陽(yáng)極銅定量澆鑄工藝概述

孫中義

摘要：近年來(lái)，我國(guó)通過(guò)自主研發(fā)和借鑒國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出自主的圓盤(pán)定量澆鑄系統(tǒng)，逐漸滿足了國(guó)內(nèi)銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，改變了定量澆鑄技術(shù)以?shī)W拓昆普為代表的外國(guó)公司壟斷的局面。文章介紹了陽(yáng)極板的生產(chǎn)工藝流程、圓盤(pán)澆鑄機(jī)的主體結(jié)構(gòu)、定量澆鑄等，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的圓盤(pán)定量澆鑄系統(tǒng)對(duì)銅冶煉生產(chǎn)產(chǎn)能的需求。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)極板；雙圓盤(pán)；定量澆鑄；銅冶煉技術(shù)；電解銅 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG248 文章編號(hào)：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(biāo)準(zhǔn)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，將熔融狀態(tài)的銅水在經(jīng)過(guò)定量測(cè)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(huì)產(chǎn)生高純度的電解銅。

近年來(lái)，我國(guó)通過(guò)自主研發(fā)和借鑒國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出自主的圓盤(pán)定量澆鑄系統(tǒng)，逐漸滿足了國(guó)內(nèi)對(duì)銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，這改變了定量澆鑄技術(shù)以?shī)W拓昆普為代表的外國(guó)公司壟斷的局面。

1 陽(yáng)極板的生產(chǎn)工藝流程

陽(yáng)極板的生產(chǎn)主要是稱重系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將系統(tǒng)中的銅水按照特定量灌入模具內(nèi)，當(dāng)模子中銅水達(dá)到設(shè)置量后定量稱重系統(tǒng)復(fù)位。緊接著圓盤(pán)澆鑄機(jī)驅(qū)動(dòng)程序接收到信號(hào)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)，將下一個(gè)空模位移至設(shè)定的澆鑄位置，準(zhǔn)備下一個(gè)空模子的澆鑄工序。在澆鑄機(jī)定量澆鑄銅水時(shí)，噴淋和噴涂系統(tǒng)相應(yīng)地同時(shí)完成自己的工序。模子中的銅水主要是靠噴淋系統(tǒng)來(lái)進(jìn)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(shí)在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下固定模子，模子底部的液壓缸做一個(gè)往復(fù)的頂起運(yùn)動(dòng)，松動(dòng)模子中的銅板，便于提取機(jī)提取。提取機(jī)及水槽傳動(dòng)系統(tǒng)也在圓盤(pán)停頓的間隙中工作，提取機(jī)將到達(dá)位的銅板取出并放置到水槽中。水槽傳動(dòng)系統(tǒng)則根據(jù)提取機(jī)工作的信號(hào)，將放置到水槽中的銅板傳輸?shù)街付ǖ奈恢谩?/p>

2 雙圓盤(pán)定量澆鑄機(jī)

2.1 雙圓盤(pán)定量澆鑄機(jī)的澆鑄工藝描述

經(jīng)過(guò)熔化、氧化-還原除雜精煉后，打開(kāi)陽(yáng)極爐出銅口，銅液經(jīng)流槽注入中間包。待中間包內(nèi)達(dá)到一定量的銅液時(shí)，便開(kāi)始往放在一號(hào)電子稱上的澆鑄包灌注銅液，稱量系統(tǒng)對(duì)注入的銅液進(jìn)行連續(xù)計(jì)量稱重，當(dāng)澆鑄包內(nèi)的銅液達(dá)到設(shè)定的重量時(shí)，中間包返回至等待位置并繼續(xù)反方向往二號(hào)電子秤上的澆鑄包灌注銅液。

此時(shí)一號(hào)圓盤(pán)上的空模停留在澆鑄位置，一號(hào)澆鑄包開(kāi)始向圓盤(pán)的空模進(jìn)行定量澆鑄，當(dāng)模子內(nèi)的銅液達(dá)到所設(shè)定陽(yáng)極板的單重時(shí)，澆鑄包自動(dòng)返回等待位置，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)模位。

當(dāng)中間包再次向一號(hào)澆鑄包澆鑄銅液時(shí)，一號(hào)圓盤(pán)將下一個(gè)空模子轉(zhuǎn)到澆鑄位置進(jìn)行澆鑄，澆鑄好的陽(yáng)極板便依次進(jìn)入噴淋冷卻區(qū)，尚未完全凝固的陽(yáng)極板在這里得到均勻的強(qiáng)制冷卻。

同時(shí)，模溫檢測(cè)裝置對(duì)鑄模溫度進(jìn)行檢測(cè)，模溫低于設(shè)定值時(shí)噴淋系統(tǒng)關(guān)閉相應(yīng)的噴淋閥組，模溫超過(guò)設(shè)定值時(shí)，噴淋系統(tǒng)開(kāi)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(lái)的陽(yáng)極板隨后轉(zhuǎn)至預(yù)頂起（廢陽(yáng)極）位置，在壓模裝置啟動(dòng)壓住模子后，預(yù)頂起裝置上升并將陽(yáng)極板頂起，廢品陽(yáng)極板在這里被廢板機(jī)械手吊離銅模進(jìn)入廢陽(yáng)極料斗，合格的陽(yáng)極板則隨圓盤(pán)運(yùn)行進(jìn)入成品機(jī)械手-水槽位置。頂起裝置將陽(yáng)極板頂起，成品機(jī)械手將陽(yáng)極板從圓盤(pán)內(nèi)取出放入水槽內(nèi)進(jìn)一步冷卻。

進(jìn)入水槽內(nèi)的陽(yáng)極板通過(guò)水槽運(yùn)輸機(jī)步進(jìn)50mm后停止等待。取板機(jī)設(shè)有自動(dòng)計(jì)數(shù)功能，當(dāng)成垛累積達(dá)設(shè)定數(shù)量后，冷卻水槽中的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)便將整垛的陽(yáng)極板送到水槽尾部，水槽尾部的堆垛提升裝置將陽(yáng)極板提升起來(lái)，叉車(chē)再將成品陽(yáng)極板叉運(yùn)至陽(yáng)極堆場(chǎng)。

被提取機(jī)取走陽(yáng)極板的空銅模繼續(xù)轉(zhuǎn)至噴涂區(qū)，噴涂裝置將空模進(jìn)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(jìn)入澆鑄位置進(jìn)行澆鑄。

二號(hào)圓盤(pán)依次完成所有澆鑄動(dòng)作。

至此一塊陽(yáng)極板的澆鑄周期完成。

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

2.2 雙圓盤(pán)定量澆鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)概述

雙圓盤(pán)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(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、陽(yáng)極板提取系統(tǒng)、噴淋及噴涂系統(tǒng)、水槽傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、壓模及廢模處理裝置。其中雙圓盤(pán)澆鑄機(jī)擁有兩個(gè)相互獨(dú)立工作的澆鑄圓盤(pán)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使得生產(chǎn)者根據(jù)不同型號(hào)的澆鑄模子同時(shí)澆鑄出不同規(guī)格型號(hào)的銅板。例如M18雙圓盤(pán)澆鑄機(jī)的主要參數(shù)如下：澆鑄能力，85～100t/h；單塊陽(yáng)極板質(zhì)量，175/360kg（澆鑄銅板的規(guī)格有兩種）；陽(yáng)極板合格率，98%。

3 陽(yáng)極板澆鑄系統(tǒng)

3.1 陽(yáng)極板定量澆鑄系統(tǒng)

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

每套18模雙圓盤(pán)陽(yáng)極澆鑄及定量澆鑄系統(tǒng)包括：1個(gè)中間包；1個(gè)中間包支架；1個(gè)中間包傾轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)油缸；1個(gè)油缸隔熱屏；1套中間包稱重裝置；2臺(tái)電子秤；2個(gè)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(diǎn)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(biāo)定現(xiàn)象。

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

中間包支架中設(shè)置了電子秤，能夠在澆鑄過(guò)程中顯示中間包中的銅水量，便于隨時(shí)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(pán)機(jī)架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圓盤(pán)機(jī)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(hù)板組成。

圓盤(pán)驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)+絕對(duì)值軸編碼器+伺服控制器的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(yùn)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(dòng)器控制，選用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊功能強(qiáng)大、可靠性高、能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的各種控制，接合伺服電機(jī)自身的旋轉(zhuǎn)編碼器能很好地反饋圓盤(pán)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)曲線精確控制圓盤(pán)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)圓盤(pán)定位不使用限位開(kāi)關(guān)定位，限位開(kāi)關(guān)只是監(jiān)控圓盤(pán)初始位。在液晶顯示屏幕上動(dòng)態(tài)顯示圓盤(pán)模位的運(yùn)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(tái)圓盤(pán)設(shè)置8個(gè)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(cè)采用紅外溫度檢測(cè)儀，PLC接受測(cè)溫儀數(shù)據(jù)后自動(dòng)開(kāi)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(yáng)極板能順利從銅模中脫出。

5 陽(yáng)極提取和傳送系統(tǒng)

取板機(jī)形式：抱腰式取板機(jī)構(gòu)。

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

當(dāng)一垛陽(yáng)極板收集完后，輸送機(jī)把它傳送到提升裝置，提升裝置提起陽(yáng)極垛，叉車(chē)把陽(yáng)極垛運(yùn)走，可從控制系統(tǒng)改變陽(yáng)極垛的數(shù)量。

6 廢陽(yáng)極提取和預(yù)頂起系統(tǒng)

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

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

陽(yáng)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(pán)記錄下該陽(yáng)極板。當(dāng)它到達(dá)檢驗(yàn)工位時(shí)，廢板機(jī)將它提出。

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

7 結(jié)語(yǔ)

中條山有色金屬集團(tuán)有限公司北方銅業(yè)垣曲冶煉廠根據(jù)集團(tuán)公司的發(fā)展戰(zhàn)略，通過(guò)淘汰落后工藝，采用2×φ8000雙圓盤(pán)定量澆鑄機(jī)替代原有的φ9200單圓盤(pán)澆鑄機(jī)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)產(chǎn)能達(dá)到10萬(wàn)t/a的能力，同時(shí)滿足了陽(yáng)極板質(zhì)量的要求。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）