陽極銅定量澆鑄的研究與應(yīng)用

1、陽極銅定量澆鑄的研究與應(yīng)用周長勇 郭傳福（葫蘆島有色金屬集團(tuán)有限公司 遼寧 葫蘆島 125003）摘要：研制、開發(fā)的國產(chǎn)化自動(dòng)定量澆鑄技術(shù)，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐證明，工藝合理，技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為國內(nèi)中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)陽極銅澆鑄提供了一個(gè)工程應(yīng)用的實(shí)例。關(guān)鍵詞：陽極板，定量澆鑄、減重法前言國內(nèi)陽極銅澆鑄常由工人憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境惡劣，產(chǎn)出的陽極板薄厚不均，飛邊毛刺多，廢品率很高，對(duì)電解精煉有較大的負(fù)面影響，同時(shí)影響陽極板加工費(fèi)用。近年來，國際上較多采用定量澆鑄技術(shù)，即可避免大量體力勞動(dòng)，又可獲高品質(zhì)的陽極板。我國的貴溪冶煉廠和金龍公司亦引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，效果極佳。但此項(xiàng)技術(shù)與該廠的現(xiàn)狀不符

2、，同時(shí)價(jià)格昂貴，無法引進(jìn)。為進(jìn)一步提高陽極質(zhì)量，降低廢品率，研制和開發(fā)適合我國粗銅火法精練現(xiàn)狀的定量澆鑄有著十分重要的意義。1、自動(dòng)定量澆鑄技術(shù)方案的確定。引進(jìn)定量的澆鑄稱重系統(tǒng)由機(jī)械電子稱、放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成。其稱重是利用機(jī)械杠桿原理，用配重鐵將裝置重量平衡掉，傳感器承重按18比例與被稱實(shí)物重量相當(dāng)。此方案工藝合理，技術(shù)先進(jìn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其機(jī)械加工件精度高，杠桿材質(zhì)要求嚴(yán)格。故方案雖好卻難于實(shí)現(xiàn)。為此，將其機(jī)械裝置取消，直接將傳感器置于澆鑄包底座，稱其重量，并采用特殊方法進(jìn)行處理，以滿足工藝要求。該廠陽極板重量要求控制在180190kg，而裝置凈重約2.5t澆鑄時(shí)總量約2.8t因稱重

3、銅液的變化量較小，精度要求高（1kg）,而一般傳感器最佳稱重為量程的30%70%，故選用量程5t精度為0.03的進(jìn)口原裝傳感器為主要檢測(cè)元件，其稱重儀表精度達(dá)到二十五萬分之一，即系統(tǒng)靜態(tài)時(shí)理論精度為0.025kg。為解決澆鑄包升降，其重心不斷變化造成誤差，利用動(dòng)平衡器，對(duì)傳感器信號(hào)分時(shí)采樣，累計(jì)求平均值的數(shù)值處理技術(shù)，使稱重精度提高了一個(gè)百分點(diǎn)。為避免稱重信號(hào)受干擾，將傳感器稱重信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)再經(jīng)放大送控制室轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)而輸入微機(jī)。定量澆鑄板重量的95%98%取決于澆鑄曲線的穩(wěn)定性，2%5%取決于收包后余流量的相對(duì)穩(wěn)定性。因此必須規(guī)范澆鑄包、中間包的規(guī)格。而液壓系統(tǒng)的油壓、油溫、油質(zhì)及伺服閥

4、零位漂移等穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到澆鑄曲線是否穩(wěn)定。為確保澆鑄曲線的相對(duì)穩(wěn)定，一方面在伺服閥供電回路串聯(lián)一電位器，以免在更換閥時(shí)因其線圈的內(nèi)阻差異，調(diào)整澆鑄曲線電位器組；另一方面取消澆鑄包復(fù)位后零電流控制，避免零電流時(shí)自動(dòng)起包，造成生產(chǎn)事故。2、自動(dòng)定量澆鑄過程及原理2.1過程自動(dòng)定量澆鑄裝置主要由中間包、澆鑄包、稱重系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)、圓盤鑄錠機(jī)、取排板機(jī)等組成。整個(gè)過程可手動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)行。自動(dòng)定量澆鑄的關(guān)鍵是澆鑄包、液壓系統(tǒng)及微機(jī)控制系統(tǒng)。澆鑄時(shí)銅液自爐體出口連續(xù)地注入溜槽，經(jīng)中間包，再通過澆鑄包，支架底座稱，定期、定量、間斷地控制中間包注入澆鑄包銅液量。當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，中間包復(fù)位，停

5、止傾注，此時(shí)澆鑄總重量被記錄。若圓盤鑄錠機(jī)處于待鑄位，澆鑄包便開始傾動(dòng)澆鑄。澆鑄速度由慢逐漸變快，再由快逐漸變慢，在達(dá)到板重設(shè)定值時(shí)澆鑄包復(fù)位，結(jié)束澆鑄。復(fù)位后，其總重量又被記錄，兩次重量之差值為陽極板重量。后經(jīng)圓盤鑄錠機(jī)頂板、取板排板，叉車或吊車外運(yùn)。其流程見圖1。排板機(jī)陽極板出爐銅液撈板機(jī)微機(jī)固定溜槽取板機(jī)液壓站中間包冷卻鑄錠機(jī)澆鑄包 工藝流程 控制流程圖1 自動(dòng)定量澆鑄流程2.2、原理定量澆鑄是利用澆鑄包增重法控制包內(nèi)凈液量，利用減重法控制單板重量。定量澆鑄可分為恒流量和變流量?jī)煞N，前者因噴濺原因一般不采用，后者因其很好地滿足工藝要求而被采用。中間包往澆鑄包傾注銅液，澆鑄量由微機(jī)控制，達(dá)

6、到設(shè)定值時(shí)，停止注液。同時(shí)檢索鑄錠機(jī)是否到位，若到位，則給伺服閥供電，開始澆鑄。伺服閥得到不同電流，其閥芯處于不同位置，并給予相應(yīng)開閉度，澆鑄包傾動(dòng)速度以控制伺服閥的電流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。電流愈大，傾動(dòng)速度愈快，反之則愈慢。電流為零保持原狀。若供反向電流，澆鑄包復(fù)位，反向電流愈大，復(fù)位速度愈快，反之則慢。澆鑄全過程一般分10個(gè)階段，由相應(yīng)程序進(jìn)行控制。其中3個(gè)是澆鑄包處于等待的聯(lián)動(dòng)控制程序（即中間包傾動(dòng)、復(fù)位澆鑄機(jī)運(yùn)行狀態(tài)位），后7個(gè)是澆鑄速度控制程序，即以電位器組分檔切換，供伺服閥不同電流來控制銅液澆鑄速度。檔位切換按各澆鑄段設(shè)定澆鑄量與實(shí)際值進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)，若實(shí)際值與設(shè)定值相同，則換下一檔位，

7、最終完成整個(gè)澆鑄過程。澆鑄狀態(tài)曲線見圖2。 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S0 + I0 - G10 G20 3、定量澆鑄方式3.1、手動(dòng)定量澆鑄。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)定量澆鑄目的有：一、驗(yàn)證稱重裝置的可行性和可靠性；二、弄清手動(dòng)澆鑄板重狀況，減少板重識(shí)差，提高合格率；三、搞清影響板重合格率的因素，采取措施及時(shí)解決。澆鑄包、中間包均用手操控制，不受接近開關(guān)信號(hào)制約，澆鑄包由電位器控制手操起包，當(dāng)銅液減至微機(jī)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)收包。在收包過程中，操作人員應(yīng)迅速將手操電位器調(diào)回零位為下一個(gè)過程做好準(zhǔn)備。中間包由自動(dòng)返回轉(zhuǎn)換開關(guān)控制起包、收包。3.2、自動(dòng)定量澆鑄澆鑄包傾翻受圓盤鑄錠機(jī)到位和中間包

8、復(fù)位信號(hào)制約，中間包傾翻受澆鑄包復(fù)位信號(hào)制約，圓盤鑄錠機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)受澆鑄包復(fù)位信號(hào)制約。澆鑄包自動(dòng)完成澆鑄過程分五個(gè)階段。即：澆鑄包快速傾翻、緩沖、慢速傾翻、計(jì)量調(diào)整和收包階段。各段的速度則利用調(diào)節(jié)伺服閥電流大小值完成。見自動(dòng)定量澆鑄邏輯控制圖3圓盤鑄機(jī)PL微機(jī)電流調(diào)節(jié)放大器電子稱中間包伺服閥澆鑄包4、生產(chǎn)效果稱重系統(tǒng)經(jīng)過135爐次的生產(chǎn)實(shí)踐，在得到可靠性驗(yàn)證后，對(duì)自動(dòng)控制程序和澆鑄曲線進(jìn)行調(diào)試和帶負(fù)荷模擬聯(lián)試，之后逐漸投入生產(chǎn)，效果很好。每塊板澆鑄時(shí)間平均13s，小時(shí)鑄板平均120塊（22t，統(tǒng)計(jì)27爐次，共計(jì)8424塊陽極板，其中自動(dòng)澆鑄7590塊，自動(dòng)澆鑄率90.1%，板重最高達(dá)191kg，最

9、低177 kg，板厚極差不超過3mm，180 kg190 kg的合格率最高，達(dá)98.2%。最低為91.6%，平均為95.5%（見表1）。表1 自動(dòng)定量澆鑄結(jié)果時(shí)間 板數(shù) 自動(dòng)澆鑄率% 板重kg 板厚極差 合格率% 塊 max min mm15日 714 82.2 191 177 3.0 91.6 16日 620 89.6 191 180 2.4 94.517日 670 88.7 185 179 1.3 98.218日 780 87.6 188 178 2.2 96.319日 698 90.3 190 179 2.4 94.220日 756 89.2 191 182 2.0 96.421日 807 91.6 191 181 2.2 97.622日 935 93.1 190 178 2.6 95.123日 656 93.5 188 179 2.0 98.124日 954 94.2 191 179 2.7 93.4平均 90.1 191 177 3.0 95.55、結(jié)束自行研制、開發(fā)的這套自動(dòng)定量澆鑄系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)，行之有效，經(jīng)濟(jì)合理。生產(chǎn)實(shí)踐證明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，產(chǎn)出陽極板達(dá)到工藝要求，若進(jìn)一步穩(wěn)定生產(chǎn)，效果更佳。此技術(shù)的應(yīng)用，不僅對(duì)提高陽極板質(zhì)量及電解電流效率，降低殘極率提供可靠保證，也為中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)定量澆鑄奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作者簡(jiǎn)介：周長勇，男，