提升電銅剝離率的探索與實(shí)踐

謝鈿生， 何夏雨， 謝 君

(銅陵有色金冠銅業(yè)分公司， 安徽 銅陵 244000)

金冠銅業(yè)電解車間設(shè)計(jì)產(chǎn)能40萬(wàn)t，選用不銹鋼永久陰極電解工藝，配置2套機(jī)器人式高速剝片機(jī)組，設(shè)計(jì)加工速度630片/h。不銹鋼陰極板選用KIDD法，導(dǎo)電棒為鍍銅鋼棒，陰極板的底邊開(kāi)有90°的V形槽，兩側(cè)垂直邊采用夾邊條(塑料夾條和張緊棒)絕緣，生產(chǎn)出來(lái)的電銅兩片底部相連[1]。

電解生產(chǎn)系統(tǒng)及陰極剝片機(jī)組于2013年2月投入生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)運(yùn)行，電解生產(chǎn)負(fù)荷及電銅質(zhì)量趨于穩(wěn)定，剝片機(jī)組生產(chǎn)日均負(fù)荷基本穩(wěn)定。后來(lái)由于電銅剝離困難、剝離次數(shù)多、機(jī)組故障率高等問(wèn)題，2014～2015年電解滿負(fù)荷生產(chǎn)期間的電解出銅作業(yè)，平均每天要到20∶00結(jié)束，較設(shè)計(jì)的18∶00結(jié)束晚兩個(gè)小時(shí)，剝片機(jī)組的加工作業(yè)效率低、維修成本高、裝出槽時(shí)間長(zhǎng)問(wèn)題突出。

1 電銅剝離

1.1 電銅剝離

電銅剝離是指電銅在剝片機(jī)組經(jīng)過(guò)洗滌后，通過(guò)機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到剝片，經(jīng)固定、繞曲或擠壓使電銅產(chǎn)生形變，利用銅板的剛性和陰極板的柔性不同而產(chǎn)生分離，然后通過(guò)剝離小刀、砍斧作用，使陰極銅與不銹鋼板完全分離的過(guò)程[2]。電銅一次剝離率是指每塊電銅在剝片站經(jīng)過(guò)繞曲、小刀分離、砍斧3個(gè)功能一次性完成電銅剝離的電銅數(shù)量與當(dāng)日電銅剝片總數(shù)的比例。

剝片機(jī)組加工是電解生產(chǎn)的最后一道工序，剝片機(jī)組電銅加工分為洗滌、剝離、固定、堆垛、稱重、打包等6個(gè)主要過(guò)程[3]。電銅剝離是整個(gè)機(jī)組加工最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)中，可能由于電銅質(zhì)量(例如底部過(guò)厚、過(guò)薄、肥邊等)、陰極板或機(jī)組故障等原因，導(dǎo)致電銅在剝片站無(wú)法經(jīng)過(guò)繞曲、小刀分離、砍斧3個(gè)功能一次性完成電銅剝離。因此，電銅一次剝離率高低可以直接影響到機(jī)組作業(yè)效率、故障率、維修成本、裝出槽時(shí)間及機(jī)組安全生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。

1.2 電銅剝離率對(duì)生產(chǎn)的影響

金冠銅業(yè)電解系統(tǒng)自2013年投產(chǎn)以來(lái)，通過(guò)初期試生產(chǎn)磨合及設(shè)備和工藝的優(yōu)化，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了達(dá)產(chǎn)運(yùn)行。在2015～2016年期間，公司就電銅剝離問(wèn)題進(jìn)行了專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，前期銅的平均一次剝離率73%、后期銅的平均一次剝離率僅有58%，詳細(xì)情況見(jiàn)表1、表2。由于電銅一次剝離率水平較低，對(duì)電解生產(chǎn)管理、剝片機(jī)組設(shè)備運(yùn)維產(chǎn)生很大影響：由于電銅多次剝離，每天每臺(tái)剝片機(jī)組作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)約30～40 min；由于電銅難剝離，增加了砍斧動(dòng)作頻次，導(dǎo)致砍斧故障高發(fā)，而且由于銅鋼難分離，砍斧對(duì)陰極板的損壞及懸垂度產(chǎn)生極大影響，尤其是對(duì)夾邊條的損壞明顯；難剝離板在進(jìn)行手動(dòng)模式剝離時(shí)，會(huì)出現(xiàn)單面電銅剝離，給機(jī)器人錯(cuò)誤信號(hào)，造成機(jī)器人卡板故障，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致機(jī)器人碰撞重大故障；對(duì)于經(jīng)多次剝離而無(wú)法剝離的電銅，需要人工進(jìn)入剝片站進(jìn)行人工剝離或用行車吊離，給人員操作增加安全風(fēng)險(xiǎn)。

表1 前期電銅剝離次數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 后期電銅剝離次數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 影響電銅剝離率的主要原因分析

2.1 電銅物料差

1)陰極銅重量不達(dá)標(biāo)。電銅板面物理規(guī)格應(yīng)大小固定，重量過(guò)輕則是銅板厚度不夠，剛性達(dá)不到銅、鋼分離要求，一般低于80 kg(不含陰極板重量)的電銅，剝片機(jī)組是無(wú)法剝離的。重量不達(dá)標(biāo)主要原因：一是陰極板在電解生產(chǎn)過(guò)程中，由于陰極板、陽(yáng)極板導(dǎo)電不良或是極板短路，導(dǎo)致陰極銅生長(zhǎng)質(zhì)量不夠；二是陽(yáng)極板單重較理論計(jì)算值過(guò)低，陽(yáng)極后半周期重量不夠或過(guò)殘，導(dǎo)致陰極板沒(méi)有對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極，從而陰極銅生長(zhǎng)質(zhì)量不夠。

2)陰極銅下沿過(guò)薄。陰極板面與陽(yáng)極板板面是按照一定比例設(shè)計(jì)的，一般陽(yáng)極板的掛耳長(zhǎng)度/陰極板的掛棒長(zhǎng)度不低于0.96，如果此值低于0.96，陽(yáng)極板經(jīng)過(guò)前半周期的溶解，后半周期陽(yáng)極板將逐步變薄、變短，電極面積減少，對(duì)應(yīng)的陰極板電極面積也會(huì)減少，尤其是陰極板下部進(jìn)一步變短，導(dǎo)致陰極下沿長(zhǎng)銅慢、少[4]。這點(diǎn)認(rèn)識(shí)已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中確認(rèn)，有一個(gè)時(shí)間段，機(jī)組出現(xiàn)大面積陰極板下沿過(guò)薄問(wèn)題，對(duì)陽(yáng)極板堆場(chǎng)進(jìn)行了陽(yáng)極板測(cè)量，隨機(jī)抽取了10槽(每槽56塊)，其中陽(yáng)極板掛耳長(zhǎng)度低于最小設(shè)計(jì)值1 089 mm的陽(yáng)極板比例達(dá)到57.14%。追索原因是陽(yáng)極板生產(chǎn)車間試用銅模澆鑄，隨著銅模試用時(shí)間延長(zhǎng)，銅模變形縮小，導(dǎo)致澆鑄陽(yáng)極板長(zhǎng)度變短。

2.2 陰極板質(zhì)量保障低

1)陰極銅底部與陰極板底部凹槽粘連過(guò)緊無(wú)法一次剝離。該問(wèn)題起初在生產(chǎn)初期尤為明顯，部分陰極板底部Ⅴ形槽開(kāi)口未對(duì)毛邊處理，導(dǎo)致極板在通電生產(chǎn)后，由于毛邊不光滑，陰極生長(zhǎng)后粘結(jié)過(guò)于緊密，底部還可能會(huì)產(chǎn)生肥邊，進(jìn)而導(dǎo)致電銅在機(jī)組極難剝離。

2)不銹鋼陰極板導(dǎo)電棒鍍銅損壞，導(dǎo)致陰極板導(dǎo)電性能下降，陰極銅生長(zhǎng)不完全，電銅板面過(guò)薄。陰極板導(dǎo)電棒鍍銅損壞的主要原因：機(jī)組的剝離小刀撞擊、小刀故障反向旋轉(zhuǎn)損壞鍍銅；行車在下槽時(shí)，吊鉤擠壓損壞鍍銅。

2.3 機(jī)組設(shè)備存在故障及缺陷

1)砍斧和大臂變形或破損?？掣痛蟊圩冃位蚱茡p，會(huì)導(dǎo)致砍斧在砍銅時(shí)，砍傷陰極板夾邊條或擠松夾邊條，損壞后的陰極板再裝槽長(zhǎng)銅，導(dǎo)致陰極板側(cè)面兩片連接起來(lái)進(jìn)而無(wú)法剝離[5]。這個(gè)問(wèn)題如果處理不及時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)惡性循環(huán)。電銅出現(xiàn)夾邊條長(zhǎng)銅，出現(xiàn)難剝離，難剝離后砍斧動(dòng)作次數(shù)增加，進(jìn)一步增加夾邊條損壞機(jī)率，損壞的不銹鋼板循環(huán)裝槽生產(chǎn)，又產(chǎn)生更多難剝離銅，形成一個(gè)惡性循環(huán)。

2)剝片機(jī)組震動(dòng)。該問(wèn)題主要是高速剝片機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷和分離機(jī)架油缸動(dòng)力設(shè)計(jì)缺陷。金冠銅業(yè)的機(jī)器人式高速剝片機(jī)組是全沉式剝片站，剝片站離地很高，機(jī)架連接強(qiáng)度不夠，再加上分離機(jī)架要求動(dòng)作非?？?，這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)一步疊加，導(dǎo)致剝片機(jī)組剝片站震動(dòng)非常大。剝片機(jī)組震動(dòng)大，一方面增加機(jī)械設(shè)備的磨損疲勞故障，另一方面損傷陰極板，尤其是導(dǎo)電棒損失尤為明顯。

3)夾邊條校緊裝置功能缺失。剝片機(jī)組原本在輸出單元設(shè)計(jì)有一個(gè)校緊裝置，該裝置可在陰極板循環(huán)使用過(guò)程中校緊修復(fù)夾邊條，但在試車調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，導(dǎo)致部分陰極板夾邊條松動(dòng)，夾條絕緣效果下降，陰極板側(cè)邊長(zhǎng)銅，使得電銅無(wú)法剝離或被砍斧損壞。

2.4 生產(chǎn)管理及操作不到位

1)裝槽管理不到位。裝槽是把經(jīng)過(guò)剝片機(jī)組出來(lái)的陰極板和陽(yáng)極機(jī)組加工出來(lái)的合格陽(yáng)極板裝槽。裝槽操作過(guò)程中，導(dǎo)電排接觸點(diǎn)、陰極-陽(yáng)極間距調(diào)整2項(xiàng)操作質(zhì)量是保證電銅質(zhì)量的基礎(chǔ)，陰極板裝槽前的完整性檢查是對(duì)機(jī)組加工循環(huán)利用的補(bǔ)充檢查，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)損壞的陰極板，并進(jìn)行更換。

2)剝片機(jī)組的操作及設(shè)備維護(hù)[3]。金冠銅業(yè)的剝片機(jī)組是首套第三代剝片機(jī)組，機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)較為復(fù)雜，具有功能多、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，一般一名合格的高速剝片機(jī)組主操手需要至少半年以上的培訓(xùn)和帶徒實(shí)踐。在電銅剝離方面，操作方面的問(wèn)題主要體現(xiàn)在對(duì)異常電銅物料的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和剝離方式的判斷：如果難剝離電銅未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)機(jī)器人輸送到剝片站，剝片站根據(jù)自動(dòng)程序進(jìn)行剝離，一次剝離無(wú)法剝離，一旦遇到無(wú)夾邊條電銅，砍斧極易損傷；如果是底部過(guò)薄或單面電銅，則陰極板或夾邊條極易損傷。剝片機(jī)組的設(shè)備維護(hù)問(wèn)題：一方面是設(shè)備點(diǎn)檢是否到位，能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障前奏，尤其是剝片站，剝片站是機(jī)組加工動(dòng)作最頻繁的單元，分離小刀、砍斧、砍斧大臂、導(dǎo)電棒固定裝置、輸出單元夾邊條加緊裝置等尤為關(guān)鍵；另一方面是對(duì)設(shè)備的維修是否到位，尤其是焊接、固定維修，如果出現(xiàn)焊接不到位，可能產(chǎn)生二次派生較大故障。

3 優(yōu)化改進(jìn)

3.1 優(yōu)化改進(jìn)工藝，解決電銅物料差問(wèn)題

1)增加后期銅下部厚度。通過(guò)延長(zhǎng)陽(yáng)極板掛耳板身長(zhǎng)度，要求陽(yáng)極板生產(chǎn)車間加強(qiáng)陽(yáng)極板長(zhǎng)度、寬度質(zhì)量檢驗(yàn)，確保生產(chǎn)符合設(shè)計(jì)尺寸的合格陽(yáng)極板，按照設(shè)計(jì)要求，掛耳長(zhǎng)度最低不應(yīng)低于1 089 mm。這樣可以有效增加陰極板底部對(duì)應(yīng)電極，可使陰極板板面電極分布更加均勻，增加陰極板底部長(zhǎng)銅厚度。同時(shí)解決了電銅底部卷邊質(zhì)量外觀問(wèn)題。

2)通過(guò)加強(qiáng)工藝控制管控，提高陽(yáng)極板加工標(biāo)準(zhǔn)。陽(yáng)極板加工機(jī)組是陽(yáng)極板質(zhì)量控制的最后一道工序，因此，應(yīng)按照設(shè)計(jì)和工藝要求，提高陽(yáng)極板接收標(biāo)準(zhǔn)，控制主要參數(shù)設(shè)定：一是控制陽(yáng)極板負(fù)錐度，減少刀口板的裝槽；二是陽(yáng)極板單重下限由365 kg提升到375 kg(設(shè)計(jì)390±5 kg)。采取參數(shù)控制后，電銅下部過(guò)薄情況得到顯著改善；同時(shí)，對(duì)于一次拒收的不合格陽(yáng)極板，單獨(dú)設(shè)置參數(shù)和工藝條件使用。

3.2 優(yōu)化改進(jìn)設(shè)備,提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性

1)對(duì)可以快速解決的設(shè)備缺陷，進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。改進(jìn)措施：一次性對(duì)陰極板底部毛邊進(jìn)行打磨處理；砍斧頭的硬度由70提高到80～85，減少變形；在剝片站兩側(cè)增加加固槽鋼，用20螺栓固定，有效緩解了剝片站晃動(dòng)。

2)恢復(fù)和優(yōu)化夾邊條校緊單元功能。原來(lái)設(shè)計(jì)的夾邊條加緊裝置板面過(guò)小，陰極板擺動(dòng)后夾不到。改進(jìn)措施：增加夾板面積；在校緊裝置下方增設(shè)防擺裝置。

3)改進(jìn)分離小刀結(jié)構(gòu)。針對(duì)小刀銅套撞擊和反向旋轉(zhuǎn)陰極板鍍銅的問(wèn)題，降低了小刀刀面寬度，并增設(shè)了銅套凸起，問(wèn)題得以有效解決。

3.3 完善生產(chǎn)管理制度及操作流程

1)完善操作和生產(chǎn)管理體系。通過(guò)對(duì)電銅難剝離進(jìn)行系統(tǒng)性分析，準(zhǔn)確查找相關(guān)問(wèn)題，對(duì)于操作和工藝控制方面的問(wèn)題，要把解決的具體措施歸納到操作規(guī)程、生產(chǎn)管理規(guī)定，固化下來(lái)，形成一套完整的體系。

2)建立和優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)化的剝片機(jī)組設(shè)備點(diǎn)檢、維護(hù)體系。例如砍斧頭的點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整，由每天的作業(yè)后點(diǎn)檢更換，調(diào)整為每天中午和作業(yè)后點(diǎn)檢更換，防止變形砍斧頭損傷夾邊條。

3)建立槽面陰極板檢查及更換制度。出銅班每天在槽面上檢查陰極板狀況，將夾邊條損壞、壽命到期的挑出，統(tǒng)一集中到陰極板維修點(diǎn)進(jìn)行維修更換；建立工藝巡檢制度，對(duì)新裝槽通電2 h后的陰極長(zhǎng)銅情況進(jìn)行檢查，對(duì)導(dǎo)電不良、不長(zhǎng)銅的陰極板進(jìn)行更換。

4 結(jié)果分析

在采取以上各項(xiàng)措施后，電銅一次剝離率明顯上升，后期銅一次剝離率由58%上升至81.5%，前期銅一次剝離率由73%上升至92%，詳細(xì)情況見(jiàn)表3、表4、圖1。根據(jù)2016年全年統(tǒng)計(jì)，機(jī)組平均每天作業(yè)時(shí)間提前到18∶14結(jié)束，作業(yè)結(jié)束時(shí)間較原先20∶00提前近2個(gè)小時(shí)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，機(jī)組作業(yè)效率大幅提升，通過(guò)對(duì)增產(chǎn)電銅、節(jié)省維修費(fèi)用等綜合測(cè)算，每年新增效益超過(guò)80萬(wàn)元。

表3 前期銅電銅剝離次數(shù)統(tǒng)計(jì)

表4 后期銅電銅剝離次數(shù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

金冠銅業(yè)通過(guò)系統(tǒng)性地對(duì)電銅剝離率進(jìn)行研究、分析與改進(jìn)，有效地解決了電銅難剝離問(wèn)題，并從工藝優(yōu)化、設(shè)備改進(jìn)、管理系統(tǒng)化等方面促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提升。電銅一次剝離率的提升不僅縮短了作業(yè)時(shí)間，降低了勞動(dòng)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，而且降低了生產(chǎn)成本，促進(jìn)了管理的提升。

圖1 改進(jìn)前后期剝片機(jī)組一次剝離率對(duì)比