銅模澆鑄機(jī)的研制與應(yīng)用

彭 剛

（江西銅業(yè)集團(tuán) 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

在銅冶煉行業(yè)，銅陽(yáng)極板圓盤澆鑄機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用；陽(yáng)極板模具作為圓盤澆鑄機(jī)生產(chǎn)過程中消耗量大的主要備件，有鋼模和銅模兩種不同的材質(zhì)，各家銅冶煉廠根據(jù)自身情況選擇應(yīng)用。鋼模需要向由專業(yè)鑄造廠采購(gòu)且使用壽命普遍較低，將大幅增加噸銅的加工成本。銅模則可自行澆鑄產(chǎn)出，報(bào)廢的銅模返回轉(zhuǎn)爐作為廢銅處理。銅模因其使用壽命長(zhǎng)、原材料金屬銅可在熔煉車間內(nèi)部循環(huán)利用等優(yōu)勢(shì)成為了多數(shù)大型銅冶煉工廠的主流選擇［1］。但自行澆鑄銅模的工廠，普遍采用行車吊運(yùn)陽(yáng)極銅在熔煉主廠房進(jìn)行澆鑄的生產(chǎn)工藝，此工藝自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)效率不高?，F(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況研制一套銅模澆鑄機(jī)，以達(dá)到提高銅模制造工藝的自動(dòng)化水平的目的。

1 銅模生產(chǎn)及消耗現(xiàn)狀情況

1.1 銅模的使用情況

貴溪冶煉廠熔煉車間陽(yáng)極爐工序共有3臺(tái)圓盤澆鑄機(jī)，均使用銅模作為陽(yáng)極板的模具。三臺(tái)澆鑄機(jī)共裝有104塊銅模進(jìn)行澆鑄作業(yè)。陽(yáng)極板澆鑄時(shí)高溫熔體反復(fù)地沖刷銅模，且銅模溫度在急冷急熱不斷變化下，導(dǎo)致銅模容易變形、分層、開裂等損壞，銅模的完好情況為影響陽(yáng)極板合格率的關(guān)鍵因素［2］。因此銅模的更換量較大，其使用壽命大約為1 000 t銅／塊；貴溪冶煉廠按月均澆鑄陽(yáng)極銅約8萬t，月均需報(bào)廢銅模80塊。

1.2 銅模的生產(chǎn)流程

銅模的澆鑄需要在熔煉主廠房留出一塊相對(duì)開闊的空地，工人在行車或叉車的配合下組裝好鋼制母模，準(zhǔn)備好干凈的粗銅包放置在陽(yáng)極爐爐口下方。當(dāng)陽(yáng)極爐完成氧化、還原精煉，準(zhǔn)備開始澆鑄陽(yáng)極板之前，從爐口倒出足量的陽(yáng)極銅到粗銅包內(nèi)，然后由行車粗銅包吊運(yùn)至組裝好的母模上方，行車駕駛員在地面人員的指揮下，進(jìn)行銅模澆鑄作業(yè)。澆鑄完成后，行車將剩銅返回陽(yáng)極爐重新精煉，工人在行車或叉車的配合下拆除母模蓋板和邊框，將澆鑄成型的銅模脫出［3］。

1.3 行車澆鑄存在的問題

行車澆鑄銅模的方法沿用多年，雖然操作比較便捷，但存在安全、質(zhì)量、銅金屬損失較多等幾方面的問題：（1）冶金行車吊運(yùn)大型鋼包要對(duì)準(zhǔn)模具窄小的澆鑄口存在較大的操作難度，而且澆鑄過程行車操作工很難清晰觀察到鋼包嘴和模具的澆鑄口，需要另由他人指揮，指揮人員和駕駛?cè)藛T協(xié)同配合不好可能引發(fā)安全事故；（2）指揮人員和駕駛?cè)藛T配合不協(xié)調(diào)容易出現(xiàn)澆鑄停頓，導(dǎo)致銅模分層，質(zhì)量不佳，如未對(duì)準(zhǔn)澆鑄口則會(huì)導(dǎo)致熔體澆在模蓋上四處飛濺；（3）用粗銅包澆鑄時(shí)陽(yáng)極銅表面帶渣被澆入模具內(nèi)，導(dǎo)致銅模夾渣，質(zhì)量不佳，包子嘴凝結(jié)的渣塊較大時(shí)流出的熔體呈散開的瀑布狀，部分熔體潑灑至模蓋及周邊地面；（4）澆鑄所用的陽(yáng)極銅由爐前操作人在澆鑄開始前從爐口倒出，具體銅量則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，一般倒銅量都會(huì)偏多，澆鑄剩下的陽(yáng)極銅由于被粗銅包內(nèi)的包殼污染，只能作為粗銅返回另一臺(tái)陽(yáng)極爐，造成陽(yáng)極銅的損失；倒銅過少則會(huì)出現(xiàn)澆鑄半塊廢模的情況；（5）陽(yáng)極爐爐口頻繁地倒銅對(duì)爐口水套的損耗較大，也不利于陽(yáng)極爐生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

2 銅模澆鑄機(jī)的研制

2.1 技術(shù)方案

研制一種自動(dòng)化程度高、實(shí)用、可靠的銅模澆鑄機(jī)，安裝在陽(yáng)極爐的圓盤澆鑄機(jī)廠房，解決用粗銅包澆鑄陽(yáng)極板銅模時(shí)熔體飛濺大，不安全的問題。該銅模澆鑄機(jī)包含固定溜槽、中間包及其傾轉(zhuǎn)裝置、液壓站、電動(dòng)臺(tái)車及其軌道四部分。固定溜槽用于導(dǎo)流陽(yáng)極銅熔體；中間包一側(cè)設(shè)有澆鑄嘴用于向母模內(nèi)澆鑄銅水，同時(shí)起到緩存銅液的作用；液壓站為中間包傾轉(zhuǎn)裝置的油缸提供動(dòng)力；電動(dòng)臺(tái)車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)可在直線軌道上往復(fù)行駛，臺(tái)車上放置母模。該臺(tái)車式銅模澆鑄機(jī)所有操作由遙控器遠(yuǎn)程控制，操作工遠(yuǎn)離澆鑄區(qū)域，精準(zhǔn)控制熔體澆鑄量，澆鑄過程銅水飛濺少，具有自動(dòng)化程度高、安全性能好、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)。

2.2 工藝流程與現(xiàn)場(chǎng)布局

銅模澆鑄機(jī)安裝在陽(yáng)極爐爐后圓盤澆鑄機(jī)一旁。通過固定溜槽將銅模澆鑄機(jī)與爐后活動(dòng)溜槽出口相連；通過活動(dòng)溜槽兩個(gè)出口的開閉來控制陽(yáng)極銅導(dǎo)流至銅模澆鑄機(jī)或圓盤澆鑄機(jī)。在每爐次澆鑄陽(yáng)極板之前先將陽(yáng)極銅導(dǎo)流至銅模澆鑄機(jī)進(jìn)行銅模澆鑄作業(yè)，銅模澆鑄完成后再切換回圓盤澆鑄機(jī)進(jìn)行陽(yáng)極板澆鑄作業(yè)，澆鑄過程可連續(xù)不中斷。銅模澆鑄機(jī)可采用遙控器進(jìn)行遙控操作，讓操作工遠(yuǎn)離澆鑄現(xiàn)場(chǎng)，改善勞動(dòng)環(huán)境。銅模澆鑄機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布局如圖1所示。

圖1 銅模澆鑄機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布局圖

3 銅模澆鑄機(jī)應(yīng)用效果

新研制的銅模澆鑄機(jī)所有操作可由遙控器遠(yuǎn)程控制，易于掌控熔體澆鑄量，澆鑄過程銅水飛濺少；操作工遠(yuǎn)離澆鑄區(qū)域，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；具有自動(dòng)化程度高、安全性能好、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)。該銅模澆鑄機(jī)投產(chǎn)后，銅模澆鑄不再需要主廠房的行車配合，澆鑄場(chǎng)地從熔煉主廠房轉(zhuǎn)移到爐后澆鑄機(jī)廠房，取得了以下效果：（1）規(guī)避了行車、叉車在熔煉主廠房交叉作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)；（2）提高銅模澆鑄的自動(dòng)化水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少澆鑄過程中的銅渣飛濺，改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；（3）杜絕陽(yáng)極銅帶渣，銅模澆鑄過程連續(xù)每塊模具一次成型，提高產(chǎn)品質(zhì)量［4］；（4）易于精準(zhǔn)控制熔體澆鑄量，實(shí)現(xiàn)銅模駝背大小一致，有利于提高銅模壽命［5］；（5）銅模澆鑄與陽(yáng)極板澆鑄過程連續(xù)進(jìn)行，不再有剩銅回爐損失；（6）消除了爐口頻繁地倒銅對(duì)爐口水套的損耗。

4 銅模澆鑄機(jī)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

銅模澆鑄機(jī)的應(yīng)用主要經(jīng)濟(jì)效益在于提高了銅模的質(zhì)量，延長(zhǎng)了銅模使用壽命［6］。銅模壽命由1 000 t銅／塊，提高至1 200 t銅／塊，貴溪冶煉廠熔煉一系統(tǒng)按月均澆鑄4萬t陽(yáng)極銅計(jì)算，每月可減少銅模用量7塊。（1）減少?gòu)U銅回爐再冶煉成本。銅模重4 t／塊，廢銅回爐冶煉成本400元／t，回爐再冶煉需消耗成本1 600元／塊，每月可節(jié)約燃料成本1.1萬元；（2）澆鑄一塊銅模，母模的折舊費(fèi)用約為3 500元，組裝母模的輔助材料，消耗成本約為500元，每塊銅模的澆鑄成本約為0.4萬元，每月節(jié)約模具成本2.8萬元。其次銅模澆鑄機(jī)澆鑄時(shí)熔體飛濺少、消除了粗銅包內(nèi)的剩銅，提高了工序內(nèi)的金屬直收率。每月減少?gòu)U銅產(chǎn)出40 t／月，廢銅回爐冶煉成本400元／t，每月可節(jié)約成本1.6萬元。

5 結(jié)束語(yǔ)

新研制的銅模澆鑄機(jī)自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量好、可提升工序內(nèi)金屬直收率。該設(shè)備投資規(guī)模不大，可在采用銅模作為模具的銅冶煉廠推廣應(yīng)用。銅冶煉廠采用該銅模澆鑄機(jī)提升設(shè)備自動(dòng)化水平，有助于工廠減少人員配置，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、高效率生產(chǎn)。