能提升技術(shù)改造項(xiàng)目建設(shè)，主流程為艾薩爐熔煉+沉降電爐分離+P-S 轉(zhuǎn)爐吹煉+固定式陽極爐火法精煉，所用固定式陽極爐精煉系統(tǒng)為2013 年實(shí)施建設(shè)，系統(tǒng)主要設(shè)備包含2 臺(tái)80t 陽極爐、2 臺(tái)M20 圓盤澆鑄機(jī)以及配套的氧化系統(tǒng)、還原系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等。設(shè)計(jì)澆鑄能力40t/h。按照公司整體發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，滇中有色計(jì)劃年產(chǎn)陽極銅150kt。

2 定量澆鑄系統(tǒng)情況

2.1 定量澆鑄系統(tǒng)配置

滇中有色的陽極銅定量澆鑄系統(tǒng)采用國內(nèi)傳統(tǒng)的工藝設(shè)備，主要包括2 臺(tái)M20 陽極銅澆鑄機(jī)，帶中間包、鑄造澆包、冷卻系統(tǒng)、取板系統(tǒng)、撈板系統(tǒng)、鑄模噴涂系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)等。澆鑄能力40t/h。

2.2 定量澆鑄系統(tǒng)工作原理

熔融銅通過固定流槽連續(xù)從陽極爐中流入澆鑄和稱量的中間包。中間包接收到澆鑄包的允許倒銅信號(hào)后，銅液從中間包倒入澆鑄包。澆鑄包由稱量設(shè)備支撐，澆鑄包達(dá)到預(yù)設(shè)重量，中間包收回，回到原位。當(dāng)圓盤澆鑄機(jī)上的鑄模到位時(shí)，發(fā)出到位信號(hào)，澆鑄包開始按照預(yù)設(shè)的澆鑄曲線向空模內(nèi)注入銅水，控制系統(tǒng)準(zhǔn)確地控制澆鑄包的傾動(dòng)，使得倒出的銅量與希望的陽極膜重量相等，注入膜內(nèi)的銅水重量達(dá)到預(yù)設(shè)重量時(shí)，澆鑄包返回到原位，同時(shí)發(fā)出信號(hào)給鑄造輪，允許轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)中間包再次向澆鑄包鑄銅液時(shí)，圓盤澆鑄機(jī)將下一個(gè)空模轉(zhuǎn)到澆鑄位置。鑄好的模子依次進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，在冷卻系統(tǒng)中，模子從底部冷卻，而陽極銅從上表面通過噴淋系統(tǒng)冷卻，根據(jù)紅外線測(cè)溫儀測(cè)出模溫，調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的水量。

冷卻陽極銅進(jìn)入檢查站后，通過預(yù)頂起裝置頂起陽極銅，使陽極銅從模子中松開。而后通過取板裝置取出后將其放入冷卻水槽中。陽極銅被放置在冷卻水槽的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)上，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)前進(jìn)一段距離，讓出下一塊陽極銅的位置。當(dāng)陽極銅塊數(shù)達(dá)到期望的數(shù)量時(shí)，就可將成品陽極銅由行車從冷卻槽中吊走。

陽極銅取出后，頂針自動(dòng)復(fù)位，不能復(fù)位的由人工錘擊復(fù)位。復(fù)位后，圓盤轉(zhuǎn)至下一工位，空模子到達(dá)涂模系統(tǒng)。

至此，一塊陽極銅澆鑄的作業(yè)周期全部完成?？漳＾D(zhuǎn)至澆鑄位，進(jìn)入下一塊陽極銅的作業(yè)周期，周而復(fù)始至銅液澆鑄完畢。

2.3 定量澆鑄性能指標(biāo)控制要求

2.3.1 陽極板澆鑄重量

270kg±5。

2.3.2 陽極板物理尺寸

板厚：44mm±2，板寬：836mm±4，板長：866mm±4，耳厚：34mm±3，耳距：1172mm±8。

3 存在的問題及原因分析

3.1 設(shè)備與計(jì)劃產(chǎn)能不匹配

按照公司整體發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，滇中有色陽極爐不但要滿足本公司陽極銅的產(chǎn)能需求，還要滿足將兄弟單位部分粗銅進(jìn)一步精煉成陽極銅的產(chǎn)能要求，2019 年公司計(jì)劃年產(chǎn)陽極銅150kt，而2013 年設(shè)計(jì)的陽極銅精煉系統(tǒng)產(chǎn)能僅為年產(chǎn)陽極銅100kt。計(jì)劃產(chǎn)能較設(shè)計(jì)產(chǎn)能提高近50%，這樣的產(chǎn)能提升改造對(duì)設(shè)備是極大的考驗(yàn)。這需要從粗銅進(jìn)入陽極爐開始，將陽極銅精煉的工藝流程所涉及的設(shè)備都做一個(gè)產(chǎn)能評(píng)估。

3.2 陽極銅合格率較低

根據(jù)2016 年全年的陽極銅生產(chǎn)記錄情況，陽極銅的合格率僅為91.59%，其中約5%的陽極銅版面厚薄不均勻。約1%的陽極銅存在耳部澆鑄不飽滿鑄模夾耳，而不產(chǎn)生扭曲變形。約1%的陽極銅存在脫模時(shí)彎曲、變形的問題，而其余1.41%的陽極銅，或多或少都有飛邊和毛刺。產(chǎn)品合格率較低。

3.3 設(shè)備方面原因分析

（1）圓盤澆鑄機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)。圓盤在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，因機(jī)械慣性作用，易產(chǎn)生廣東，此時(shí)陽極銅未完全凝固，導(dǎo)致出現(xiàn)陽極銅厚薄不均勻、產(chǎn)生飛邊、毛刺等。

（2）陽極鑄模擺放不平整，如果鑄模在圓盤上不水平，則會(huì)出現(xiàn)一邊薄，一邊厚的現(xiàn)象。

（3）銅液澆鑄速度控制不均勻，影響澆鑄的質(zhì)量和精度。

3.4 操作方面原因分析

冷卻操作過早，陽極銅冷卻主要通過上部冷卻和下部冷卻兩種方式。陽極銅噴水冷卻前，銅液表面需要凝固，若陽極銅板中心未收心，噴水冷卻，陽極銅易產(chǎn)生水包。

通過對(duì)滇中有色存在的兩個(gè)問題及原因分析情況來看，要想提高陽極板產(chǎn)量及質(zhì)量，對(duì)圓盤澆鑄系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造已勢(shì)在必行。

4 提升改造措施

4.1 方案比選

方案一、將現(xiàn)有圓盤澆鑄機(jī)盤面進(jìn)行擴(kuò)大，在每臺(tái)上增加10 個(gè)模，達(dá)到提產(chǎn)目標(biāo)。經(jīng)過初步核算，實(shí)行該方案需要開展以下工作：（1）重新對(duì)圓盤澆鑄系統(tǒng)區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃布置，廠房需要由現(xiàn)在的21 米跨擴(kuò)大至26 米跨；（2）對(duì)圓盤澆鑄系統(tǒng)區(qū)域所有老的設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行拆除，重新設(shè)計(jì)施工新基礎(chǔ)；（3）購買新設(shè)備，新儀控系統(tǒng)。（4）老系統(tǒng)拆除費(fèi)加上新系統(tǒng)購置安裝、廠房擴(kuò)大等，改造費(fèi)用約1100 萬元左右。（5）改造期間陽極爐需要停產(chǎn)4個(gè)月左右，如若在公司年度檢修時(shí)開展，則還需另行停產(chǎn)3 個(gè)月左右，陽極銅按照原計(jì)劃將減產(chǎn)4.03 萬噸。

此方案的缺點(diǎn)：改造費(fèi)用高，重新布局規(guī)劃，改造工期較長，影響公司全年的生產(chǎn)經(jīng)營計(jì)劃。

此方案的優(yōu)點(diǎn)：圓盤澆鑄面加大，每一塊陽極銅的澆鑄周期不變，澆鑄速度、冷卻速度等不變，液壓控制系統(tǒng)，PLC 控制系統(tǒng)可利舊；

方案二：保留現(xiàn)圓盤澆鑄系統(tǒng)的整體布局設(shè)計(jì)，在現(xiàn)布局的基礎(chǔ)上對(duì)圓盤澆鑄設(shè)備平穩(wěn)性、澆鑄速度、冷卻速度、儀控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)進(jìn)行提升改造。經(jīng)過考察、分析、核算，實(shí)行該方案需要開展以下工作：（1）重新購買M20 型圓盤澆鑄機(jī)；（2）對(duì)現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行局部調(diào)整改造；（3）按照重新核算的用水量，對(duì)圓盤澆鑄系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行提升改造，重新購買冷卻水泵等；（4）按照新的操作需求，重新購買儀控系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行重新組態(tài)設(shè)計(jì)；（5）通過初步核算，改造費(fèi)用約480 萬元左右。（6）改造期間陽極爐需要停產(chǎn)1.5 個(gè)月左右，如若在公司年度檢修時(shí)開展，則還需另行停產(chǎn)0.5 個(gè)月左右，陽極銅按照原計(jì)劃將減產(chǎn)0.68 萬噸。

此方案的缺點(diǎn)：（1）利舊設(shè)備比較多，問題檢查和排查的工作量比較大，對(duì)排查人員和維修人員的技術(shù)水平要求高。（2）控制精度要求提高，現(xiàn)場(chǎng)的儀表控制設(shè)備檔次提高，費(fèi)用較高。

此方案的優(yōu)點(diǎn)：改造費(fèi)用最低，系統(tǒng)整體布局無需改動(dòng)，設(shè)備基礎(chǔ)不需要做大的調(diào)整改動(dòng)，僅需要進(jìn)行局部修整。液壓控制系統(tǒng)的設(shè)備可利舊，PLC 控制系統(tǒng)需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)組態(tài)，現(xiàn)有設(shè)備已有余量滿足改造需求；

通過對(duì)二個(gè)方案進(jìn)行比較，最終決定采用方案二，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行提升改造。

4.2 具體措施

4.2.1 中間包與澆鑄包機(jī)械部分改造

現(xiàn)有油路能正常使用，改造要求實(shí)現(xiàn)定量澆鑄,中間包機(jī)構(gòu)須運(yùn)行平穩(wěn)，無抖動(dòng),需重新設(shè)計(jì)中間包的控制油路系統(tǒng)，采用現(xiàn)有澆包比例閥進(jìn)行改造；更換中間包油缸，確保中間包翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)，合理；

更換2 臺(tái)電子稱,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量澆鑄功能，將澆鑄包的重量信號(hào)，電子秤的重量信號(hào)送至PLC,用于定量澆鑄控制。在觸摸屏上控制澆鑄相關(guān)參數(shù)，要求運(yùn)行控制速度可調(diào)，澆包秤稱量精度±2Kg，澆包秤載荷強(qiáng)度＞5 噸；

4.2.2 圓盤機(jī)械部分改造

保證外形及定位尺寸，對(duì)現(xiàn)有圓盤圖紙進(jìn)行優(yōu)化，重新加工一套圓盤的盤面，含輻射梁、外系梁、內(nèi)系梁、中心支架，不含齒輪、軌道及傳動(dòng)裝置，用于更換現(xiàn)有的其中一臺(tái)圓盤。

將現(xiàn)有軌道拆除，加工新的軌道，輥道上移安裝于圓盤上，軌道寬度130mm，重新加工“H 型”鋼，且焊接有21 個(gè)均分的托輥安裝底板，每個(gè)安裝底板上安裝有四個(gè)通孔，用于固定托輥。

圓盤上重新加工圓弧齒輪，新的圓弧齒輪，大齒輪分度圓直徑與現(xiàn)有大齒輪相同，安裝時(shí)吊掛在圓盤徑向梁上，小齒輪安裝在減速機(jī)輸出軸；更換圓盤驅(qū)動(dòng)減速機(jī)及電機(jī)，電機(jī)使用伺服電機(jī)，且電機(jī)、減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)與圓盤運(yùn)行時(shí)所需力矩相匹配。

4.2.3 電氣控制系統(tǒng)改造

各模塊采用獨(dú)立的PLC 控制，每個(gè)圓盤一個(gè)單獨(dú)PLC 控制，澆鑄部分和外圍的其他部分用PLC 控制。以達(dá)到提升改造的可靠性與及時(shí)性。

4.2.4 取板裝置改造

新增換頂針位置：在一個(gè)空鑄模的位置上安裝有一個(gè)液壓提升系統(tǒng)，方便更換頂針。

5 效果

系統(tǒng)改造項(xiàng)目在滇中有色公司2017 年4 月份年度大修時(shí)施工，總工期45 天，單機(jī)調(diào)試成功后進(jìn)行系統(tǒng)帶負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試車。通過72 小時(shí)帶負(fù)荷聯(lián)動(dòng)試車沒有問題后一次性投入生產(chǎn)。自系統(tǒng)提升改造后，滇中有色陽極銅的產(chǎn)量從9.16 萬噸/年提升至15.68 萬噸/年陽極銅的合格率從改造前的91.59%提升至98.73%。改造效果顯著。

6 小結(jié)

通過對(duì)陽極銅定量澆鑄系統(tǒng)進(jìn)行提升改造，滇中有色的不但達(dá)到了陽極銅生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)量，而且陽極銅的質(zhì)量也得到了大幅度的提升。且系統(tǒng)自運(yùn)行以來至今，設(shè)備狀態(tài)較為良好。為此，說明滇中有色公司陽極銅定量澆鑄系統(tǒng)提升改造決策是成功的。