提高銅電解陰極加工質量的生產(chǎn)實踐

彭 明， 白偉道， 任智順， 別良偉

(金川集團股份有限公司銅冶煉廠， 甘肅 金昌 737100)

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提高銅電解陰極加工質量的生產(chǎn)實踐

彭 明， 白偉道， 任智順， 別良偉

(金川集團股份有限公司銅冶煉廠， 甘肅 金昌 737100)

對銅電解始極片機組進行改造，在始極片矯平、壓紋、吊耳沖孔、導電棒清潔等方面取得顯著效果，陰極銅生產(chǎn)過程中的各項指標得到提高。

銅電解； 陰極； 加工質量； 始極片； 導電棒

0 引言

傳統(tǒng)法電解包括小極板短周期常規(guī)電解和大極板長周期常規(guī)電解兩大類[1]。大極板長周期常規(guī)電解工藝中，陰極的生產(chǎn)控制及加工質量極其重要，關系到陰極銅的品級率、電流效率、殘極率、槽作業(yè)率、成本指標等關鍵參數(shù)。國內(nèi)某大型銅冶煉廠電解車間采用大極板長周期常規(guī)電解法生產(chǎn)陰極銅，本文介紹其提高始極片加工質量所采取的措施。

1 陰極的組成及工藝要求

銅電解陰極由始極片、導電棒和吊耳三部分組成，始極片、吊耳的生產(chǎn)質量及導電棒的清洗質量將影響陰極的整體加工質量。

1.1 始極片

始極片是用鈦種板和銅陽極在電解槽內(nèi)經(jīng)過一定周期電解制成的。電解生產(chǎn)對始極片要求: 薄厚均勻，柔韌度好,硬度適中,回彈度小。要生產(chǎn)出符合要求的始極片，首先要均勻打磨鈦種板，將其表面的氧化層去除干凈，同時鈦種板導電部位要進行清潔處理，增強導電性；其次要將夾邊條打到位。為保證生產(chǎn)的始極片薄厚均勻，生產(chǎn)種板槽的陽極尺寸要稍大于生產(chǎn)槽的陽極尺寸，下槽后對極間距進行調整，保持極間距均等，確保生產(chǎn)出的始極片物理尺寸規(guī)范，周邊厚度均勻。人工挑選硬度適中，回彈性小，柔韌性好，表面沒有結粒的始極片送往始極片機組加工。

1.2 吊耳

種板生產(chǎn)出的厚度在0.6～0.8 mm、柔韌性好的銅皮,由吊耳切割機組加工成規(guī)格為100 mm×370 mm的吊耳。加工時，既要保證吊耳尺寸，又要確保兩邊垂直，故小分切時入剪切機的物料邊部與分切方向保持垂直，同時兩圓盤剪切的重合度≤3 mm，圓盤剪切的間隙在0.3～0.4 mm之內(nèi)，這樣剪切生產(chǎn)出的吊耳，兩邊垂直無扭曲波浪,平直度好,剪切邊無毛邊。

1.3 導電棒

導電棒的物理規(guī)格為32 mm×32 mm×1 300 mm，要求平直且導電性好。經(jīng)電銅機組噴淋洗滌后的導電棒由導電棒機組提供給始極片加工機組，始極片機組進行陰極綜合加工。導電棒與槽間導電板接觸的導電部位無氧化層，導電性好，接觸電阻低，便于降低槽電壓。生產(chǎn)實踐中，在電銅機組噴淋洗滌導電棒時，控制洗滌水pH 2～3，洗滌水溫度80～85 ℃。

2 提高始極片陰極加工質量的措施

2.1 陰極生產(chǎn)工藝

陰極的整個生產(chǎn)過程是：種板系統(tǒng)生產(chǎn)的始極片裝箱后送至始極片機組，再由始極片機組的吸片移送裝置運送到撥片裝置經(jīng)咬入機送進十九輥矯直機中，始極片在矯直機中去除應力并矯平。矯平后的始極片送入壓紋裝置，壓紋整形后送入步進臺，同時吊耳供給裝置和穿棒裝置分別將吊耳和導電棒送入步進臺，始極片、吊耳和導電棒經(jīng)折耳裝置同時被送入沖鉚耳裝置，按照工藝要求鉚接在一起加工成標準的陰極，提升裝置和移載小車將生產(chǎn)的陰極運送到排板架上等待吊車吊裝入槽。

2.2 提高始極片加工質量的改進措施

2.2.1 始極片的去應力矯平

始極片去應力矯平由十九輥矯直機完成，它的布置形式和調整方法是完成始極片去應力和矯平的關鍵[2]。十九輥矯直機是一種連續(xù)反復彎曲矯直設備，由于矯直輥的數(shù)量較多，各輥的壓下量不是單個控制。為提升機組適應能力，保證薄厚不均(0.5～1.5 mm)的始極片都能夠去應力矯平、平直度好，將十九輥矯直機進行整體傾斜式布置形成了剪式線性遞減壓下的矯直方法。矯直中始極片在第二、三輥的反彎曲率最大，產(chǎn)生大變形迅速消除始極片的原始曲率和不均勻度，以后中間各輥的壓下量按直線關系遞減。矯直機入口輥縫值調整在-1.2～-0.5 mm之間，出口輥縫值調整在0.8～1.6 mm之間，原則上傾轉值(出入口輥縫差值)控制在1.2～2.4 mm之間。對出入口輥縫的調整，采用剪式線性遞減壓下的矯直方法進行矯平(如圖1)，十九輥矯直機上輥2、4、6、8、10、12、14、16、18與下輥1、3、5、7、9、11、13、15、17、19的壓彎量依次遞減、反彎變形量由大到小，這樣矯平后的始極片去應力好，又能保證平直度，同時還可以防止始極片上翹。

圖1 剪式線性遞減壓下矯直法

圖2 壓紋配置的改造

2.2.2 始極片的壓紋

經(jīng)過十九輥矯直機去應力矯平后的始極片送入壓紋裝置壓紋以提高始極片的剛度。原壓紋裝置由四道壓紋輥組成，共壓制九道紋(五道凸紋，四道凹紋)，這樣壓紋后的始極片不能完全滿足生產(chǎn)工藝的要求[3]，具體表現(xiàn)為：始極片有時向光面凸，有時向麻面凸，凹凸紋深淺不一，入電解槽后凸紋處易長結粒；始極片水平方向呈現(xiàn)瓦楞狀；始極片的壓紋寬度較窄且壓紋呈現(xiàn)較重的棱角；始極片的平直度不好,懸垂度極差，在12～16 mm之間的較多。

針對以上問題，對壓紋裝置布局和結構進行優(yōu)化和改進：

(1)凹凸紋路分離，凹凸紋的軋制深度可分別調整，避免調整凹紋時對凸紋的影響；

(2)壓紋過程采用先中間后兩邊的原則，有效防止壓制變形過程中的應力集中。壓紋輥重新布局配置，將原來的九道壓紋改為五道壓紋，其中一組壓紋輥壓制中間三道凸紋，另一組壓紋輥壓制邊部兩道凹紋，通過減少壓紋道數(shù)消除始極片的瓦楞狀。壓紋配置的改造如圖2所示。圖3為五道紋壓紋輥生產(chǎn)出的陰極；

(3)對壓紋輥凸模具結構進行改造，將凸模具壓紋的三角形頂部去除，壓紋結構由三角形改為梯形，既消除了較重的壓紋棱角又增加了壓紋寬度；

(4)針對始極片光面和麻面的致密度不同，同一壓制角度下始極片光面和麻面產(chǎn)生的曲率不一致的特點，對光面壓紋輥的壓紋模具進行改造，改變光面壓紋輥凹凸壓模的反向變形斜度，抵消始極片壓紋后回彈變形量，消除始極片壓紋曲率不一致對平直度和懸垂度產(chǎn)生的不良影響。經(jīng)過反復試驗，壓模的反向變形斜度為1∶32加工的始極片效果較好，改造前后光面壓紋輥斜度如圖4所示。圖5為壓模的反向變形斜度(1∶32)。

圖3 改造后壓紋輥生產(chǎn)出的陰極

圖4 改造前后光面壓紋輥斜度

圖5 壓模的反向變形斜度(1∶32)

2.2.3 導電棒定位

始極片沖鉚耳時導電棒是自然落在定位槽內(nèi)的，實際生產(chǎn)中，一些外在因素使得導電棒產(chǎn)生傾轉和位移，沖鉚耳后會出現(xiàn)始極片偏離導電棒中心下方的現(xiàn)象，造成始極片的下部前傾致使整體懸垂度不好。針對這種情況，在始極片機組沖鉚耳活動橫梁兩側加設定位塊，沖鉚耳前對導電棒進行定位壓緊，這一問題得到很好地解決，始極片的整體合格率得到進一步提高。

2.2.4 始極片沖鉚耳

始極片、吊耳和導電棒經(jīng)折耳裝置同時被送入沖鉚耳裝置，按照工藝要求鉚接在一起，鉚接后的始極片其耳部沖孔的翻邊毛刺全部集中在鉚孔上表面，形成一個凸臺，造成鉚耳不均勻。這種鉚耳方式生產(chǎn)出來的始極片入槽后，由于凸臺處與陽極之間的距離較近，電力線更為集中，鉚耳處長結?，F(xiàn)象嚴重，電解過程中燒板處理量大增，嚴重影響陰極銅的質量。

為此，對沖鉚耳的方式進行改進，采用大沖孔小鉚耳的方式，將耳部沖孔的翻邊毛刺嵌儲于沖孔與鉚孔尺寸差的空間。這種方式加工的始極片鉚耳均勻緊密無明顯凸臺，消除了電解生產(chǎn)中鉚耳處凸臺長結粒現(xiàn)象，陰極銅物理外觀改善。圖6為始極片鉚孔上表面，圖7為始極片沖孔的正面。

圖6 改造后始極片鉚孔上表面

圖7 改造后始極片沖孔的正面

2.2.5 導電棒底部導電接觸部位的改造

由于導電棒采用鈦包裹銅的形式，導電棒底部與槽間導電棒接觸的部位裸露在空氣中與槽面揮發(fā)的酸霧接觸，一段時間后其表面被氧化，形成一層致密的氧化銅膜，雖經(jīng)過電銅機組噴淋裝置清洗，但一些較厚的氧化銅層不能徹底清除，入槽后導電性差，增大了接觸電阻，使槽電壓上升，增加了電解過程中的電耗。

針對這種情況，在始極片機組排板鏈下方加設導電棒底部導電接觸部位的自清刷裝置。加工好的始極片被提升鏈運送到始極片輸送排板鏈上，其勻速向前運動的同時導電棒底部導電部位的自清刷裝置將導電棒兩端底部導電接觸部位的氧化銅層及其他雜質清除干凈。該裝置的成功運用，降低了接觸電阻，提高了導電棒在電解槽上導電率，減少了槽電壓，降低了能耗[4]。

3 實施效果

通過對陰極生產(chǎn)加工過程關鍵工序實施技術改造，始極片懸垂度的合格率大幅度提升，陰極的整體質量得到提高。2012年11月至2013年2月，生產(chǎn)的始極片懸垂度小于等于10 mm的合格率不到50%。改造后，2013年5月至7月，始極片懸垂度小于等于10 mm的合格率在84%以上，槽間短路率下降到0.5%～0.6%，電流效率97%以上，陰極銅合格率98.0%以上，殘極率15.5%以下。改造前后陰極生產(chǎn)主要工藝技術經(jīng)濟指標如表1所示。

表1 改造前后陰極生產(chǎn)主要工藝技術經(jīng)濟指標 %

陰極加工質量的提升，不僅優(yōu)化了工藝技術經(jīng)濟指標，同時電解燒板量大大減少，很大程度上減輕了崗位員工的勞動強度，提高了勞動效率。

4 結語

通過加強始極片、吊耳、導電棒生產(chǎn)過程中的工藝控制，對始極片的去應力矯平裝置、壓紋裝置、導電棒定位裝置、沖鉚耳裝置等進行改造，陰極的整體加工質量及裝備水平得到提升，同時陰極銅的各項工藝技術指標得到優(yōu)化，降低了能耗，減輕了崗位員工的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，該公司的銅電解工藝技術指標達到了國內(nèi)同行業(yè)先進水平。

[1] 朱東升.貴溪冶煉廠提高銅電解始極片垂直度的實踐[J].江西有色金屬，1999，13(2)：32-34.

[2] 李健鋒，吳張永.銅電解始極片壓紋轎平裝置的分析及改進[J].機床與液壓，2008，36(4)：373-374.

[3] 劉愛舉.始極片加工半自動生產(chǎn)線的研制[J].中國有色冶金，2007，(6)：34-36.

[4] 王成國，徐衛(wèi)，史建遠.降低銅電解直流電單耗的實踐[J].中國有色冶金，2009，(5)：23-26.

Practice of improvement of the cathode processing quality in the copper electrolysis

PENG Ming, BAI Wei-dao, REN Zhi-shun, BIE Liang-wei

Through the technical transformation of the starting sheet processing unit, the remarkable results have been achieved in aspect of flattening of the starting sheet, marking, lifting lug, riveting ears, and the current-conducting rod cleaning. The technology indexes of cathode copper production also have been improved.

copper electrolysis; cathode; processing quality; starting sheet; current-conducting rod

彭 明(1969—)，男，甘肅金昌人，技師，從事有色冶金機械設計及設備改進、管理等工作。

2014-- 04-- 20

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1672-- 6103(2015)03-- 0008-- 04