铜阳极板质量生产控制实践

铜阳极板质量生产控制实践谢中建【摘要】铜阳极板质量不仅直接影响产量及生产成本，同时也影响电解工序阴极铜质量和其它经济技术指标.通过对阳极板化学成分、物理规格影响因素分析,有针对性地进行了铜模改进等一系列生产控制优化实践，提高了阳极板质量，效果明显.【期刊名称】《铜业工程》【年(卷)，期】2017(000)006【总页数】5页(P36-40)【关键词】火法精炼;阳极板;质量;合格率;控制【作者】谢中建【作者单位】金隆铜业有限公司，安徽铜陵244021【正文语种】中文【中图分类】TF8111引言铜火法精炼主要有两个目的：一是通过氧化和还原作业进一步除杂，化学成分符合电解要求；二是为后续电解精炼浇铸出物理规格符合要求的阳极板。若阳极板化学成分控制不当，杂质含量高，会使铜水流动性变差，易发生板面鼓包、断耳、粘模等情况，直接影响阳极板物理规格合格率，影响着阳极板产量。在电解精炼过程中，含O高时，容易使NiO、镍云母的比率增大，阳极泥量增加，影响铜的直收率和硫酸镍产量；同时会弓I起阳极电位升高，严重时造成阳极钝化含S高时易使电铜发脆；杂质含量高同时造成添加剂用量增加，由此影响电解工序电铜质量及其经济技术指标［1］。2阳极板化学成分2.1阳极板化学成分的要求金隆铜业有限公司阳极板化学成分内控标准见表1。表1阳极板化学成分％元素CuSAsO含量>99.3<0.005<0.250.15-0.25元素PbNi1^含量0.02-0.08<0.1<0.022.2阳极板化学成分生产控制2.2.1氧化作业与转炉加强联系，要求来〃虫铜”（含硫0.03%-0.04%），直接氮气搅动半小时后即可进行还原作业；如果含硫过高，采取的措施是：切换氧化空气氧化，加大炉膛负压，适当降低铜水温度（1180~1190。0，利于脱硫。氧化终点的判断标准为：样品表面平整，且略向下凹，呈砖红色。氧化后期作业，放渣要及时；由于精炼渣覆盖在铜水表面，传热性能差，热量很难传递到铜水中，不仅会导致还原作业期铜水温度过低，增大能耗；而且对后期浇铸铜口、溜槽的维护也会影响，过量的渣还会影响阳极板浇铸质量。控制的措施：一是从源头管理，要求转炉粗铜终点判断准确，压好渣，减少粗铜带渣。二是阳极炉氧化后期排渣，排渣口尽量做到〃宽、浅、平”，放渣期间多取样和目测，尽量把渣放尽，严禁带渣还原作业。2.2.2还原作业保证还原风管畅通，使铜水还原均匀，还原阶段多取样判断，要多注意风管压力和流量调控，压力增大流量减少时，要及时采取措施疏通风管，同时为避免风口砖的损伤，还原开始前，风管要往炉膛内打进5cm，以促进作业反应区远离砖体并增大还原作业速率。还原终点的判断标准为：铜样表面平整，皱纹细腻而均匀，有油光色，呈玫瑰红色。3阳极板物理规格（浇铸）控制浇铸的物理规格不合格阳极板，一般返回转炉处理，既增加了生产成本，又影响阳极板产量；若这些不合格阳极板进入电解工序，会导致电解短路增多、电流效率降低、残极率升高等问题，严重影响相关经济技术指标。3.1阳极板物理规格控制标准（1） 阳极板重量不得超出或低于计划重量10kg。（2） 阳极板上任意一处的厚度不得超出或低于计划厚度5mm。（3） 两耳长度方向的端头，相距在1300±10mm之内。（4） 不得有高出阳极板表面10mm的飞边、毛刺和鼓包等。（5） 阳极板板面弯曲不大于10mm°（6）阳极板表面歪斜不大于6mm°（7）阳极板表面不得有明显的耐火料和夹渣。（8）密集气孔的区域面积不大于阳极板单面面积的2%。3.2物理规格不合格阳极板原因分析随机选取1000块物理规格不合格的阳极板进行了分类统计，统计结果见表2。表2不合格阳极板统计表类别厚薄不均偏重、偏轻变形凹坑飞边毛刺耳薄鼓包夹渣块数/块3652016865121994239比例/%36.520.16.86.512.19.94.23.9由表2可知，阳极板厚薄不均、耳薄占46.6%，是影响物理规格不合格阳极板的主要因素，主要由铜模质量导致；偏重、偏轻占20.1%，主要由电子称、中间包、浇铸包质量、操作等影响；变形、凹坑占13.3%，主要受铜水温度、冷却水、喷涂影响；飞边毛刺占12.1%，主要受浇铸速度、圆盘运行平稳性等影响。通过对影响因素分析，采取相应改进措施，提升阳极板质量［2］。3.3铜模改进铜模(平背)便用过程中，因急冷急热、铜水冲刷等原因，导致铜模变形、开裂等损坏，铜模(平背)平均寿命约为120~150t阳极板，使用寿命低，更换工作量大，回炉处理量大；同时铜模质量为影响阳极板合格率的关键因素，所以提高铜模质量、延长铜模寿命是提高阳极板质量的必然选择［3］。(1)增加厚度。为消除热应力，减缓变形，由原8260mm改进为8280mm,铜模重量增加了300kg，改进后模寿命虽达到200t阳极板，但依然不能满足现场工况的要求。使用〃驼背”模。采用特殊模具，浇铸背部带有凸形的〃驼背”模，见图1。替代“平背”铜模，铜模保持8280mm不变，增强铜模抗变形能力，延缓铜模变形。图1驼背模铜模表面增加加强筋，见图2,缓解热应力过度集中，有效延迟铜模开裂。图2加强筋铜模加强铜模安装、浇铸管理，保证铜模浇模质量。〃驼背”铸模时因浇铸口较小，铸造过程中要防止二次浇铸；新铸铜模在条件许可前提下，尽量延长放置时间，提高铜模寿命；母钢模及其构件质量是生产合格铜模的基础，日常装模时要勤检查模耳、板角等易损处，要用脱模剂涂抹到位；变形损坏的模耳、板角要及时修整和堆焊补缺，焊接材料要符合母材要求［4］。加强铜模管理，模面细小裂纹、顶杆凸出，及时用大锤打平，尽量减少粘模及顶杆灌死，出铜前铜模及时调平，坏模及时更换。(6)改进效果跟踪。任意选取两种铜模，比较使用及更换情况表3。由表3可知驼背铜模的使用寿命远高于平背模，铜模改进效果明显。表3两种铜模寿命对比表A盘模号168121315安装时间14.1.1214.1.1614.1.113.12.1913.12.2013.12.2013.12.29更换时间14.1.1714.1.2014.1.0814.1.814.1.1314.1.1314.1.27使用寿命/d54720242428驼背模19平背模8280mm3.4中间包、浇铸包日常管理中间包、浇铸包的制作、砌筑质量，直接影响阳极板合格率。中间包装载量过小，影响浇铸速度，作业时间延长；装载量过大，铜水易溢出，影响阳极板单重及圆盘、电子秤周边清理工作量大，严重时会造成设备损坏及作业终止；挡渣砖过高，起不到挡渣效果，阳极板表面夹渣，影响阳极板合格率。主要控制措施有：中间包、浇铸包制作严格按图施工、验收。选用优质捣打料，使用前严格按标准混搅并砌筑，杜绝烘烤前包内出现脱料、夹生现象。中间包、浇铸包烘烤时先小火再大火，将包内水分完全烘干，根据公司经验小火以1h为佳，大火投运太早，浇铸料容易〃爆裂”。为减少浇铸包浇铸过程中铜水较为集中倒出，易在铜模后沿产生飞边毛刺，浇铸中可根据现场实况在包口临时放置废钢块(30~50mm)，以缓解进入铜模内的铜水流速及流向。浇铸结束，尽量将中间包、浇铸包底铜倒尽，减少对再次重复使用时的影响。3.5喷涂日常管理喷涂系统通过往铜模内喷洒脱模剂，达到阳极板与铜模易于分离的目的，同时对铜模进行冷却。脱模剂选用、配比不当，喷涂不均，喷涂量不足，都易导致阳极板粘模，断耳，飞边毛刺等，影响阳极板质量。(1)选用BaSO4作为脱模剂，其主要指标见表4，实践证明，BaSO4具有良好的脱模效果，且易冲洗、板面残留量少，对电解影响最小，硫酸钡成分中CaO的控制要严格，否则溶解后反应生成Ca(OH)2，浇铸时高温失水有气体逸出，致使阳极板表面鼓包，影响阳极板质量。表4脱模剂成分表粒度BaSO4Fe2O3CaO400目282%>95%<0.25%<0.4%(2)配制：按1000L(H2O)：25kg(BaSO4):1L(水玻璃)浇铸前2~3h配制完成。配制过稀，铜水易将脱模剂冲走，产生粘模，达不到脱模效果。过稠，堵塞喷嘴，或在阳极板内部及表面易夹渣和鼓泡，影响阳极板的质量。(3)脱模剂喷雾方法为隔膜泵加压及喷嘴雾化，喷涂液流量约0.15L/S,3.1~3.5L/模，模面喷涂均匀，无死角(图3)。喷涂不均，易发生粘模；喷涂过多，模面的喷涂液在浇铸前不能完全蒸干，浇铸时会出现铜液在模具中沸腾的现象，影响阳极板合格率，甚至发生“放炮事故”，带来安全风险。图3喷涂后铜模3.6铜液温度控制铜水温度低，铜水流动性差，铜水在流入耳部时迅速凝固，造成耳部不饱满；铜水温度偏高，易粘模，加速铜模损耗；而冷却不及时，在预顶起过程中阳极板易变形，耳部弯曲；进而都会影响阳极板合格率。铜液温度控制，氧化终点铜液温度1180~1200OC，还原终点铜液温度1190~1210°C。公司在竖炉投运后，因浇铸过程中添加竖炉融化铜，对还原终点铜液温度的要求更为严格。天然气量作业周期及时调整，避免铜温过高或过低。炉内负压随作业周期及时调整，负压过大，防止冷空气从炉口进入炉内过多，浪费能源，铜温控制困难；负压过小，又要防止烟气外溢，造成主厂房低空污染。公司控制经验：保温-20~-80Pa；氧化-50~-120Pa；还原-40~-80Pa。3.7电子秤及圆盘运行维护电子秤是阳极板定量浇铸的关键设备，其精度直接影响阳极板重量误差，维护不到位，造成电子秤精度差，阳极板偏轻或偏重；圆盘运行要求平稳，否则若圆盘出现晃动，影响阳极板平整度［5］。电子秤维护措施：(1)定期点检、校验。浇铸前模拟调整好浇铸速度、包内铜液容量及阳极板重量。正在倒铜浇铸时减少清理包嘴冷铜，以免干扰计量精度。手动浇铸计量控制精度差，要尽量避免。电子秤表面及周围冷铜，要及时清理干净。为了保证圆盘的平稳，采取以下措施：圆盘上不允许放杂物，冷铜要清理干净，各运转机构勤维护，设备润滑工作要做到位；专业点检人员要定期对圆盘进行检查，变形地方要利用大修等有利时间及时进行校正。3.8冷却水控制喷淋水入口水压大于0.6MPa，浇铸起始第一圈至第三圈时，只开顶部少水量冷却，及时提高模温，待模温提高后再开底部水；水量控制原则，少一加大一减少；控制模温在170~200°C范围内。图4为在出铜期间，利用红外测温仪测出的铜模不同测点温度［6］。图4铜模不同测点温度4阳极板质量控制效果4.1阳极板化学成分通过操作优化，阳极板化学成分实现稳定达标，表5为某月的月平均阳极板化学成份，由表5可知，月平均阳极板成分全部达标。表5阳极板月平均化学成分％元素CuSAsOPbNiFeSb含量99.440.0040.1100.2200.0420.0680.0120.0174.2阳极板物理规格通过〃驼背”模的使用及控制等优化管理，阳极板质量明显提高(图5),合格率由98.5%提高到99.25%以上，经济效益显著。图5阳极板外观图5结语通过阳极板质量生产控制优化，阳极板合格率明显提高，为下道电解工序提高电铜优质品率，优化电解技术经济指标提供有利条件取得了明显的经济效益。参考文献：[1]单永得.五鑫铜业提高铜阳极板质量的生产实践[J].新疆有色金