提高銅電解始極片加工質量的生產實踐研究

韓 奮,王海霞,姜洪海,楊 森,張春發(fā)

(1.巴彥淖爾西部銅材有限公司,內蒙古 巴彥淖爾 015000；2.河套學院,內蒙古 巴彥淖爾 015000)

提高銅電解始極片加工質量的生產實踐研究

韓 奮1,王海霞2,姜洪海1,楊 森1,張春發(fā)1

(1.巴彥淖爾西部銅材有限公司,內蒙古 巴彥淖爾 015000；2.河套學院,內蒙古 巴彥淖爾 015000)

文章主要介紹了銅電解始極片的壓紋校平原理,分析了銅始極片在校平機中校平、壓紋過程中出現(xiàn)的問題,始極片的垂直度等工藝指標控制。提出了校平機的調整方法和改進方法,使得始極片的應力得到很好的消除,增加了始極片的剛性,通過生產實踐的驗證,改進方法使生產過程中的各項指標得到提高。西部礦業(yè)巴彥淖爾西部銅材廠電解車間采用的是傳統(tǒng)法電解生產工藝,介紹該廠在提高始極片加工質量和效率所采取的措施。

銅電解；陰極；始極片；加工質量；校平機

1 引 言

電解銅是一種重要的工業(yè)原料。在傳統(tǒng)銅電解工藝方法中,采用始極片工藝生產電解銅是生產電解銅的主要方法之一。在銅的常規(guī)電解精煉工藝中,主要作業(yè)包括制備種板、種板剝離、整體平整及剛性處理,并將種板、吊耳和導電棒裝配在一起組成陰極板,密集排列,以待出裝槽作業(yè)人員將陰極板吊裝入槽。向電解槽內裝入陽極板及陰極板,通電電解,使陽極板表面銅離子析出,始極片表面電解獲得銅。最后,取出陰極板及殘極,并對其進行處理等。其中有一道重要工藝是始極片的校平壓紋工藝,該工藝是為了使入槽的陰極板極距準確、均勻,增強剛性,使之不易變形。要求始極片的懸垂度盡量小,可以保證電解工序正常進行,減少電解過程中的短路等現(xiàn)象,提高電流效率,獲得高質量成品,關系到陰極銅的各項經濟技術指標。為獲得良好的始極片懸垂度和平面度,一般在進行始極片加工時采用校平機對其進行校平,以使裝配成型的始極片具有良好的懸垂度。在校平過程中常由于始極片原料及加工設備等的原因,導致校平后始極片平面度差問題。為提高電解效率,本文將綜合分析始極片校平過程中產生的各種問題,并提出有效的改進方法,以提高始極片平面度和生產效率等。主要以巴彥淖爾西部銅業(yè)銅材廠的實踐經驗為例。

2 改造前始極片狀況

改造前隨著電解液雜質的量積累得越來越大,始極片垂直度的加工質量已經難以滿足工藝要求。①始極片板材情況：a.始極片厚薄不穩(wěn)定,不能有效滿足機組自動化加工的0.6mm～1.2mm板厚要求。b.始極片彈性和韌塑性差異大,彈性大的始極片因其可塑性小,垂直度基本徘徊在1mm～16mm(垂直中心線分法)給陰極加工機組定型帶來難度。②機組的整形壓紋設備在板厚差異較大的始極片加工狀態(tài)下,出現(xiàn)軸承和壓紋輥、整形輥等間隙調整準確性下降。③始極片在左、右吊耳鉚接后,上沿水平。

3 影響因素分析

①始極片板材情況,根據現(xiàn)場經驗,當始極片的厚度均勻、硬度合適、表面光潔無結節(jié),厚始極片較薄始極片,規(guī)格為775mm×915mm×(0.6mm～1.2mm),同片不等厚度<0.20mm時,質量較好,垂直度和平整度指標易于實現(xiàn)。②機組的整形壓紋設備在板厚差異較大的片長期加工狀態(tài)下,出現(xiàn)軸承和壓紋輥、整形輥等間隙調整準確性下降。③吊耳水平左右水平度在裝槽后始極片在電解液面以下的狀態(tài),始極片水平邊與豎直邊完全垂直,沒有考慮到槽面導電排和絕緣墊板的厚度造成的裝槽傾斜情況,造成始極片在電解過程中有一側上邊與陽極板上邊不平行的現(xiàn)象,以及吸附后的陰極板厚薄不均現(xiàn)象。

4 改進手段

4.1 板材控制

(1)板厚彈性塑性控制,對種板生產系統(tǒng)的電流密度進行調整。同時對種板槽通電時間做了規(guī)定,由原來每天通電時間控制在22h,改為通電時間一律控制在24h。種板系統(tǒng)電流密度升高到270(A/m2),始極片厚度控制到1.0～1.1mm。始極片自種板上剝下后,進行四邊剪邊,取得775mm×915mm,厚度在0.8mm～1.0mm,同片不等厚度小于0.2mm的成品始極片?？刂品N板系統(tǒng)骨膠、硫脲等添加劑的添加量,獲得彈性小可塑性大的始極片。

(2)始極片整形。裝配始極片介紹：①始極片尺寸：寬×長×厚：775mm×915mm×(0.8mm～1.2mm),重量：3.9kg。②吊耳尺寸：寬×長×厚：60mm×375mm×(0.8mm～1.0mm),重量：0.11kg，表面平滑,厚度均勻在0.6mm～0.8mm的始極片,經圓刃剪耳機剪出60mm×375mm。③導電棒尺寸：邊×寬×長：24mm×24mm×1030(±5)mm,重量：4.1kg,陰極板總重量：8.0kg。

4.2 校平壓紋整形校平機

校平機以19輥交錯壓軋,使始極片消除應力,實現(xiàn)平直；壓紋機以4組壓紋輥,經分階段壓紋,使始極片壓上“T”形紋,提高其挺直剛度；整形機以3對6根對輥,對經校平、壓紋后的始極片可能存在的橫向彎曲或局部不平實施整形；校平機由3對交錯式布置輥組組成,其設計功能是針對始極片在壓紋、輸送的過程中可能產生的縱向彎曲進行校平。在使用中因為該部分的傳動速度普遍較高,載荷較大且不均勻,所以需根據始極片的厚薄、質感等狀況隨機調整。

圖1 校平壓紋機示意

圖2 校平壓紋原理

(1)使用中結合實際的調整,對于現(xiàn)有始極片的校平整形機調整值：①咬入輥、夾送輥、出料輥輥間間隙0.5mm,壓紋輥徑向臺肩間間隙：0.5mm。②19輥校平機的調整：校平機通過手柄調整至進入側小于片厚0.3mm～2mm,出片側大于片厚0.3mm～2mm。③壓紋輥組采用4對8根輥,第一對輥先壓出2邊的四道紋,第二對輥次壓出中間的五道紋,第三對輥重復全部壓紋,第四組輥實行過壓紋,經過壓紋,過壓紋后的始極片,進入整形輥組。本處是結合實際現(xiàn)場經驗,發(fā)現(xiàn)中間壓紋可以教兩邊的紋路調整得淺些,可以使版面的平直度更佳。調整時,應強調上下輥的平行度。④ 6支對輥整形機的徑向壓緊力是由固定于其滑塊上部的彈簧決定的,但當始極片厚度增加較多,比如1.2mm或以上時可以通過添加墊片的方式增加其壓緊力,以提高整形能力。⑤6支錯輥校平機調整：校平輥設計為錯輥式,調試時應先調至高處,不參加校平,逐漸下調至壓紋整形后的始極片縱向不彎為準。

(2)具體實際中結合工藝控制,該廠做出的改進如下：①在校平機入口增設的導入裝置,改良軸承的潤滑系統(tǒng)。②整形效果進行了調整降低了壓紋的深度,結合現(xiàn)有的銅始極片的韌塑性,提出了(降低中間壓紋輥的壓下量)大幅降低較多的中間部分的壓紋深度,微調片兩側(壓紋輥的壓下量)的壓紋深度。③吊耳裝配完成后上側用木槌將其砸平。④改善片在步進平臺上裝配工位的裝配位置,有效考慮裝配好后的始極片進入電解槽內導電母排上絕緣墊板的厚度,使其能墊絕緣板側低3mm。

5 改進后產生的效果

①可有效提升片的垂直度,達到7mm～9mm的較優(yōu)效

果,平直度<9mm,垂直耳間距誤差均應<2mm,成品率>98%。②被與銅棒捶打密實的耳片,提升了接觸面積,提高電流效率。③入槽后銅始極片能上邊平行于液面和陽極板上邊平行。④根據始極片厚度增加,垂直度提升的特性。始極片垂直度獲得明顯改善。⑤通過在校平機入口增設的導入裝置。使得校平機入口卡滯現(xiàn)象幾乎消除,卡滯率降至小于0.01%。通過改良軸承的潤滑系統(tǒng),使得各潤滑點均能獲得足夠的潤滑油,保證了軸承的支承效果和工作壽命。通過加強原料始極片的質量要求,改善了校平機的工況,提升了設備工作的穩(wěn)定性,降低了設備故障率。

6 結論與討論

通過在我廠按照上述優(yōu)化方案進行改造。通過提高始極片垂直度的生產實踐,了解和掌握了影響垂直度提高的主要因素。始極片壓紋校平裝置按咬入、粗校、精校、壓紋、出料工序組合進行,有利于功率分配,有利于整形質量的進一步提高。使始極片更加平整,增加了剛性。通過改進也使得生產效率得到了提高,使得質量穩(wěn)定可靠。經生產實際驗證，校平機的運行和校平效果都得到了較大改善。通過合理調整校平機壓下量。始極片懸垂度得到明顯提升,由平均13mm提升至平均7mm。通過提高始極片垂直度的生產實踐,了解和掌握了影響垂直度提高的主要因素。證明了只要控制種板系統(tǒng)添加劑骨膠、硫脲等添加劑的加入量,生產出彈性小可塑性大的始極片；始極片厚薄控制0.8mm以上；壓紋紋深控制在2mm范圍之內,就能得到較好垂直度的始極片。這對于今后不斷適應高雜質電解和提高陰極銅質量都十分有效。通過加強始極片、吊耳、導電棒生產過程中的工藝控制,對始極片的去應力校平裝置、壓紋裝置等進行改造,陰極的整體加工質量得到提升,陰極銅的重要工藝技術指標得到優(yōu)化。

[1]有色金屬冶煉設備編委會.有色金屬冶煉設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1994.

[2]崔甫.校平理論與參數設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1987.

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

10.13939/j.cnki.zgsc.2016.49.095

河套學院科學技術研究項目(項目編號：HYZQ 201409)。

韓奮(1985—),男,漢族,內蒙古臨河人,工程碩士,巴彥淖爾西部銅材有限公司工程師。研究方向：機械設備管理和機械工程及冶金成套設備裝備優(yōu)化；王海霞(1983—),女,漢族,內蒙古五原人,碩士,講師。研究方向：農業(yè)環(huán)境監(jiān)控與信息化技術(通訊作者)。