丘永興

（紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建 上杭 364200）

1 引言

銅陽極精煉的目的是生產(chǎn)出物理規(guī)格和化學成分都符合要求的銅陽極板供電解工序使用。陽極板質(zhì)量的好壞不僅直接影響生產(chǎn)成本，還影響陰極銅質(zhì)量以及電解工序的各項經(jīng)濟技術(shù)指標，因此，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)陽極板是非常必要的。某銅冶煉廠原使用江西瑞林裝備有限公司設計的M18模雙圓盤澆鑄機，澆鑄速度一般在86～95t/h。該裝備澆鑄時間長，并對中控人員操作技能要求較高。為提高澆鑄能力，滿足電解工序產(chǎn)能需求，將澆鑄系統(tǒng)更換為奧圖泰設計的M18模雙圓盤澆鑄機，操作較為簡單，澆鑄速度為110t/h以上，大大降低了人員勞動強度。

為了提高陽極板合格率和直收率，減少生產(chǎn)成本，本文對奧圖泰圓盤澆鑄系統(tǒng)下的陽極板物理質(zhì)量管控進行探討。

2 陽極板質(zhì)量要求

2.1 化學成分要求

陽極板化學成分的一般要求見表1［1］。根據(jù)電解工藝指標分析，某銅冶煉廠陽極板化學成分要求見表2。

表1 陽極板化學成分的一般要求

表2 某銅冶煉廠陽極板化學成分要求

2.2 物理規(guī)格要求

如圖1所示，陽極板澆鑄面長1005～1015mm，寬 970～985mm， 耳部 距離 1295～1315mm， 板 面厚度38～54mm，耳部厚度28～44mm，單塊重量380kg，單重偏差控制在±5kg范圍內(nèi)。板面質(zhì)量要求：板面彎曲度≤5mm，平面度公差≤5mm（主要控制爬坡或底部蕩邊），陽極板邊緣（包括耳部）不得有＞5mm的飛邊和毛刺（允許修整）。此外，陽極板板面不得有高于5mm的鼓泡或結(jié)瘤（允許修整），陽極板板面氣孔所占面積不大于總面積的20%，密集型氣孔≤5%，且氣孔深度≤5mm；陽極板耳部應飽滿平直，無彎曲，不得有折損和隔層；陽極板頂桿位置最大凹陷值不超過5mm。

圖1 陽極板外形尺寸

3 陽極板質(zhì)量問題分析及管控要點

3.1 氧化還原終點控制

3.1.1 氧化終點選擇

銅火法精煉的主要目的在于脫硫、脫氧，某銅冶煉廠采用帶硫摻氮還原工藝，氮氣起到攪拌作用，增加銅液接觸［2］。若選擇嫩氧化樣進行還原，還原結(jié)束時容易硫（S）超標（＞0.008%），澆鑄出來的陽極板表面因部分硫的析出出現(xiàn)大鼓泡和硫絲，嚴重時會導致終止?jié)茶T；標準氧化樣進行還原時，還原時間長，消耗的還原劑多。因此選擇合適的氧化終點進行還原至關重要。如圖2所示，陽極爐氧化樣一般包括中鼓泡、大鼓泡、火山銅、蟲銅和標準氧化樣，中鼓泡到標準氧化樣的S和O的含量，見表3。經(jīng)過長期試驗，選擇大鼓泡或火山銅進行還原，還原時間較少，不會出現(xiàn)冒硫情況。

表3 不同氧化終點的硫和氧含量 %

圖2 不同氧化終點的氧化樣

3.1.2 還原期控制要求

還原終點氧含量控制在0.05%～0.15%。若還原不到位，含氧量≥0.15%，銅液流動性差，澆鑄出來的陽極耳部不飽滿，表面不平整，附有氧化皮；若還原過度，含氧量≤0.05%，銅水中的含氫量高，澆鑄出來的陽極表面因部分氫的析出會鼓氣泡，陽極斷面氣孔較多。

根據(jù)還原開門樣，調(diào)整天然氣（LNG）與氮氣（N2）的配比為1.25～3，總量控制在800～850Nm3/h；若開門樣為大鼓包，則要注意還原前期LNG量，一般在200～300Nm3/h，避免S超標，澆鑄時冒硫。到標準氧化樣后，LNG一般在700～800Nm3/h。再根據(jù)煙氣進入板式冷卻器的溫度調(diào)節(jié)還原負壓，負壓太大，還原效果差，還原時間長，還原劑消耗大，爐內(nèi)負壓一般控制在 -20～-50Pa［3］。

還原結(jié)束時銅液溫度過高，澆鑄期間易出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象；溫度過低，銅液流動性差，陽極板容易缺耳、底部飛邊、毛刺多，溜槽、中間包和澆鑄包冷銅粘結(jié)嚴重。同時由于O在銅液中的溶解度隨溫度升高而急劇增加［4］，所以需要合理控制銅液溫度。根據(jù)還原前銅液溫度情況，適當調(diào)整帶氧量，一般在100～250Nm3/h，以控制還原結(jié)束時的銅液溫度，溫度一般控制在1170～1180℃。

3.2 澆鑄系統(tǒng)控制

3.2.1 澆鑄包稱重單元

如果陽極重量和定量澆鑄機的重量顯示之間存在明顯誤差，產(chǎn)出的陽極板重量不能滿足電解要求，應該檢查澆鑄包稱重單元是否有異物干擾或者測力計是否失效。若測力計失效需重新更換，并進行重新校準。校準步驟為：配置澆鑄包測力計傳送裝置→澆鑄包稱重范圍和恒載校準→校準稱重單元→澆鑄包測力計傳送裝置進行零點設置→澆鑄包測力計傳送裝置的 WGAIN （增益）校準調(diào)整→澆鑄包測力計傳送裝置重量測量線性度檢查［4］。若在澆鑄過程中依然出現(xiàn)小誤差，則通過調(diào)整增益值來彌補重量誤差，即測量的陽極板重量比顯示的陽極重量差多少（百分比），則將WGAIN 提高多少（百分比）。

3.2.2 澆鑄速度曲線控制

如果澆鑄前超額（OVER）信號燈亮起或澆鑄后低（LOW）信號燈亮起，則陽極重量顯示也不正確，可能造成陽極板重量偏輕或偏重。在澆鑄過程中，銅液的溫度下降較快時，可以通過調(diào)整澆鑄包的銅液位和臨時提高澆鑄速度來獲得合格的陽極板，但陽極板的重量精度會降低，澆鑄質(zhì)量會下降，因此僅當澆鑄包中銅的溫度低于正常澆鑄要求時，才臨時使用較高澆鑄速度。

圖3為澆鑄速度曲線。其中，VBP為傾倒開始時的預設傾斜速度，VFP為在傾倒開始之后，銅液開始時的預設傾斜速度，VMP為傾倒中途的預設傾斜速度，VEP為傾倒結(jié)束時的預設傾斜速度，VRET為澆鑄結(jié)束時澆鑄包的預設返回速度。如果 VBP 太低，則需要較長時間銅液才能開始澆鑄，當銅液溫度變低會使陽極板耳部不飽滿； 如果VMP 太大，銅流速增加過快，導致銅在鑄模內(nèi)噴濺，造成嚴重的底部飛邊。通過試驗分析，VMP值對陽極板質(zhì)量的影響見表4，發(fā)現(xiàn)當VMP值選擇在1200～1250時，澆鑄現(xiàn)場情況是銅液無飛濺、陽極板無飛邊，同時又能保證澆鑄速度。

圖3 澆鑄速度曲線

表4 VMP值對陽極板質(zhì)量的影響

3.3 噴涂系統(tǒng)控制

3.3.1 脫模劑選擇

噴涂系統(tǒng)的作用就是往銅模內(nèi)均勻噴灑脫模劑，在銅模與陽極板之間形成隔熱層，既保護銅模，又使陽極板與銅模容易分離［5］。如果脫模劑選型或配比不當，或者噴涂不均，都容易導致陽極板粘模、斷耳、產(chǎn)生飛邊毛刺等，影響陽極板質(zhì)量。常用的脫模劑有石墨粉、骨粉、瓷土粉、重晶石粉和硫酸鋇。實踐證明，BaSO4具有良好的脫模效果，且易沖洗、板面殘留量少，不會干擾電解工藝。BaSO4成分見表5。BaSO4成分中CaO的質(zhì)量和占比要嚴格控制，否則溶解后反應生成Ca（OH）2，澆鑄時高溫失水有氣體逸出，致使陽極板表面鼓包，影響陽極板質(zhì)量［6］。

表5 BaSO4成分

3.3.2 BaSO4配比

BaSO4需要和水、水玻璃一起配制成水溶液。配制太稀，銅液易將BaSO4沖走，達不到脫模效果；太濃會堵塞噴嘴，或在陽極板內(nèi)部及表面產(chǎn)生大面積鼓泡，影響陽極板的質(zhì)量。通過試驗分析不同配比對陽極板質(zhì)量的影響（見表6），發(fā)現(xiàn)隨著水玻璃的加入，陽極板表面會出現(xiàn)鼓泡，加到20L時鼓泡嚴重，不能修復，并且大面積粘附在陽極板板面，可能是因為水玻璃的粘附性，導致澆鑄時氣體不容易溢出產(chǎn)生鼓泡；BaSO4過多，不僅會造成粘附，也會造成鼓泡和噴嘴堵塞。試驗證明，當配水650L時，BaSO4控制在90～110kg范圍，水玻璃控制在5L，陽極板質(zhì)量較好。

表6 BaSO4不同配比試驗

3.3.3 噴涂擺臂機構(gòu)速度及位置控制

噴涂效果好壞對陽極板質(zhì)量有重要影響。噴涂量過多，銅模不易干燥，陽極板飛邊、毛刺多；噴涂量不夠，銅模易產(chǎn)生龜裂，陽極板會產(chǎn)生粘模，陽極板易被頂彎；噴涂不均，陽極板容易粘模且影響銅模壽命。剛開始澆鑄時，因銅模溫度較低，不開啟自動噴涂，一般澆鑄3圈以后，再開啟自動噴涂，但這時只噴一遍，等澆鑄正常后再調(diào)整擺臂來回速度及合適的極限位置。噴涂擺臂速度不是一成不變的，應該根據(jù)銅液溫度和銅模溫度動態(tài)調(diào)整。

3.4 噴淋系統(tǒng)控制

噴淋系統(tǒng)含上部噴淋和底部噴淋。系統(tǒng)使用水壓為0.5～0.7MPa，壓力過小底部噴淋水無法完全噴到銅模底部，起不到冷卻作用，造成粘模和取板時陽極板被頂針頂彎、頂裂。進行第一輪澆鑄時，開啟1號上部噴淋水，但不能開太大，水量太多取板時水流到銅模底部，造成大量底部飛邊；若銅液溫度較大則開啟1號底部噴淋水，防止粘模。在第三輪澆鑄時，增加上部噴淋水流量和開啟2號、3號、4號底部噴淋水，澆鑄正常后開啟全部噴淋水。在澆鑄期間，根據(jù)陽極銅模的平均溫度及板面質(zhì)量及時控制鑄模冷卻噴水。

3.5 精細化管理

（1）銅模破損嚴重會造成陽極板板面凸起，影響電解極間距，因此澆鑄前有必要對銅模進行錘打，及時更換變形、破損的銅模，調(diào)整銅模的水平度，更換偏小的頂針［7］。

（2）對出銅口、溜槽、中間包和澆鑄包的制作要符合要求，出銅口大小保持在60mm。澆鑄時要及時清理包子里的浮渣和耐火料塊，對板面浮渣、料塊要及時鏟除。

（3）中間包、澆鑄包制作嚴格按圖施工、驗收，澆鑄前保證烘烤到位。

（4）若澆鑄期間出現(xiàn)冒硫，可以將溜槽蓋板全部打開或者爐前往銅液中通入氧化壓縮空氣，嚴重時搖起爐子重新氧化還原操作。

4 經(jīng)濟效益

通過對熔煉系統(tǒng)陽極爐圓盤澆鑄系統(tǒng)進行更換，陽極板產(chǎn)能進一步提升。同時陽極板合格率也有較大提升，吹煉爐處理廢陽極板按140元/t計算，根據(jù)表7對比不同澆鑄系統(tǒng)下的合格率可知，1至11月奧圖泰澆鑄系統(tǒng)陽極板平均合格率為99.55%，瑞林澆鑄系統(tǒng)陽極板平均合格率為97.94%，合格率提升1.61%，約多產(chǎn)合格陽極板5892.65t，節(jié)約回爐成本約82.5萬元。

表7 不同澆鑄系統(tǒng)下陽極板合格率對比

5 結(jié)論

在奧圖泰圓盤澆鑄系統(tǒng)下，通過對氧化還原終點控制、澆鑄系統(tǒng)控制、噴涂系統(tǒng)控制、噴淋系統(tǒng)控制、精細化管理等方面進行控制優(yōu)化，提出相應的管控措施后，陽極板合格率有較大提升，為下道電解工序提高陰極銅優(yōu)質(zhì)品率，優(yōu)化電解技術(shù)經(jīng)濟指標提供了有利條件，取得了較明顯的經(jīng)濟效益。