金通铜业阳极整形机组综合性能提升

左延治

（赤峰金通铜业有限公司 内蒙古赤峰市 024000）

摘要：本文重点介绍了赤峰金通铜业有限公司（以下简称金通铜业）电解分厂阳极整形机组设备性能提升改造，针对机组在调试、试运行阶段中存在的问题，对压面机、铣耳装置等关键设备进行整改，以及增设阳极板板面冲洗装置。

关键词：阳极整形机组；性能分析；机械组件；液压系统；金属铣削

1引言

铜阳极板的物理重量与外观质量是火法精炼工序中的一项重要指标，在实际生产中阳极板客观存在重量偏差、薄厚不均、飞边突起、板面变形的问题，因此阳极板在进入电解槽前必须采用阳极整形机组对其进行检测、剔除、整形等加工处理。整形效果直接影响阴极铜的质量,加工效率影响电解分厂的生产效率。因此，金通铜业相关从业人员深入研究，运用电解工艺生产、机械设备制造、电气控制、金属切削等专业知识进行梳理分析,逐项整改,确保机组高效稳定运行。

2 设备概况

金通铜业目前年产26万吨阴极铜，电解采用大极板永久不锈钢阴极工艺（PC电解工艺），每年需处理来自阳极精炼的～30.6万吨阳极板。电解分厂电解槽双跨布置，配置一台套阳极整形机组，用于对即将装入电解槽的铜阳极板板面及挂耳进行适当处理，使装入电解槽内的阳极板处于铅垂状态，极板间距准确、均匀，不致短路，阳极板挂耳底部与电解槽上的导电板接触良好，从而提高电流效率、降低能耗；同时对不符合要求的阳极板进行自动剔除，保证机组后续工序及电解作业的顺利进行。机组功能主要包括受板、分板、垂直压耳、称重、板面及耳部压平、耳部及板身厚度测量、侧铣耳、底铣耳、废板剔除、合格阳极板输送及板间100mm等距排列，最后通过排板移载小车将极板放置在吊板架上，等待全自动起重机吊至电解槽，进行下一步的电解工艺。整套设备工艺流程见图一所示，主要性能参数见表一。

（图一）

（表一）

序号	项目	性能参数	备注
1	处理能力	450块/h	实际生产时有效能力
2	称重能力	500kg  精度≤±1.5kg
3	整形压力	350t
4	底铣	厚度≤5mm  长度≤75mm
5	侧铣	厚度≤5mm  长度≤170mm
6	排板间距	100mm  排板精度≤±1.5mm
7	整槽板数	56板（max） 整槽精度≤±2.5mm
8	装机功率	～350kW
9	液压系统压力	20MPa(mxa)	供压力机
		16MPa(mxa)	供压力机之外的系统
		10MPa(mxa)	供移载小车
10	控制及操作方式	PLC控制，手动、自动操作，触摸屏进行运行监控和故障诊断。

金通铜业阳极整形机组由株洲优瑞科有色装备有限公司（以下简称优瑞科）设计、制造，于2020年10月投入使用至今。在设备的调试以及投入运行过程中，发现机组有多处制约生产的瓶颈，处理能力既无法达到设计值，处理后的阳极板质量也无法保证。主要表现在以下方面：

1)压面机压力小时无法对阳极板板面鼓包、毛刺等进行有效地消除，而当压面机液压系统压力过高时又避免不了油缸、油管漏油等问题。

2)底铣铣耳面不平整，导致加工入槽后的阳极板悬垂度不够，需要用铜钉子进行矫正，既影响电铜质量，又影响电流效率。

3)底铣及侧铣的加工效率、横进链的转运速度、斜提升装置的稳定性在设备投用初期均不稳定，多重因素地叠加，影响了阳极整形机组的整体处理能力。

4)阳极板表面粘附的氧化铜粉、脱模剂、尘土等杂质不易去除，入槽后需要开启大流量的电解液循环进行冲洗，从而影响电解分厂的槽时利用率。不仅会造成电铜产量降低，又会造成电铜质量的不合格。

综合上述，对于阳极整形机组整体性能的提升改造成为金通铜业电解分厂、保全中心等部门阶段时间内的重点工作，并且进行了针对性结构及部件地整改。

3 优化液压元件结构形式，提高压面机整形压力

阳极整形机组压面机为卧式9点压面机，由两片机架、底座、压板油缸、压板、提升装置及测厚装置等组成，使用了9个Ø160/Ø140×125的整体式油缸，并嵌入机架内部。阳极板无论是周边还是中部，均由独立的油缸及导向装置驱动压头进行矫形。部件结构示意见图二

（图二）

根据压面机整形压力计算公式F=油缸活塞作用面积×液压系统压力×油缸数量×阻力系数,得：

并由此得出整形压力变化趋势（见图三）。

（图三）

为了得到有效的整形效果与油缸的响应速度，压面机的液压系统压力等级最高可以设置为20MPa，但是液压系统在高压力状态下，9支主油缸的使用寿命较短，工作时多处易产生泄漏。压面机工作时速度快、压力高，因此冲击大，这是压面机不同于阳极整形机组其他装置的显著特点，也是压面机的液压系统配置难点。为此，金通铜业专业技术人员会同优瑞科的技术人员，对压面机液压系统进行两项有效地改进，以适应压面机液压回路的快速高压特点。

3.1 油缸部件改进

根据对阳极整形机组压面机主油缸故障统计，故障原因主要集中为油缸杆密封损坏、油道工艺孔漏油两种故障。整改措施为：

1)经与油缸的生产厂商进行沟通与分析，原油缸杆密封采用国产件，在压面机特殊工况下极易产生密封件的失效与老化（见图四）。现将该杆密封改进采用德国原装进口件（形式：斯特封+唇口密封；品牌：Parker），于2021年5月陆续更换采用新杆密封的油缸后未发现类似故障发生。

（图四）

2)在油缸生产厂打压检查漏点，以及通过结构图分析，原油缸有杆腔油道工艺孔为外部打孔，安装堵头后焊接，在压力偏高时此处焊缝极易产生泄漏。现使用的油缸为在相同位置内部加工71°工艺孔，不需要后期现进行焊接、打磨等工序，使油缸缸筒为一整体，彻底解决工艺孔位置漏油故障。整改前后的油缸示意见图五

（图五）

3.1 控制阀组、管路优化

阳极整形机组在调试阶段，压面机阀台FP3主油管路P1高压球阀法兰连接处螺栓多次松动，造成O型圈损坏，高压油向外喷泄。经分析，插装阀由于元件结构特性虽然能够适应较大通流量，但是阀芯的响应慢，容易产生液压回路的脉冲冲击。阀台FP3与主管路P1硬连接，高压脉冲油路产生振动导致该处连接处松动。基于以上故障原因分析，更换液压插装阀台为电液换向阀台，及阀台与PI 管和下管软连接。经过控制阀组、管路的改进，压面机工作时液压回路脉冲冲击现象消除，类似故障没有再发生。改造前后的压面机液压回路见图六

（图五）

4优化铣削与输送功能，提高整体处理能力

阳极整形机组在调试及试运行阶段，设备的处理能力无法达到设计的450块/h ，并且耳部铣削效果较差，处理后的阳极板无法达到悬挂偏移量≤±3mm的要求，给电解分厂的主工艺产生带来一定影响。为此金通铜业电解工艺、设备保全的技术人员进行以下分析以及相应整改。

阳极整形机组主机主要分为授板工位、整形工位（包括压耳、称重、压面、剔除、铣耳、横向输送、提升输送）、排板工位三部分（见图六），机组处理能力按以下规定计算：

开始时间：第一块阳极板进排板装置

结束时间：最后一块阳极板进排板装置（结束）

验收时间：结束时间-开始时间

设备运行时间：验收时间-与设备无关的延误时间

生产能力：阳极板排板数/设备运行时间（块/h）

注：与设备无关的延误时间包括公辅设施的缺失、剔除时间、发生侧铣的时间、阳极板因尺寸不合格造成的脱落、卡阻所产生的停机处理时间、阳极板的供应及准备好的阳极板转运不及时所延误的时间。

授板工位单次处理阳极板20块，排板工位单次处理阳极板54或56块，对于机组整体处理能力无影响，影响机组整体处理能力是整形工位，主要包括以下两方面。

铣耳过程中容易发生退刀现象。

横向输送、提升输送的步进速度不匹配。

（图六）

4.1 铣刀部件改进

阳极整形机组铣刀常规采用盘铣（面铣）与玉米铣（立铣）两种方式，玉米铣刀从刀片安装形式可分为平装结构和立装结构，从刀片布置方式可分为并列排列和间隔排列（见图七）。机组主机厂（优瑞科）配置的铣刀为平装、并列式玉米铣刀，配置三组刀槽，该形式铣刀一般应用于加工精度高、进刀量小的数控机床。

（图七）

阳极整形机组铣削压力具有自动识别功能，并且设置退刀方式，在对阳极板耳部铣削过程中，如阳极板耳部较厚，铣削深度增加则进刀量就会加大，经常会发生退刀现象。另外，刀片损坏频率增高，损坏的刀片不及时更换，会在切削面产生细小的凸台，造成阳极板耳部加工精度无法达到要求。

针对以上性能分析，保全中心、电解分厂技术人员与专业刀具生产厂商进行沟通交流，调研与借鉴其他同工况企业的使用经验，将前期配置的玉米铣刀形式改为平装、间隔式玉米铣刀，配置六组刀槽，每组刀槽增加一片加大宽度的预处理刀片。改进后的铣刀切削性能改善，切削阻力减少，退刀现象大大降低。改进前、后的铣刀形式见图八

（图八）

玉米铣刀改进后在同等工况下运行，根据现场的观察与统计，退刀现象降低了～90%，铣刀刀片使用周期提高50%以上。同时刀片在使用周期内不发生断刃等损坏现象，阳极板耳部铣削面较为平整，达到电解工艺的装槽要求。改进前、后的铣削效果见图九

（图九）

4.2 横向输送、提升输送的步进速度设置优化

整形工位的铣耳过程包括铣削前步进、夹板、铣削、松板、铣削后步进五个步骤，铣耳速度提高后，经过现场测量，整个处理过程小于8s。但是横向输送、提升输送的步进速度设置不合理，整形工位上出现等待现象。为此保全中心与优瑞科的技术人员共同对横送链装置、提升链装置的驱动能力核算，将横送链装置驱动电机的转速由原370r/min提高到525r/min，将提升链装置驱动电机的转速由原800r/min提高到1100r/min。横向输送、提升输送的步进速度设置优化后，整形工位没有再出现等待现象，阳极板处理过程流畅。

通过对阳极整形机组的性能分析，并经过以上两项的技术改进与优化设置，在无与设备无关的延误时间前提下，铣耳过程时间在8s时的整机处理能力应为：

并由此得出铣耳过程时间对于整机处理能力的关系。见图十

（图十）

3增设阳极板冲洗装置，提高槽时利用率，保证电铜质量

     铜阳极板表面的粘附氧化铜粉、脱模剂、尘土等杂质不易去除，导致阳极入槽后需要开启电解液大流量循环进行冲洗，从而影响槽时利用率，影响电铜产量。表面杂质进入电解液后又容易黏附在电铜板面，影响电铜质量。保全中心、电解分厂各专业人员根据阳极整形机组的现场配置条件，经过多次认证，自主设计，制订了不需要对机组结构改变、施工量较小、改造费较低的

改造方案。具体如下：

1)排板小车前端安装洗涤水箱，内部安装有洗涤喷嘴，采用喷射冲洗的方式对阳极板表面进行冲洗。

2)增设储水箱及沉淀箱，沉淀箱与洗涤水箱高差为140mm，通过化工离心泵将储水箱内部的水打入洗涤水箱内的喷嘴，供阳极板洗涤。

3)冲洗后的水流由洗涤箱回收，并通过洗涤水箱底部回水管进入沉淀箱做沉淀处理，沉淀箱上部较清洁的水通过与储水箱中间的隔板溢流至储水箱，实现循环利用。

4)洗涤箱出口设置有减压后的压缩空气对冲洗后的阳极板进行风干处理，在排板架下方增加接液盘装置。

5)设置事故水池，排水或事故水通过水沟进入事故水池，由地坑泵排放至电解循环水。

6)利用电解分厂现有条件配套增设水、电、压缩空气等供辅系统。

以上方案的设备流程图见图十一

（图十一）

阳极整形机组排板工位增加阳极板冲洗系统，在设备投入运行后阳极板表面杂质得到有效的清理（见图十二、图十三），带来以下可观的经济效益：

1)阳极板表面氧化物和非氧化铜粉较通过冲洗，提前将铜粉进行回收，单槽电解液循环时间缩短1h，年增加电铜产量1079t；另外在不缩短循环时间的前提下提高电解铜质量。

2)非氧化性铜粉不能溶解入稀硫酸，最终进入阳极泥，阳极泥中铜计价系数90%，通过冲洗，提前将铜粉进行回收，可减少铜损失。

（图十二）

（图十三）

结语

阳极整形机组是铜冶炼湿法工序中不可或缺的重要设备，机组是机械、液压、电气控制为一体的自动化生产线，将火法冶炼生产的阳极板加工成满足电解生产工艺的合格的阳极板，其处理能力、运行性能直接影响电解工艺的产生效率与产品质量。

2020年10月金通铜业电解分厂建设完成投入运行，阳极整形机组在试运行期间存在较多的配置缺陷，设备性能以及处理能力都无法达到设计要求，给电解工艺生产带来很大影响。通过对机组的结构与部件地优化整改，不仅保障电解分厂在主工艺生产过程中效率最大化，同时减少生产成本，进而推动金通铜业的进一步发展。

 1 / 11