提高铜精炼阳极板质量的生产实践

2017-04-27吕新宁

山东冶金 2017年6期

吕新宁

（山东方泰循环金业股份有限公司，山东烟台264000）

1 前言

山东方泰循环金业股份有限公司铜精炼系统于2010年7月投产，该系统是连接熔炼和电解的重要环节，采用传统的固定式反射炉粗铜火法精炼工艺。系统主要设备为1台100 t和2台120 t反射炉、2台单圆盘浇铸机、2台落地式加料机。生产原料为外购紫杂铜、铜锭、自产粗铜等，浇铸的阳极板大部分自行电解，部分外销。投产初期受诸多因素影响，产品合格率严重偏低，给公司生产运营造成影响，经过采取合理措施后，产品的合格率逐渐提升。

2 电解对阳极板的要求

铜电解精炼的生产效率、电流效率和电解铜质量很大程度上取决于阳极板的物理性质［1］。为满足公司电解精炼要求，规定标准为阳极板厚度38～44 mm（视开动电流大小而定），上下端厚度≯4 mm，表面平直，飞边毛刺≯5 mm，板弯曲度≯5 mm，鼓泡≯5 mm，气孔直径≯5 mm，表面黑皮部分≯单面面积的1/4，铜板耳部坚固饱满，不得有冷隔层及折损，两耳端部距离（1 029±5）mm。阳极化学成分（Cu+Ni）≥99.2% ，Pb≤0.2% ，Ni≤0.3% ，As＜0.04% ，Sb＜0.03%，Bi＜0.002%，O2为 0.1%～0.15﹪。在电解阳极整型工段处理无法满足物理规格的，都会返回精炼炉做废品处理。化学成分若超出一定含量，电解精炼通过采取一定措施，可以产出合格阴极铜［2-3］，因此主要分析影响阳极板物理规格方面的因素。

3 影响阳极板质量因素

3.1 模具的质量

阳极模具是阳极板成型的关键工具，其质量包括了材质的优劣，加工水平的高低，在圆盘上校模水平度。

1）材质。阳极模材质良好是保障阳极板合格率的必需条件，也是降低单耗的重要因素。铜阳极模具的材质主要有紫铜、铸铁和铸钢。紫铜模具资金占用较多，返炉还会占用阳极炉处理冷料的时间和能力，铸钢模制作价格不菲，综合考虑选用了铸铁模具。由于公司投产之初资金紧张，阳极模具主要由当地小规模铸造厂提供，这些模具在使用中出现了严重质量问题。浇铸过程中新模子浇铸点被冲出凹坑，阳极板背面有凸包（10 mm），有的阳极板弯曲比较厉害，甚至出现阳极模炸裂（断模），导致无法继续浇铸。虽然这些模具价格优势明显，但材质无法满足浇铸铜水的要求。由于废品率过高只能中断生产，公司损失较大。停止使用这批模具后，模具改用专业铸造铜阳极模具厂家的产品，材质得到保障，产品合格率达到98%以上。

2）加工水平。设计阳极模具时，针对可能发生的顶板不起、耳部弯曲、表面凹凸等情况作了严格要求。若做工粗糙会影响阳极板合格率，甚至产生废板。要求阳极模具内部全部采用圆角，各圆弧连接部应圆滑。内型表面不得有裂纹、气泡、夹渣、砂眼等缺陷。表面平直度及平行度按图纸规定制作。但是很多铸造厂家往往不明晰电解精炼对阳极板的严格要求，生产的模具内型面出现大砂眼，浇铸几吨铜之后阳极板背面便出现凸起，只能用角磨机打磨才能使用。铸造厂未重视圆角加工，导致阳极板脱模困难，阳极板被顶变型成为废板。模具顶针孔与顶针不匹配会导致灌顶针，导致阳极板顶针处有较厚的飞边毛刺。阳极模具到厂后应严格做好验收工作。

3）校模水平度。水平度关系到阳极板厚薄是否均匀，电解对此要求严格，尤其关系到电解周期安排及残极率，若出现下厚上薄则电解后期容易断掉。出铜前必须完成校准工作，出铜过程中要不断地进行检查校准。龟裂严重和变型严重的导致无法校准时，应及时进行更换。

3.2 温度控制

1）铜水温度控制。铜水温度过高会吸收大量的有害气体，使阳极板凝固时出现大量气孔，同时也会使模具过热，缩短使用寿命。铜水温度过低会增加阳极板的飞边毛刺，耳部会出现分层现象。铜水温度宜控制在1 120～1 150℃（高出铜熔点40～70℃），产出的阳极板较致密。

2）模子温度。模子温度过高会导致阳极板浇铸点位置起包，模温过低容易发生放炮现象，放炮部位毛刺增多，若耳部放炮会导致耳部开裂。模具温度控制在120～160℃为宜。顶喷淋冷却对模子的冷却效果差，且会产生大量水蒸汽，因此应加强底喷淋冷却，若浇铸速度加快可同时辅助水管浇铸点，模具温度可控制在正常范围。

3）冷却水温度。取板槽的水需保持较低温度，在水激冷下，表面的氧化铜可以掉落。而温度过高阳极板未等冷却完毕便被运走，导致阳极板表面“黑皮”过多影响质量。及时调整循环冷却水，避免出现沸腾现象。阳极板耳部在取板槽中充分冷却可以减少倒运过程中机械弯曲。

3.3 阶段操作

1）氧化阶段是去除杂质和提高铜水温度的重要操作。杂质中硫对阳极板的影响较大，因此加强氧化操作终点判断可以预防阳极板出现“窜硫包”现象。氧化结束现象为：炉内无浑浊烟气，铜液清亮。取样铜试样为：表面凹槽，断面无硫线，方块结晶，呈砖红色，氧化斑分布均匀。

2）将氧化过程中产生的氧化亚铜还原成铜，还原不到位时，阳极板表面会大皱褶起包，这时一方面可以一边出铜一边还原，不严重情况下可以向浇铸包内旋转木炭。还原时如果还原过了，氧含量减少，氢含量增加，阳极板会有气孔产生。还原终点试样为：表面平整细皱纹，断面颗粒明显，金属星上下分布均匀，呈玫瑰红颜色。还原剂质量较差会导致还原不到位及含硫升高，采用新型煤基复合还原剂效果较好。标准为：C≥70%，灰分≤16%，水分≤4%，挥发分≤12%，硫≤0.5%。低位发热量≥29 301 kJ/kg，粒度0～3 mm。

3）出铜过程中以倒包手为主，扒耳、刷模、起板为辅，从而减少阳极板损坏。另外叉车在运输过程中操作不当会将阳极板耳部折弯，应做好监督工作。

3.4 设备设施

出铜采用的单圆盘人工浇铸，生产初期对于阳极板厚薄控制不佳，阳极板经常溢模产生大的毛边。将阳极模具内槽深度由42 mm改为44 mm，同时在40 mm模具内边侧位置开小槽做标记，改造后阳极板厚度均匀、毛刺减少。生产初期浇铸包包口砖采用四溜口，冲击压力大，铜水流量小，造成飞溅毛刺多而且耳部经常不饱满，浇铸时间长。通过改造包口砖变为单溜口，同时降低了包子口与模具的落差，压力变小流量变大，使问题得到解决。改造后的包口砖结构如图1所示。