銅模澆鑄機的研制與應用

彭 剛

（江西銅業集團 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

在銅冶煉行業，銅陽極板圓盤澆鑄機得到了廣泛的應用；陽極板模具作為圓盤澆鑄機生產過程中消耗量大的主要備件，有鋼模和銅模兩種不同的材質，各家銅冶煉廠根據自身情況選擇應用。鋼模需要向由專業鑄造廠采購且使用壽命普遍較低，將大幅增加噸銅的加工成本。銅模則可自行澆鑄產出，報廢的銅模返回轉爐作為廢銅處理。銅模因其使用壽命長、原材料金屬銅可在熔煉車間內部循環利用等優勢成為了多數大型銅冶煉工廠的主流選擇［1］。但自行澆鑄銅模的工廠，普遍采用行車吊運陽極銅在熔煉主廠房進行澆鑄的生產工藝，此工藝自動化程度低，生產效率不高?，F根據現場實際工況研制一套銅模澆鑄機，以達到提高銅模制造工藝的自動化水平的目的。

1 銅模生產及消耗現狀情況

1.1 銅模的使用情況

貴溪冶煉廠熔煉車間陽極爐工序共有3臺圓盤澆鑄機，均使用銅模作為陽極板的模具。三臺澆鑄機共裝有104塊銅模進行澆鑄作業。陽極板澆鑄時高溫熔體反復地沖刷銅模，且銅模溫度在急冷急熱不斷變化下，導致銅模容易變形、分層、開裂等損壞，銅模的完好情況為影響陽極板合格率的關鍵因素［2］。因此銅模的更換量較大，其使用壽命大約為1 000 t銅／塊；貴溪冶煉廠按月均澆鑄陽極銅約8萬t，月均需報廢銅模80塊。

1.2 銅模的生產流程

銅模的澆鑄需要在熔煉主廠房留出一塊相對開闊的空地，工人在行車或叉車的配合下組裝好鋼制母模，準備好干凈的粗銅包放置在陽極爐爐口下方。當陽極爐完成氧化、還原精煉，準備開始澆鑄陽極板之前，從爐口倒出足量的陽極銅到粗銅包內，然后由行車粗銅包吊運至組裝好的母模上方，行車駕駛員在地面人員的指揮下，進行銅模澆鑄作業。澆鑄完成后，行車將剩銅返回陽極爐重新精煉，工人在行車或叉車的配合下拆除母模蓋板和邊框，將澆鑄成型的銅模脫出［3］。

1.3 行車澆鑄存在的問題

行車澆鑄銅模的方法沿用多年，雖然操作比較便捷，但存在安全、質量、銅金屬損失較多等幾方面的問題：（1）冶金行車吊運大型鋼包要對準模具窄小的澆鑄口存在較大的操作難度，而且澆鑄過程行車操作工很難清晰觀察到鋼包嘴和模具的澆鑄口，需要另由他人指揮，指揮人員和駕駛人員協同配合不好可能引發安全事故；（2）指揮人員和駕駛人員配合不協調容易出現澆鑄停頓，導致銅模分層，質量不佳，如未對準澆鑄口則會導致熔體澆在模蓋上四處飛濺；（3）用粗銅包澆鑄時陽極銅表面帶渣被澆入模具內，導致銅模夾渣，質量不佳，包子嘴凝結的渣塊較大時流出的熔體呈散開的瀑布狀，部分熔體潑灑至模蓋及周邊地面；（4）澆鑄所用的陽極銅由爐前操作人在澆鑄開始前從爐口倒出，具體銅量則根據經驗估計，一般倒銅量都會偏多，澆鑄剩下的陽極銅由于被粗銅包內的包殼污染，只能作為粗銅返回另一臺陽極爐，造成陽極銅的損失；倒銅過少則會出現澆鑄半塊廢模的情況；（5）陽極爐爐口頻繁地倒銅對爐口水套的損耗較大，也不利于陽極爐生產的安全穩定。

2 銅模澆鑄機的研制

2.1 技術方案

研制一種自動化程度高、實用、可靠的銅模澆鑄機，安裝在陽極爐的圓盤澆鑄機廠房，解決用粗銅包澆鑄陽極板銅模時熔體飛濺大，不安全的問題。該銅模澆鑄機包含固定溜槽、中間包及其傾轉裝置、液壓站、電動臺車及其軌道四部分。固定溜槽用于導流陽極銅熔體；中間包一側設有澆鑄嘴用于向母模內澆鑄銅水，同時起到緩存銅液的作用；液壓站為中間包傾轉裝置的油缸提供動力；電動臺車由電機驅動可在直線軌道上往復行駛，臺車上放置母模。該臺車式銅模澆鑄機所有操作由遙控器遠程控制，操作工遠離澆鑄區域，精準控制熔體澆鑄量，澆鑄過程銅水飛濺少，具有自動化程度高、安全性能好、產品質量優等特點。

2.2 工藝流程與現場布局

銅模澆鑄機安裝在陽極爐爐后圓盤澆鑄機一旁。通過固定溜槽將銅模澆鑄機與爐后活動溜槽出口相連；通過活動溜槽兩個出口的開閉來控制陽極銅導流至銅模澆鑄機或圓盤澆鑄機。在每爐次澆鑄陽極板之前先將陽極銅導流至銅模澆鑄機進行銅模澆鑄作業，銅模澆鑄完成后再切換回圓盤澆鑄機進行陽極板澆鑄作業，澆鑄過程可連續不中斷。銅模澆鑄機可采用遙控器進行遙控操作，讓操作工遠離澆鑄現場，改善勞動環境。銅模澆鑄機現場布局如圖1所示。

圖1 銅模澆鑄機現場布局圖

3 銅模澆鑄機應用效果

新研制的銅模澆鑄機所有操作可由遙控器遠程控制，易于掌控熔體澆鑄量，澆鑄過程銅水飛濺少；操作工遠離澆鑄區域，減輕了勞動強度；具有自動化程度高、安全性能好、產品質量優等特點。該銅模澆鑄機投產后，銅模澆鑄不再需要主廠房的行車配合，澆鑄場地從熔煉主廠房轉移到爐后澆鑄機廠房，取得了以下效果：（1）規避了行車、叉車在熔煉主廠房交叉作業的安全風險；（2）提高銅模澆鑄的自動化水平，減輕勞動強度，減少澆鑄過程中的銅渣飛濺，改善現場環境；（3）杜絕陽極銅帶渣，銅模澆鑄過程連續每塊模具一次成型，提高產品質量［4］；（4）易于精準控制熔體澆鑄量，實現銅模駝背大小一致，有利于提高銅模壽命［5］；（5）銅模澆鑄與陽極板澆鑄過程連續進行，不再有剩銅回爐損失；（6）消除了爐口頻繁地倒銅對爐口水套的損耗。

4 銅模澆鑄機產生的經濟效益

銅模澆鑄機的應用主要經濟效益在于提高了銅模的質量，延長了銅模使用壽命［6］。銅模壽命由1 000 t銅／塊，提高至1 200 t銅／塊，貴溪冶煉廠熔煉一系統按月均澆鑄4萬t陽極銅計算，每月可減少銅模用量7塊。（1）減少廢銅回爐再冶煉成本。銅模重4 t／塊，廢銅回爐冶煉成本400元／t，回爐再冶煉需消耗成本1 600元／塊，每月可節約燃料成本1.1萬元；（2）澆鑄一塊銅模，母模的折舊費用約為3 500元，組裝母模的輔助材料，消耗成本約為500元，每塊銅模的澆鑄成本約為0.4萬元，每月節約模具成本2.8萬元。其次銅模澆鑄機澆鑄時熔體飛濺少、消除了粗銅包內的剩銅，提高了工序內的金屬直收率。每月減少廢銅產出40 t／月，廢銅回爐冶煉成本400元／t，每月可節約成本1.6萬元。

5 結束語

新研制的銅模澆鑄機自動化程度高、產品質量好、可提升工序內金屬直收率。該設備投資規模不大，可在采用銅模作為模具的銅冶煉廠推廣應用。銅冶煉廠采用該銅模澆鑄機提升設備自動化水平，有助于工廠減少人員配置，提高產品質量，實現精細化、高效率生產。