刘 波， 李鸿程

(1.中铝昆明铜业有限公司， 云南 昆明 650502； 2.云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂， 云南 昆明 650102)

铜电解永久不锈钢阴极板校平

刘 波1， 李鸿程2

(1.中铝昆明铜业有限公司， 云南 昆明 650502； 2.云南铜业股份有限公司冶炼加工总厂， 云南 昆明 650102)

分析了永久不锈钢阴极板在铜电解生产过程中产生变形的原因及造成的影响，叙述了极板多辊校平的方式、效果以及辊式校压后特殊情况的处理。

铜电解； 永久不锈钢阴极； 变形； 辊式校平

0 前言

永久阴极铜电解技术使用刚度和韧性较好的不锈钢板作为阴极取代传统的始极片，省去了生产始极片的种板电解系统及阴极制作工序，简化了生产流程，提高了生产效率。不锈钢阴极具有可重复使用、平直度好、垂悬度好等特点，不锈钢表面有一层永久性、很薄的氧化膜层，可以很好地解决沉积铜的粘附性和剥离性之间的矛盾，即沉积的电解铜不会从阴极上掉落于电解槽内，又可以容易地从阴极上剥离下来。

不锈钢阴极板在使用过程中由于各种原因产生的弯曲变形会对铜电解造成影响，变形达到一定程度时必须进行校平。目前，国内外很多铜电解生产企业采用永久阴极铜电解技术，变形的不锈钢阴极板数量大，其多采用手工校平，效率、效果不佳，且容易产生新的变形，难于达到理想的生产状况。机械校平多采用辊式校平，技术成熟可靠，不锈钢阴极采用辊式校平处理，由于每块阴极板变形程度差异大以及自身的结构特征，校平难度大。采用多辊校平时，具体操作方法不尽相同，校平工序、效果存在较大差别。另外，辊式校平后，极板还需经过特殊处理，才能更好地满足生产。

1 不锈钢阴极板的结构特征

1.1 极板结构

不锈钢阴极板主要由导电棒、不锈钢母板、绝缘边条组成，如图1。

图1 不锈钢阴极板结构示意图

导电棒：铜包钢型导电棒截面一般为中空长方形，两端封闭，材料为304L不锈钢，与槽间导电板接触的底边被加工成圆弧形，焊在阴极母板上，并镀上铜，镀铜层厚度为1.3～2.5 mm， 2.5 mm最佳，镀层覆盖全部焊缝，并延伸至阴极板面，使导电棒具有良好的导电性和延伸性。钢包铜型导电棒一般由实心铜棒穿入不锈钢管拉拔而成，铜棒两端裸露与导电排接触。

母板：考虑到耐腐蚀性、弹性、经济性等，母板一般采用316L不锈钢板，厚为3.25 mm，极板底边开有90°的V形槽，便于阴极铜板剥离。部分厂家生产的极板底部要求涂蜡。

绝缘边条(夹边条)：阴极板两侧边缘采用绝缘材料包裹，以防电解过程中极板两侧析出阴极铜后相互连接造成铜板无法从极板剥离，绝缘包边多采用夹条和张紧棒形式。

1.2 极板使用要求

不锈钢阴极板悬挂于电解槽中，底边和导电棒中心线的偏差即悬垂度要满足一定要求。为使接触点压降尽可能低，以便减少直流电耗，导电棒与槽间导电排应呈线性接触，阴极板底部V型槽加工质量会影响剥片效果、剥片机组的处理能力以及阴极铜的外观质量。极板正常使用通常要满足表1所列参数要求。

表1 不锈钢阴极板基本参数要求

2 极板变形产生的原因及影响

2.1 极板变形产生的原因

(1)机组挠曲装置分布于阴极板两侧，从两边使阴极板弯曲。由于阴极铜与不锈钢板弹性模量等不一致，变形量不一致，顶部阴极铜与不锈钢板分离，形成开口，为将阴极铜彻底从不锈钢板剥离创造条件。此过程中，如果挠曲装置运动行程过大或位置调节不合理，使得不锈钢板产生变形而不能回弹恢复，阴极板存在的内应力无法消除产生的变形，或者两侧受力差异大，多次操作后板面会出现大圆弧面弯曲。

(2)不锈钢阴极板上的夹边条松弛、裂开、脱落或者极板底部V型槽损坏等，导致极板两侧的阴极铜牢固地相连在一起，而剥离前未被识别，剥离时阴极铜不能从阴极板顺利剥离，不锈钢板被拉弯。此类情况一般较少，一旦发生对极板造成的损伤非常严重。

(3)不锈钢阴极板在机组输送或入槽、出槽吊装过程中与机组、阳极板、准备架等碰撞发生变形，此类变形无规律，而且变形量大，严重时出现卷边、折角。

(4)不锈钢阴极板在电解、出装过程中，外界温度变化使不锈钢阴极板内应力改变造成极板变形，此类情况导致的变形量较小。

2.2 极板变形的影响

(1)极板变形后影响起重机吊运、机组运行效率等，并且彼此相互影响，使变形加剧。

(2)极板变形后影响绝缘边条的安装，边条无法安装在极板上，或者边条容易损伤、脱落，导致两侧阴极铜结晶相连在一起。

(3)极板变形后其平整度、悬垂度发生变化，不能满足使用要求，导致阴阳两极之间局部极间距减小或距离不均衡，电力线疏密不一致，电流分布不均匀，导电棒与导电排接触不良，短路增加，阳极泥沉降受阻，槽电压增高，从而影响阴极铜质量、电流效率、残极率等。

3 极板多辊校平

辊式整形校平工艺在薄板整形校平领域应用比较广泛，阴极板机械校平多采用多辊校平。其原理是材料经过同一曲率的弹塑性反复弯曲回弹后，残余曲率趋向一致，原始曲率逐渐缩小，直至达到工艺要求。多辊校平如图2所示。

图2 多辊校平示意图

3.1 校平工序

由于变形极板的数量大，各块变形程度不一，而且同一块板不同区域的变形量差异大，很难只用一种辊径的校平机或一道工序将极板校平，需要分几步采用不同直径的辊子依次处理大变形、小变形。变形量特别大时，极板不能直接进入校平机，或直接采用机械校平效果不佳，需要预先进行人工处理。因此，极板校平的一般流程为人工预处理—粗校—精校。

(1)人工预处理。人工预处理首先对不锈钢板变形程度检查，拆掉绝缘边条，清除板面附着的铜粒等残杂物，处理折角、尖凹坑、卷曲或扭曲等，以使极板满足机械校平的条件；其次，辨别极板是否需要进行粗校，不需要粗校的可直接进行精校，提高校平效率。

(2)粗校。粗校的主要目的是消除或减少极板较大的变形量，使极板各种变形从起初的各向异性趋于同向，满足精校要求，以保证精校的效果。粗较辊径较大，辊数较少，辊径的选取与生产实际中极板的变形量、厚度和材料等有关，辊径直接影响粗校的效果。

(3)精校。极板板面经过粗校实现大面平整后，再通过精校进一步整形，消除或减小变形，使极板平整度、悬垂度等满足使用要求。理论上，精校工序越多，辊径越小，校平的效果越好，但在实际操作中校压工序、辊径选取应兼顾效率、辊子强度。

3.2 校平方式

(1)不锈钢阴极从底边进入校平机，如图3(a)所示。这种校平方式极板不能整块进入校平机，当导电棒靠近校平辊边缘时退出，退出时需调节校平辊的间隙、开口大小，并且至少要进出往复两次。导电棒下方区域不能通过校平机校压，此区域的变形不能消除。

图3 极板校平进给方向

(2)不锈钢阴极从侧边进入校平机，如图3(b)所示，这种校平方式极板一端进入校平机，从另一端出来，为了保护导电棒以及棒与板焊接区域不受损，导电棒下方很大一块区域的板面不能进入校平机校平，同样这个区域的变形不能消除，而且这个区域面积比底部进入方式的大。

(3)将板面与导电棒切割分离，板面放入校平机校平后重新与导电棒焊接，这种方式由于板面可以整块进入校平机，所以校平效果比前两种好，但是操作繁琐，工序复杂，操作要求高，不利于在生产区域完成校平工作。另外，板面切割后长度缩短，极板沉积阴极铜面积缩小，不能多次切割校平。

4 辊式校平后的处理

不锈钢极板经过多辊校平处理后，大多数弹性变形基本消除，效果非常明显，大部分极板满足使用要求，但仍有少部分极板存在如下问题：

(1)导电棒与不锈钢母板焊接区域未经处理，影响悬垂度。由于导电棒与不锈钢母板焊接区域不能进入辊式校平机，该区域的变形无法消除，虽然不影响阴极铜沉积面的平整度，但会严重影响极板的悬垂度，即导电棒与板面(母板)重心不在同一铅垂面上，两者重心偏移。这种情况可采用平压法或反弯矫直法，消除导电棒附近不锈钢板的变形，使两者重心尽可能处于同一铅垂面，提高极板悬垂度。

(2)极板塑性变形问题。极板变形超出弹性变形范围后会产生塑性变形。弹性变形可以完全恢复，即弹性变形过程是一个可逆的过程。由于材料本身特性的原因，塑性变形不可逆。校平机只能改善塑性变形，无法从根本上解决问题。

(3)边缘小弯曲变形问题。理论上校辊径越小，极板变形校平的效果越好，但考虑到辊子强度和校平效率，辊径不能无限制地小，虽然整个大面的平面度满足使用要求，但边缘仍有“波浪边”、“荷叶边”无法消除，影响绝缘边条安装质量和使用寿命。

对于上述(2)、(3)两种情况，可在极板边缘小弯曲变形处或塑性变形处局部切开一条缝，减少应力和塑性变形，再进行人工校平、焊接、打磨，进一步提高校平效果。

5 结语

在铜电解过程中，永久不锈钢阴极板循环使用，由于各种原因极板产生变形不能满足生产要求时，需要校平处理。对于实际生产中存在的极板变形问题，应根据极板变形的特点，先采用辊式校平，再对特殊的变形和区域采取相应的处理方式，弥补辊式校平的不足。生产实践表明，多辊校平等一系列校平工艺技术可行，不锈钢阴极板通过校平处理后，极板平整度、悬垂度能够满足铜电解工艺要求。

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Flatnessofpermanentstainless-steelcathodeplateusedincopperelectrolysis

LIU Bo, LI Hong-cheng

This paper analyzes the reason and effect of deformation of permanent stainless-steel cathode plate used in copper electrolysis process, illustrates its multi-roller flattening method, effect and subsequent special case dealing ways.

copper electrolysis; permanent stainless-steel cathode plate; deformation; roller-type flattening

TF811

B

1672-6103(2017)05-0026-03

刘波(1981—)，男，吉林省吉林市人，工学硕士，工程师，企业管理部副经理。

2016-11-28