提高銅電解槽作業(yè)率的生產(chǎn)實(shí)踐

孔德頌, 王 沖, 李鴻程

(1.云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司， 云南 昆明 650102；2.中國銅業(yè)有限公司， 云南 昆明 650000)

電解槽作業(yè)率是銅電解精煉生產(chǎn)的重要指標(biāo)之一，用于評估電解槽利用效率，衡量一定周期內(nèi)通電電解時(shí)間的長短。如果充分挖掘設(shè)備產(chǎn)能，合理提高電解槽作業(yè)率，可以在不增加設(shè)備設(shè)施的條件下，提高陰極銅產(chǎn)量，增加效益，降低生產(chǎn)流程占用資金和成本[1-2]。在永久陰極銅電解生產(chǎn)中，兩極出裝槽過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)緊密相連，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)直接影響到作業(yè)效率。通過優(yōu)化生產(chǎn)組織，控制好影響作業(yè)效率的關(guān)鍵工序，使各個(gè)環(huán)節(jié)高效配合，充分發(fā)揮各臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行能力，以達(dá)到減少作業(yè)過程中的“等待浪費(fèi)”，提高設(shè)備整體運(yùn)行效

率，縮短兩極出裝槽作業(yè)時(shí)間，提高一定周期內(nèi)電解槽通電電解時(shí)間，從而提高陰極銅產(chǎn)量。

1 影響電解槽作業(yè)率的因素

1.1 兩極出裝槽時(shí)間

某公司18萬t永久不銹鋼陰極電解車間為雙跨布置，共784個(gè)電解槽，分24組，每跨12組，共配置2臺(tái)陰極剝片機(jī)組、1臺(tái)陽極整形機(jī)組、1臺(tái)殘極洗滌機(jī)組、2臺(tái)銅電解專用吊車，機(jī)組設(shè)置于電解車間的端頭，車間布局如圖1所示[3]。

圖1 電解車間配置

兩極出裝槽過程中，吊車需要在機(jī)組與電解槽之間往復(fù)吊運(yùn)陰極、殘極、陽極等物料，直接影響兩極物流的流暢性。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，每天出裝3組，兩個(gè)跨的出裝數(shù)量不均衡，一個(gè)跨2組，另一個(gè)跨1組，但吊車運(yùn)行能力均衡，導(dǎo)致出裝2組陰極時(shí)所在跨的吊車運(yùn)行能力不足，不能滿足機(jī)組的供應(yīng)，出現(xiàn)機(jī)組等待吊車的情況。特別是離機(jī)組最遠(yuǎn)端出裝二周期陽極的情況下，運(yùn)行距離較遠(yuǎn)，并且需要吊運(yùn)陰極、殘極、陽極，吊運(yùn)物料能力是一周期只出裝陰極數(shù)量的2倍。

每天需要出裝2組二周期或1組二周期的陰極銅，出2組二周期時(shí)陽極板需求數(shù)量是出1組二周期時(shí)的2倍，每天陽極板需求數(shù)量不均衡，但陽極整形機(jī)組的生產(chǎn)能力相當(dāng)穩(wěn)定，陽極板需求數(shù)量較多時(shí)，機(jī)組能力不足，將整個(gè)出裝槽作業(yè)時(shí)間拉長。另外，陽極板耳部存在卷邊、毛刺、裂紋等缺陷，在機(jī)組加工過程中出現(xiàn)斷耳、掉板等情況，導(dǎo)致機(jī)組故障，故障處理時(shí)間長。

由于不銹鋼陰極板兩側(cè)的夾邊條松動(dòng)、底部結(jié)瘤、開裂、脫落等原因，經(jīng)常導(dǎo)致陰極剝片機(jī)組發(fā)生卡板、撞板、鏟刀損傷等故障。另外，陰極銅洗滌水通過蒸汽加溫，在蒸汽不能正常供應(yīng)時(shí)，洗滌水溫較低，需停機(jī)等待。還有，夾持裝置是剝離裝置的核心部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件較多、安裝繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)中每天快速、高頻次、高沖擊運(yùn)行2 800多次，故障率高、穩(wěn)定性差、維修時(shí)間長且難度大，平均每天檢修約1 h，影響機(jī)組作業(yè)的連續(xù)性，直接制約機(jī)組的作業(yè)率，機(jī)組平均處理能力僅為270片/h左右。

1.2 槽面作業(yè)時(shí)間

為保證兩極等距、置中，減少兩極短路，需要人工對兩極進(jìn)行安裝處理，陽極、陰極懸垂度越差，處理數(shù)量越多，處理難度越大，消耗時(shí)間越長，送電時(shí)間延遲，通電電解的時(shí)間縮短。

電解槽出銅過程中，需要將電解槽中原來的電解液抽空，兩極安裝處理完成后，再將整組電解槽重新灌滿電解液，由于電解液僅靠位置高差從高位槽通過供液管流入電解槽，供液管道只能滿足電解液在正常通電電解時(shí)的循環(huán)流量，流量有限，用于電解槽灌液花費(fèi)的時(shí)間長，特別是距高位槽較遠(yuǎn)區(qū)域的各組電解槽流量更小，導(dǎo)致灌液時(shí)間進(jìn)一步加長，長達(dá)4 h左右，嚴(yán)重影響了電解槽作業(yè)率，整組銅電解時(shí)間縮減，與較近區(qū)域相比陰極銅產(chǎn)量較低，殘極率較高。其次，陽極板、陰極板為常溫，比電解液溫度低，會(huì)吸收電解液熱量，使電解槽中電解液不能達(dá)到生產(chǎn)溫度，需要循環(huán)一段時(shí)間才能通電。

1.3 直流短接開關(guān)故障

直流短接開關(guān)是電解生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，每組電解槽都設(shè)置一個(gè)直流短接開關(guān)，用于短接出銅組的電解槽，其負(fù)載滿足設(shè)計(jì)電流需要，預(yù)留負(fù)載余量小，提高電流負(fù)荷生產(chǎn)后，短接開關(guān)負(fù)荷增大，通斷時(shí)容易發(fā)生觸頭燒損故障。另外，較低負(fù)荷時(shí)短接開關(guān)觸頭溫度約為50～60 ℃，當(dāng)電流達(dá)到29.3～30 kA時(shí)，溫度高達(dá)85～98 ℃，出現(xiàn)觸頭異常燒毀，導(dǎo)致整跨停產(chǎn)的幾率倍增。短接開關(guān)檢修一次時(shí)間長達(dá)3～4 h，需要停整跨12組的直流電檢修，一定周期內(nèi)整跨銅電解時(shí)間減少。

2 提高電解槽作業(yè)率的措施

2.1 優(yōu)化出銅方式

根據(jù)電解槽所處位置距機(jī)組遠(yuǎn)近及電解槽中陽極周期情況，合理搭配兩個(gè)跨每天出銅的組別，采取“遠(yuǎn)端與近端搭配先出，中間區(qū)域后出，二周期陽極組先出，一周期陽極組后出”的方式，每天減少機(jī)組停機(jī)等待吊車的時(shí)間約1 h。

應(yīng)用前一天出兩組二周期陽極，后一天出一組二周期陽極的交替方式，均衡每個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)陽極板需求數(shù)量。在每跨空余區(qū)域增加充足數(shù)量的極板準(zhǔn)備架，充分儲(chǔ)備一定數(shù)量的陽極板，緩解每天陽極板需求不均衡與陽極整形機(jī)組較恒定生產(chǎn)能力之間的矛盾。每天合理搭配一周期、二周期出銅，緩解每天各時(shí)段陽極板需求及殘極處理不均衡的問題。

2.2 提高機(jī)組效率

每個(gè)電解周期采用“8+9”模式，每17天中有1天不進(jìn)行出裝槽作業(yè)，開展設(shè)備檢查、維護(hù)、保養(yǎng)，每天開機(jī)前點(diǎn)檢預(yù)修、運(yùn)行中巡檢快修、停機(jī)后專檢精修，減少整個(gè)區(qū)域設(shè)備的總體故障。

在陽極整形機(jī)組入口添加廢板挑揀按鈕，提前挑揀出耳部存在開裂大、卷邊嚴(yán)重等缺陷的陽極板，減少陽極板斷耳、掉板引起的故障停機(jī)。定期更換刀片、調(diào)整銑削裝置和校壓裝置，確保陽極板銑耳質(zhì)量及懸垂度。

每天挑揀一定數(shù)量的不銹鋼極板進(jìn)行導(dǎo)電棒校直、板面校平、打磨，并規(guī)范更換失效夾邊條，提高極板平整度、懸垂度，降低極板、夾邊條在陰極剝片機(jī)組中卡塞、撞擊的故障。在陰極剝片機(jī)組洗滌系統(tǒng)中增設(shè)電加熱裝置，蒸汽供應(yīng)不足時(shí)輔助加熱洗滌水，減少停機(jī)等待蒸汽供應(yīng)的時(shí)間。分析機(jī)組存在的問題，重新設(shè)計(jì)、改進(jìn)剝片夾持裝置、輸送鏈條、極板吊鉤、對中裝置等，使機(jī)組平均處理能力從270片/h提升至310片/h，縮短了出銅時(shí)間。

2.3 增設(shè)快速補(bǔ)充電解液系統(tǒng)

針對供液管管道長、流量小、灌液時(shí)間長的問題，自主設(shè)計(jì)安裝補(bǔ)液系統(tǒng)，集中從高位槽抽取溫度、潔凈度與生產(chǎn)時(shí)基本一致的電解液，通過加壓泵入需要的補(bǔ)液，復(fù)產(chǎn)電解槽。較遠(yuǎn)區(qū)域每組電解槽灌液時(shí)間從4 h縮短至1.5～2.5 h，實(shí)現(xiàn)提前通電生產(chǎn)。

2.4 降低短接開關(guān)故障率

自主設(shè)計(jì)開發(fā)直流短接開關(guān)風(fēng)冷系統(tǒng)，采用集中供風(fēng)、分點(diǎn)布置出風(fēng)口的方式，吸取廠房外溫度相對槽下環(huán)境溫度較低的空氣冷卻24個(gè)短接開關(guān)。觸頭溫度降低至48 ℃左右，降溫效果明顯，高負(fù)荷下開關(guān)觸頭使用壽命比低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)更長，冷卻風(fēng)較廠房內(nèi)更潔凈，對開關(guān)起到清潔作用。另外，在停、送直流電時(shí)，為減少高負(fù)荷對觸頭的損傷，在低負(fù)荷的條件下開、閉短接開關(guān)，開、閉動(dòng)作完成后再將電流負(fù)荷逐步提升到生產(chǎn)負(fù)荷。

3 提高電解槽作業(yè)率的效益

通過以上措施的實(shí)施，縮短了每天出銅作業(yè)時(shí)間，電解槽作業(yè)率從94%提升至96.6%，提高了2.6%，帶來了可觀的效益。

(1) 按照生產(chǎn)電流負(fù)荷29.5 kA，電流效率96.7%，生產(chǎn)350天計(jì)算，陰極銅年產(chǎn)量增加29.5×1.1852×784×96.7%×24×350×2.6%÷1 000= 5 986.63 t，增加了陰極銅銷售利潤。

(2) 每天出裝作業(yè)時(shí)間平均縮短2 h，減少機(jī)組、吊車等設(shè)備交流電耗1 331.54×2×350=932 078度，按每度電0.4元計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)37.3萬。

(3) 陰極銅產(chǎn)量提高后，每噸陰極銅的設(shè)備折舊費(fèi)用降低，即噸銅固定成本降低。

(4) 各組電解槽的作業(yè)率均衡后，各組殘極重量偏差縮小，殘極率較均衡可控。

(5) 操作人員每天的工作時(shí)間縮短2 h，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過提高兩極處理關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行效率，以及改進(jìn)電解槽補(bǔ)液方式，縮短關(guān)鍵工序時(shí)間，優(yōu)化生產(chǎn)組織，緩解設(shè)備較恒定的運(yùn)行能力與不均衡生產(chǎn)需求之間的矛盾，縮短兩極出裝作業(yè)整體時(shí)間，提高電解槽作業(yè)率，增加了陰極銅產(chǎn)量，從而增加了產(chǎn)品銷售的利潤，降低了每噸銅的設(shè)備折舊費(fèi)用以及設(shè)備交流電耗，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)縮短了每天作業(yè)人員的作業(yè)時(shí)間，降低了作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。