陽極銅定量澆鑄工藝概述

孫中義

摘要：近年來，我國通過自主研發(fā)和借鑒國外先進的生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)出自主的圓盤定量澆鑄系統(tǒng)，逐漸滿足了國內(nèi)銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，改變了定量澆鑄技術(shù)以奧拓昆普為代表的外國公司壟斷的局面。文章介紹了陽極板的生產(chǎn)工藝流程、圓盤澆鑄機的主體結(jié)構(gòu)、定量澆鑄等，實現(xiàn)了我國自主開發(fā)的圓盤定量澆鑄系統(tǒng)對銅冶煉生產(chǎn)產(chǎn)能的需求。

關(guān)鍵詞：陽極板；雙圓盤；定量澆鑄；銅冶煉技術(shù)；電解銅 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG248 文章編號：1009-2374（2015）29-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.045

如何生產(chǎn)出符合電解標準的銅板是生產(chǎn)電解銅的重要工序。根據(jù)生產(chǎn)工藝的流程，在電解銅冶煉的整個生產(chǎn)過程中，將熔融狀態(tài)的銅水在經(jīng)過定量測試后澆鑄成符合電解要求的銅板，而符合要求的銅板在電解的作用下，將會產(chǎn)生高純度的電解銅。

近年來，我國通過自主研發(fā)和借鑒國外先進的生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)出自主的圓盤定量澆鑄系統(tǒng)，逐漸滿足了國內(nèi)對銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，這改變了定量澆鑄技術(shù)以奧拓昆普為代表的外國公司壟斷的局面。

1 陽極板的生產(chǎn)工藝流程

陽極板的生產(chǎn)主要是稱重系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計要求，將系統(tǒng)中的銅水按照特定量灌入模具內(nèi)，當模子中銅水達到設(shè)置量后定量稱重系統(tǒng)復(fù)位。緊接著圓盤澆鑄機驅(qū)動程序接收到信號電機驅(qū)動圓盤，將下一個空模位移至設(shè)定的澆鑄位置，準備下一個空模子的澆鑄工序。在澆鑄機定量澆鑄銅水時，噴淋和噴涂系統(tǒng)相應(yīng)地同時完成自己的工序。模子中的銅水主要是靠噴淋系統(tǒng)來進行冷卻，噴涂系統(tǒng)主要是為空模子噴涂防黏材料，壓模裝置此時在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下固定模子，模子底部的液壓缸做一個往復(fù)的頂起運動，松動模子中的銅板，便于提取機提取。提取機及水槽傳動系統(tǒng)也在圓盤停頓的間隙中工作，提取機將到達位的銅板取出并放置到水槽中。水槽傳動系統(tǒng)則根據(jù)提取機工作的信號，將放置到水槽中的銅板傳輸?shù)街付ǖ奈恢谩?/p>

2 雙圓盤定量澆鑄機

2.1 雙圓盤定量澆鑄機的澆鑄工藝描述

經(jīng)過熔化、氧化-還原除雜精煉后，打開陽極爐出銅口，銅液經(jīng)流槽注入中間包。待中間包內(nèi)達到一定量的銅液時，便開始往放在一號電子稱上的澆鑄包灌注銅液，稱量系統(tǒng)對注入的銅液進行連續(xù)計量稱重，當澆鑄包內(nèi)的銅液達到設(shè)定的重量時，中間包返回至等待位置并繼續(xù)反方向往二號電子秤上的澆鑄包灌注銅液。

此時一號圓盤上的空模停留在澆鑄位置，一號澆鑄包開始向圓盤的空模進行定量澆鑄，當模子內(nèi)的銅液達到所設(shè)定陽極板的單重時，澆鑄包自動返回等待位置，圓盤轉(zhuǎn)動一個模位。

當中間包再次向一號澆鑄包澆鑄銅液時，一號圓盤將下一個空模子轉(zhuǎn)到澆鑄位置進行澆鑄，澆鑄好的陽極板便依次進入噴淋冷卻區(qū)，尚未完全凝固的陽極板在這里得到均勻的強制冷卻。

同時，模溫檢測裝置對鑄模溫度進行檢測，模溫低于設(shè)定值時噴淋系統(tǒng)關(guān)閉相應(yīng)的噴淋閥組，模溫超過設(shè)定值時，噴淋系統(tǒng)開啟相應(yīng)的噴淋閥組，調(diào)整鑄模溫度保持在合理溫度范圍。

從噴淋區(qū)出來的陽極板隨后轉(zhuǎn)至預(yù)頂起（廢陽極）位置，在壓模裝置啟動壓住模子后，預(yù)頂起裝置上升并將陽極板頂起，廢品陽極板在這里被廢板機械手吊離銅模進入廢陽極料斗，合格的陽極板則隨圓盤運行進入成品機械手-水槽位置。頂起裝置將陽極板頂起，成品機械手將陽極板從圓盤內(nèi)取出放入水槽內(nèi)進一步冷卻。

進入水槽內(nèi)的陽極板通過水槽運輸機步進50mm后停止等待。取板機設(shè)有自動計數(shù)功能，當成垛累積達設(shè)定數(shù)量后，冷卻水槽中的鏈式輸送機便將整垛的陽極板送到水槽尾部，水槽尾部的堆垛提升裝置將陽極板提升起來，叉車再將成品陽極板叉運至陽極堆場。

被提取機取走陽極板的空銅模繼續(xù)轉(zhuǎn)至噴涂區(qū)，噴涂裝置將空模進行噴涂處理，在空模上覆蓋一層脫模劑。噴涂好的空槽再次進入澆鑄位置進行澆鑄。

二號圓盤依次完成所有澆鑄動作。

至此一塊陽極板的澆鑄周期完成。

如此循環(huán)往復(fù)作業(yè)，直至陽極爐內(nèi)銅水無法正常流動，堵住陽極爐出銅口，待叉車將全部陽極板從水槽中取出，澆鑄結(jié)束。

2.2 雙圓盤定量澆鑄機的結(jié)構(gòu)概述

雙圓盤定量澆鑄系統(tǒng)主要包含六大子系統(tǒng)：量稱重及澆鑄系統(tǒng)、圓盤驅(qū)動系統(tǒng)、陽極板提取系統(tǒng)、噴淋及噴涂系統(tǒng)、水槽傳動驅(qū)動系統(tǒng)、壓模及廢模處理裝置。其中雙圓盤澆鑄機擁有兩個相互獨立工作的澆鑄圓盤，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使得生產(chǎn)者根據(jù)不同型號的澆鑄模子同時澆鑄出不同規(guī)格型號的銅板。例如M18雙圓盤澆鑄機的主要參數(shù)如下：澆鑄能力，85～100t/h；單塊陽極板質(zhì)量，175/360kg（澆鑄銅板的規(guī)格有兩種）；陽極板合格率，98%。

3 陽極板澆鑄系統(tǒng)

3.1 陽極板定量澆鑄系統(tǒng)

能否獲得合格的陽極板，能否獲得精確、穩(wěn)定、可靠自動定量澆鑄，是圓盤落鑄機中的核心部分。

每套18模雙圓盤陽極澆鑄及定量澆鑄系統(tǒng)包括：1個中間包；1個中間包支架；1個中間包傾轉(zhuǎn)驅(qū)動油缸；1個油缸隔熱屏；1套中間包稱重裝置；2臺電子秤；2個澆鑄包以及傳感器；2套多功能稱重模塊和控制系統(tǒng)。

定量澆鑄專用的三點支撐電子秤，有效地利用了三角形的穩(wěn)定性，托利多的多功能稱重模塊和傳感器電荷平衡式模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波處理技術(shù)，消除了模擬電路的重量變送器所固有的飄浮及反復(fù)標定現(xiàn)象。

多功能稱重模塊通過對稱重傳感器（組）輸出的弱重量信號進行數(shù)字處理，輸出相應(yīng)的4～20mA模擬量電信號至用戶的上位系統(tǒng)。通過PLC和上位機程序?qū)χ亓啃盘栠M行處理，中間包的容量為3500kg，中間包的傾轉(zhuǎn)靠油缸驅(qū)動，采用兩個油缸分別完成兩個方向的驅(qū)動，使得兩個圓盤澆鑄機的控制能夠完全獨立，以便使單個圓盤澆鑄機能夠在互不影響的條件下完成澆鑄或者單個圓盤使用。

中間包支架中設(shè)置了電子秤，能夠在澆鑄過程中顯示中間包中的銅水量，便于隨時掌控銅水量，調(diào)整出銅口的流量，不參與定量澆鑄。

3.2 圓盤機架驅(qū)動系統(tǒng)

圓盤機架由變徑梁、大系梁、小系梁、柵格板、中心環(huán)閉蓋板、面板、防護板組成。

圓盤驅(qū)動采用伺服電機+絕對值軸編碼器+伺服控制器的雙電機驅(qū)動。扭矩大、旋轉(zhuǎn)精度高、全閉環(huán)控制，可以精確地定位和調(diào)整運行曲線，具有很好的穩(wěn)定性和抗惡劣環(huán)境的能力；并且采用伺服驅(qū)動器控制，選用雙電機驅(qū)動模塊功能強大、可靠性高、能實現(xiàn)對電機的各種控制，接合伺服電機自身的旋轉(zhuǎn)編碼器能很好地反饋圓盤運行時的轉(zhuǎn)動曲線精確控制圓盤的運行狀態(tài)，同時圓盤定位不使用限位開關(guān)定位，限位開關(guān)只是監(jiān)控圓盤初始位。在液晶顯示屏幕上動態(tài)顯示圓盤模位的運行位置，并可在任意狀態(tài)下設(shè)置廢板和壞模。

4 冷卻噴淋系統(tǒng)

每臺圓盤設(shè)置8個模位冷卻噴淋，采用上下噴淋及4組側(cè)噴淋。鑄模溫度檢測采用紅外溫度檢測儀，PLC接受測溫儀數(shù)據(jù)后自動開啟或關(guān)閉噴淋管的氣控蝶閥調(diào)節(jié)噴淋水量，保證銅模溫度在設(shè)定的溫度范圍，使陽極板能順利從銅模中脫出。

5 陽極提取和傳送系統(tǒng)

取板機形式：抱腰式取板機構(gòu)。

提取裝置將陽極板放到鏈條輸送機上，擋板使陽極板保持它的位置。輸送機鏈條向前移動一步，便留下一塊極板的空隙放置下一塊陽極板。通過這種方式，預(yù)設(shè)定好數(shù)量的陽極板被收集為一垛。

當一垛陽極板收集完后，輸送機把它傳送到提升裝置，提升裝置提起陽極垛，叉車把陽極垛運走，可從控制系統(tǒng)改變陽極垛的數(shù)量。

6 廢陽極提取和預(yù)頂起系統(tǒng)

廢板取出機構(gòu)為抱腰式機構(gòu)，夾持裝置為可調(diào)整的油缸結(jié)構(gòu)。

驅(qū)動方式：液壓馬達+減速機+聯(lián)軸器+轉(zhuǎn)臂支撐結(jié)構(gòu)+平行機構(gòu)+轉(zhuǎn)臂+抱夾。

陽極板被判定為廢板由稱量的重量及操作人員兩種情況，使用PC監(jiān)視器鍵盤記錄下該陽極板。當它到達檢驗工位時，廢板機將它提出。

手動控制系統(tǒng)安裝在設(shè)備旁，設(shè)備的所有動作都可手動控制。

7 結(jié)語

中條山有色金屬集團有限公司北方銅業(yè)垣曲冶煉廠根據(jù)集團公司的發(fā)展戰(zhàn)略，通過淘汰落后工藝，采用2×φ8000雙圓盤定量澆鑄機替代原有的φ9200單圓盤澆鑄機，實現(xiàn)了生產(chǎn)產(chǎn)能達到10萬t/a的能力，同時滿足了陽極板質(zhì)量的要求。

（責任編輯：秦遜玉）