淺談傾動(dòng)爐降低陽(yáng)極板拒收率

鐘清林

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動(dòng)爐歷經(jīng)了多年生產(chǎn)實(shí)踐，積累了豐富的雜銅冶煉經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)能逐年攀升，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)在全國(guó)同行業(yè)位居前列。銅陽(yáng)極板合格的外觀(guān)質(zhì)量，是保證電解工序連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提條件［1］。傾動(dòng)爐澆鑄的陽(yáng)極板，經(jīng)質(zhì)量計(jì)量部外觀(guān)初步檢測(cè)后，送往電解車(chē)間。電解車(chē)間陽(yáng)極板機(jī)組對(duì)不符合要求的陽(yáng)極板拒收并進(jìn)行自動(dòng)剔除，保證機(jī)組后續(xù)工序及電解作業(yè)的順利進(jìn)行。近年來(lái)，隨著傾動(dòng)爐產(chǎn)能和圓盤(pán)澆鑄能力的提升，陽(yáng)極板拒收率也出現(xiàn)了相應(yīng)的波動(dòng)。因此有必要對(duì)陽(yáng)極板拒收率高的情況進(jìn)行改進(jìn)。

2 傾動(dòng)爐陽(yáng)極板澆鑄工藝流程

傾動(dòng)爐澆鑄系統(tǒng)為M16模雙圓盤(pán)澆鑄機(jī)，采用差量法電子稱(chēng)量系統(tǒng)，澆鑄過(guò)程中所有稱(chēng)量數(shù)據(jù)都顯示在電腦屏幕上，可直觀(guān)地反映各階段的澆鑄數(shù)據(jù)。差量法稱(chēng)量的工作原理是，當(dāng)中間包分配給澆鑄包的銅水重量達(dá)到設(shè)定裝載值后，開(kāi)始澆鑄陽(yáng)極板，待澆鑄包倒出設(shè)定重量的銅水時(shí)停止?jié)茶T［2］。澆鑄系統(tǒng)主要工藝流程如圖1所示。

圖1 傾動(dòng)爐澆鑄系統(tǒng)工藝流程圖

3 陽(yáng)極板拒收率狀況及引起因素分析

3.1 陽(yáng)極板拒收率情況

跟蹤抽取了2019年1月陽(yáng)極板拒收率進(jìn)行分析，表1 為1月份傾動(dòng)爐陽(yáng)極板拒收率情況。

表1 1月份傾動(dòng)爐陽(yáng)極板拒收率

拒收率=機(jī)組自動(dòng)剔除不合格陽(yáng)極板塊數(shù)/（機(jī)組上機(jī)陽(yáng)極板總塊數(shù)）×100%

1月份傾動(dòng)爐陽(yáng)極板機(jī)組上機(jī)陽(yáng)極板總塊數(shù)為30011塊，機(jī)組自動(dòng)剔除不合格陽(yáng)極板塊數(shù)為429塊，陽(yáng)極板的平均拒收率為1.43%，較2018年平均拒收率1.01%增加了0.42%，造成大量陽(yáng)極板返爐，增加了生產(chǎn)成本。

3.2 影響陽(yáng)極板拒收的具體因素

傾動(dòng)爐2019年1月份不合格陽(yáng)極板具體原因如表2所示。陽(yáng)極板錐度和偏重分別達(dá)到454塊和468塊，占拒收總數(shù)的32.13%和33.12%，是拒收陽(yáng)極板的最大組成部分。

表2 1月份不合格陽(yáng)極板具體原因

3.3 引起錐度和偏重因素分析

為了調(diào)查清楚1月份陽(yáng)極板錐度問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)中將所澆鑄的3爐次陽(yáng)極板標(biāo)記對(duì)應(yīng)澆鑄的模位號(hào)，并深入電解車(chē)間跟蹤觀(guān)察這3爐次陽(yáng)極板上機(jī)情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 2月13-15日錐度占拒收率比率

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2月13-15日的3個(gè)爐次拒收陽(yáng)極板錐度分別占當(dāng)爐次拒收率的33.3%、27.6%和31.0%。銅模在經(jīng)過(guò)多次澆鑄過(guò)程中變形會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極板錐度不合格，即使操作工及時(shí)更換了變形銅模，在后續(xù)澆鑄作業(yè)中，其它銅模也因變形導(dǎo)致陽(yáng)極板錐度不合格。因此，銅模變形是影響陽(yáng)極板錐度的主要因素。

在澆鑄現(xiàn)場(chǎng)跟蹤3爐次陽(yáng)極板澆鑄情況后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子秤完成稱(chēng)重后，PLC顯示所有陽(yáng)極板稱(chēng)重記錄均正常。但是，因傾動(dòng)爐圓盤(pán)澆鑄效率的提升，澆鑄包往模具傾倒銅液時(shí)加速了銅液流速，澆鑄包在返回等待位過(guò)程中，銅液返回不及時(shí)導(dǎo)致有少量銅液澆鑄至模具內(nèi)。將電解車(chē)間對(duì)這3爐次拒收的陽(yáng)極板倒運(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)逐一進(jìn)行稱(chēng)重效驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表4 2月17-19日偏重占拒收率比率

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，2月17-19日的3個(gè)爐次拒收陽(yáng)極板偏重分別占當(dāng)爐次拒收率的34.5%、32.3%和29.6%。因此，澆鑄包內(nèi)銅液返回延時(shí)是影響陽(yáng)極板偏重的主要因素。

3.4 引起銅模變形和銅液返回延時(shí)因素分析

調(diào)查2019年1月份某爐次生產(chǎn)報(bào)表和PLC記錄，統(tǒng)計(jì)噴涂效果差導(dǎo)致模面溫度不均衡對(duì)銅模變形影響情況。依據(jù)《傾動(dòng)爐工藝規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，噴涂液配比：硫酸鋇（kg）/水（kg）=1/200，噴涂設(shè)定時(shí)間5s［3］。通過(guò)調(diào)查，1月份各爐澆鑄嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)配比噴涂液，噴涂設(shè)定時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。但是，圓盤(pán)部分模子模面共計(jì)17處溫度異常，個(gè)別模子溫差嚴(yán)重，模子易變形。噴涂效果對(duì)引起銅液返回延時(shí)和銅模變形影響程度如表5中所示。

表5 噴涂效果對(duì)陽(yáng)極板的影響

調(diào)查結(jié)果表明：噴涂效果差對(duì)銅液返回延時(shí)無(wú)影響，但是對(duì)銅模變形影響達(dá)100%。

查詢(xún)2019年1月份各爐次生產(chǎn)報(bào)表，調(diào)查各爐次澆鑄包使用情況。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，澆鑄包不能完全保證1次/爐次的周期，澆鑄包第一次破損時(shí)間澆鑄陽(yáng)極銅塊數(shù)<150塊。澆鑄包使用壽命短對(duì)銅液返回延時(shí)和銅模變形影響程度如表6中所示。

表6 噴涂效果對(duì)陽(yáng)極板的影響

調(diào)查結(jié)果表明：澆鑄包使用壽命短對(duì)銅模變形無(wú)影響，但對(duì)銅液返回延時(shí)影響達(dá)100%。

4 解決方案探討

針對(duì)調(diào)查分析出影響傾動(dòng)爐陽(yáng)極板拒收率的主要因素，制定了相應(yīng)的解決方案，具體方案如表7中所示。

表7 解決方案分析

根據(jù)表中所述的問(wèn)題和針對(duì)性改造方案分析，要降低現(xiàn)有陽(yáng)極板拒收率高的問(wèn)題，解決的主要思路是：

（1）均勻噴涂模面，控制模面各點(diǎn)溫度均衡。

（2）提高澆鑄包的抗沖刷的能力。

5 對(duì)策實(shí)施

5.1 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)移動(dòng)噴涂裝置

5.1.1 驅(qū)動(dòng)控制方式

噴涂裝置通過(guò)氣動(dòng)隔膜泵將攪拌好的硫酸鋇溶液吸入到噴涂的噴嘴實(shí)現(xiàn)對(duì)銅模的噴涂，該處的三個(gè)氣動(dòng)角閥根據(jù)功用分為吹掃閥、噴涂閥和回流閥，三個(gè)氣動(dòng)閥的開(kāi)閉由三個(gè)電磁換向閥控制，而這三個(gè)電磁換向閥的PLC程序是根據(jù)工藝條件進(jìn)行編程。自動(dòng)移動(dòng)噴涂驅(qū)動(dòng)原理如圖2所示。

圖2 自動(dòng)移動(dòng)噴涂驅(qū)動(dòng)原理圖

5.1.2 自動(dòng)噴涂的控制邏輯

自動(dòng)噴涂的控制邏輯如下：

（1）操作人員根據(jù)模溫和銅冶煉的情況，在PLC上位機(jī)組動(dòng)態(tài)畫(huà)面設(shè)定好噴涂時(shí)間（噴涂閥打開(kāi)時(shí)間）。

（2）當(dāng)銅模運(yùn)行到噴涂位時(shí)，噴涂閥打開(kāi)（開(kāi)始噴涂）。

（3）到設(shè)定時(shí)間噴涂閥關(guān)閉（停止噴涂）。

（4）吹掃閥打開(kāi)1秒后關(guān)閉（對(duì)管路清洗）。

（5）回流閥打開(kāi)（硫酸鋇循環(huán)回?cái)嚢柰埃却乱粔K銅模噴涂。

自動(dòng)移動(dòng)噴涂裝置設(shè)計(jì)圖及現(xiàn)場(chǎng)圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)移動(dòng)噴涂裝置圖（a設(shè)計(jì)圖、b現(xiàn)場(chǎng)圖）

5.2 選用新型定型耐火磚

5.2.1 選擇耐火磚材料

對(duì)常用的兩種耐火磚的成份及性質(zhì)進(jìn)行分析對(duì)比，如表8中所示。

表8 耐火材料成份及性質(zhì)比對(duì)

LZ48高鋁磚是三氧化二鋁含量為48%的硅酸鋁質(zhì)耐火材料制品，氧化鋁含量在48%以上的一種中性耐火材料。由礬土或其他氧化鋁含量較高的原料經(jīng)成型和煅燒而成。熱穩(wěn)定性高，耐火度在1750℃以上。抗渣性較好，常用于砌筑煉鋼電爐、玻璃熔爐、水泥回轉(zhuǎn)爐等的襯里［4］。剛玉莫來(lái)石磚是指由剛玉和莫來(lái)石主晶相組成的高鋁質(zhì)耐火制品，具有較好的高溫強(qiáng)度、抗高溫蠕變性、抗熱震性和抗侵蝕性，主要用于高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐，也用于玻璃熔窯和作為陶瓷燒成窯具［5］。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，剛玉莫來(lái)石在硬度和耐火度兩方面優(yōu)于現(xiàn)有LZ48高鋁磚材質(zhì)制作的澆鑄包。

5.2.2 實(shí)驗(yàn)新澆鑄包

與廠(chǎng)家進(jìn)行深入定制，制造適合傾動(dòng)爐澆鑄包尺寸的耐火磚。新型耐火磚材質(zhì)澆鑄包制作完成后進(jìn)行澆鑄試驗(yàn)。

圖4 澆鑄包對(duì)比圖（c高鋁磚澆鑄包、d剛玉莫來(lái)石澆鑄包）

5.3 輔助措施

實(shí)施其他能提高陽(yáng)極板質(zhì)量的措施：

（1）抽取陽(yáng)極板進(jìn)行稱(chēng)重，澆鑄前對(duì)電子秤進(jìn)行校正。并每爐銅每個(gè)圓盤(pán)取10塊陽(yáng)極板進(jìn)行稱(chēng)重，共計(jì)20塊，對(duì)出現(xiàn)誤差的電子秤進(jìn)行調(diào)整。

（2）及時(shí)清理電子秤、澆鑄包所結(jié)冷銅。澆鑄過(guò)程中對(duì)電子秤進(jìn)行檢查并清理灑落的冷銅，從而防止出現(xiàn)陽(yáng)極板重量不穩(wěn)，板面厚度不均的問(wèn)題［6］。

（3）針對(duì)上一爐次陽(yáng)極板情況，對(duì)于修復(fù)無(wú)望的變形銅模進(jìn)行更換并關(guān)注澆鑄出的陽(yáng)極板情況，及時(shí)調(diào)平在澆鑄過(guò)程中因各種澆鑄原因造成的銅模不水平現(xiàn)象。

6 實(shí)施后效果

自動(dòng)移動(dòng)噴涂裝置能夠更均衡的為銅模噴涂脫模劑，使得銅模表面溫度均衡穩(wěn)定，大大減少銅模變形現(xiàn)象。同時(shí)也提升了噴涂效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

新型定型磚耐高溫、抗沖刷、沖擊能力強(qiáng)，將澆鑄包使用壽命由原來(lái)的≤1爐次提升到≥15爐次，減少了工作量，同時(shí)陽(yáng)極板偏重問(wèn)題大幅改善。

在實(shí)施了一系列措施后，傾動(dòng)爐2019年6月份的陽(yáng)極板拒收情況如表9中所示。

表9 6月份陽(yáng)極板拒收情況表

2019年7月份傾動(dòng)爐陽(yáng)極板機(jī)組上機(jī)陽(yáng)極板總塊數(shù)為32667塊，機(jī)組自動(dòng)剔除不合格陽(yáng)極板塊數(shù)為245塊，陽(yáng)極板的平均拒收率為0.75%。

7 結(jié)語(yǔ)

影響江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠(chǎng)傾動(dòng)爐陽(yáng)極板質(zhì)量的主要因素為脫模劑噴涂效果和澆鑄包使用壽命。通過(guò)以下兩項(xiàng)措施，江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠(chǎng)傾動(dòng)爐陽(yáng)極板的拒收率由1.43%降至0.75%，澆鑄陽(yáng)極板質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。

（1）設(shè)計(jì)增加自動(dòng)移動(dòng)噴涂裝置。銅模模面得到均勻噴涂，模面各點(diǎn)溫度均衡控制，噴涂效果好，噴涂時(shí)間不變，不影響作業(yè)時(shí)間。

（2）選用新型定型耐火磚制作澆鑄包。新型定型耐火磚抗沖刷、沖擊性能強(qiáng)，澆鑄包使用壽命得到延長(zhǎng)，且不易粘結(jié)冷銅，清理頻次低。