刁松伟

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

贵冶倾动炉是从德国引进的亚洲第一台用于处理固态杂铜冷料的倾转式精炼炉，于2003年8月建成投产，最初设计能力为350t/炉，年产10万t阳极铜。阳极铜浇铸系统则采用贵冶冶化工程公司自主设计制造的第一套16模双圆盘浇铸机，随着阳极铜浇铸产量的逐年增长，原有的圆盘浇铸效率已明显偏低，需要对该系统进行一系列的优化完善。

2 圆盘浇铸机概况

2.1 圆盘浇铸机浇铸阳极铜工艺流程

圆盘浇铸机是阳极铜浇铸的关键设备，其工艺流程见图1所示。

2.2 圆盘浇铸机功能区介绍

圆盘浇铸机共分为8个功能区域(见表1所示)，浇铸机需保证稳定的性能，才能浇铸出优良的阳极铜，只有确保浇铸机的高效顺行，才能为工厂全年达产达标，提质增效奠定良好的基础［1］。

表1 圆盘浇铸机功能区及功能介绍

图1 阳极铜浇铸工艺流程图

3 影响圆盘浇铸效率因素

倾动炉圆盘浇铸系统经过多次技术改造和工艺优化，性能日趋稳定，阳极板物理规格合格率屡创新高，但浇铸效率始终维持在略高于设计能力的水平，调查2015年至2016年圆盘浇铸机浇铸效率，平均值分别为84.6t/h和85.1t/h（见表2所示）。

表2 2015-2016年圆盘浇铸机浇铸效率统计表 t/h

对影响圆盘浇铸能力的因素进行统计分析，见表3所示。

表3 影响圆盘浇铸能力因素统计表

对表3进一步分析，在设备运行方面，导致提取机水槽运行不顺畅，影响浇铸能力的频次高达96.1%，主要原因有：①提取机运行时间长；②水槽滑块松动故障；③堆垛限位杆变形。在工艺方面影响频次较高的因素有：①电子秤不稳定；②浇铸包制作不合格。

4 提高圆盘浇铸效率对策

4.1 设备运行方面

4.1.1 提取机运行时间长

通过现场测算和分析，提取一块阳极板，提取机平均滞后时间为1s，浇铸一炉铜浪费的浇铸时间为25min。对圆盘浇铸70炉次阳极铜中提取机运行时间和浇铸效率进行统计分析，结果见表4。

将表4中数据一一绘入图中（见图2），发现随着提取机运行时间减短，浇铸效率明显提升，因此，提取机运行时间成为了制约浇铸效率的关键因素。

表4 提取机运行时间（s）和浇铸效率（t/h）统计表

图2 提取机运行时间和浇铸效率散布图

4.1.2 缩短提取机运行时间

要缩短提取机运行时间须通过提高减速机输出转速来实现。减速机的输出转速n2= 输入转速n1/i（i为传动比），输入转速n1为恒定，因此可以减小传动比i，即选择传动比小的减速机。

在确定选择传动比小的减速机的同时，针对现有提取机所需提升的能力空间进行调查和计算，最终采用型号SEW-K127AD7、传动比36.25、扭矩13000NM的减速机。与原减速机传动比为70.95相比，在输入转速相同的情况下，采用传动比为36.25的减速机，速度空间可提升95%。选型成功后，对减速机运行稳定性和角度检测的准确性进行技术改进，设计出一种提取机减速机轴编码器固定装置，使减速机达到了又快又平稳的工作要求，提取机运行时间缩短至18～30s［4］（见表5）。

表5 提取机减速机改进前后对比表

4.1.3 水槽滑块松动故障

通过对提取机提取阳极板放在水槽传送链条运行的过程进行统计，发现缓冲滑块每33～40s受0.397t阳极板冲击1次，全年总计受到1.6万多次冲击。对滑块受力分析（见图3）可知，滑块靠螺栓紧固连接，螺栓在受到冲击载荷时会拉伸变形，同时受到横向载荷的切应力，导致金属疲劳，容易造成松动。

图3 滑块受力分析图

4.1.4 优化水槽滑块加固方式

针对滑块受力情况，设计一个支座反力（见图4），以达到消除或减小螺栓受到的横向载荷的切应力，起到固定支撑滑块作用。

图4 滑块支撑设计图

通过现场测量、计算最终确定在原有滑块的下方焊接一块长100mm宽30mm厚20mm的长方体钢板固定，滑块即使在受到外力撞击的情况下，由于受到钢板的固定支撑作用，也不会发生位移和形变，不会松动卡死驱动链条，可避免故障的发生［5］。

4.1.5 堆垛限位杆变形

通过对堆垛顶起阳极板的运动过程进行分析，从阳极板碰到限位杆计时开始到限位杆复位的整个过程，限位都可能出现故障。经分析得出限位杆变形的原因是：①受到阳极板的挤压变形；②受堆垛上下运动时阳极板摩擦变形；③受叉车叉运时撞击变形［3］。

4.1.6 改进堆垛限位杆

对限位杆进行改进，从限位杆的材质、直径、软硬度各方面考虑，通过比对，发现圆柱螺旋弹簧具有抗弯曲、抗变形、既能承受静载荷又能承受变载荷，并且在工业领域被广泛应用。最终通过载荷、强度、稳定性计算，选择φ30不锈钢圆柱螺旋弹簧（见图5所示）作为堆垛限位杆的材料。自从弹簧限位杆在实际中应用后，从未出现变形、断裂现象，改进后的限位杆至今未发生一起故障［6］。

图5 堆垛限位杆改进前后对比图

4.2 工艺方面

4.2.1 电子秤不稳定

影响阳极板重量最关键的是电子秤的精度，电子秤采用差量法称量浇铸包的铜水重量。阳极板浇铸过程中，由于电子秤单重精度控制不稳定，从而导致终止浇铸影响浇铸效率。电子称不稳定的因素及对策见表6所示。

表6 影响电子称测量精度因素及解决对策

4.2.2 浇铸包制作不合格

当浇铸包内型尺寸制作不合格，在中间包向浇铸包倾倒铜水时，铜液经常从浇铸包前方冲出、后方溢出浇铸包，浇铸包内、嘴子下方易结冷铜，从而影响电子秤的精度。

因此，浇铸包的标准化制作对浇铸阳极板单重起着重要作用。车间加强了对浇铸包制作标准的优化，浇铸包衬砖改为复合刚玉莫来石浇铸包预配件（见图6所示），边框厚度55mm，嘴子有效宽度560mm，从而增加铜水的横截面积，减少铜水外溢，并降低了制作包子的工作强度，制造衬砖只需更换浇注包预配件即可［7］。

图6 浇铸包的制作标准对比

5 结束语

通过上述技术改进和过程控制，圆盘浇铸机浇铸效率逐年稳步提升（见表7所示）。

表7 2016-2019年圆盘浇铸机浇铸效率统计表 t/h

圆盘浇铸效率的提高，缩短了倾动炉杂铜冶炼作业周期，降低了重油、天然气、水、电等能耗；避免了设备的故障隐患，确保了圆盘浇铸机的高效顺行，减轻了员工的劳动强度和在浇铸过程中检修的工作风险，同时避免了在阳极铜浇铸过程中设备故障给工艺人员带来的安全隐患。