銅陽極板生產加工與調度管理優化

劉敬師，劉士祥，魏 棟，董廣剛

（陽谷祥光銅業有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

陽谷祥光銅業有限公司（以下簡稱祥光）擁有世界領先的”雙旋浮”銅冶煉技術，遵循綠色［1］、循環、低碳發展，一直以來在節能減排、綠色生產等方面為國家和社會做出了突出貢獻。經不斷技術創新和產業升級，目前祥光在銅冶煉行業已具規模化、專業化、國際化，技術裝備、生產水平和產品質量在世界各國都得到了認可。其中，銅陽極板的生產、加工與調度在其冶煉生產過程中起著重要作用。

2 銅陽極板生產工藝及實踐

2.1 工藝流程

陽極板的生產工藝流程：銅陽極板澆鑄主要原料為液態粗銅、電解殘極、陽極機組的拒收板、銅屑等，其中液態粗銅在陽極爐處理，電解殘極、拒收板、銅屑在豎爐處理。當陽極爐裝滿規定數量的粗銅后，根據精煉過程物理、化學變化的特點，控制吹煉終點銅液中的氧 濃度0.05%～0.3%,直接向陽極爐通入不與銅反應的氣體強烈攪拌銅液至精煉作業終點,利用銅液中自身的氧和雜質反應達到一步同時脫雜除氧［2］。產出有：煙氣（經余熱鍋爐、除塵、脫硫裝置處理然后達標排放）、精煉渣（送渣包內緩冷自然沉降分離銅渣）、陽極銅（澆鑄成陽極板送電解精煉）和煙塵（返回熔煉系統）。銅陽極板生產流程見圖1。

圖1 銅陽極板生產流程圖

2.2 粗銅的生產控制

液態粗銅作為銅陽極板的原料，對化學品位要求較為嚴格，上游液態粗銅各元素品位如控制不好，將會直接影響銅陽極板氧化、還原等作業過程，因陽極爐排渣有諸多的限制因素，進而可能影響銅陽極板能耗、質量、產量，誘發后期銅電解鈍化等一系列問題。

（1）嚴格監控制度：祥光在液態粗銅控制上嚴格要求，針對FCF 爐況專門制定嚴謹的監控制度，根據粗銅、爐渣的化驗結果及粗銅溫度檢測判斷沉淀池內反應情況進而及時調整。

（2）規范粗銅取樣：粗銅取樣時間在粗銅口燒開后8～12 分鐘內進行取樣，避免由于各粗銅口使用間隔時間較長造成取樣不具有代表性，并在堵口前再次取樣作為參考進行對比。

（3）熔體溫度的控制：測溫每小時進行一次，測溫前必須進行檢尺以確定測溫槍的插入深度在渣層中間即測溫槍插入深度。FCF 浸渣溫控制在1250℃～1270℃間，粗銅溫度控制在1240℃～1250℃間，過低的溫度會造成排放困難和溜槽粘結，過高的溫度會造成內襯和溜槽的損壞。

（4）FCF 渣型的控制：鑒于FCF 正常生產時沒有爐底結，側壁掛渣較薄，且鐵酸鈣渣對爐磚具有較強的侵蝕性，所以嚴格控制渣中的SiO2在2%～3%以下，鈣/鐵控制在0.35～0.45，Fe3O4控制在30%～50%。這樣就間接的降低了陽極板中雜質含量，提高陽極板質量，避免雜質在電解過程中極造成陽極鈍化［3］。

（5）祥光2018 年對粗銅、FCF 爐渣取樣化驗2000 多次，各元素含量略有浮動，控制較好，具體詳見表1 和表2。

表1 2018 年粗銅化學成分 %

表2 2018 年FCF 爐渣化學成分 %

2.3 銅陽極精煉作業控制

根據吹煉爐終點粗銅液成分選擇陽極爐精煉作業，若銅液中硫含量大于0.05%時，采用淺氧化還原作業；若銅液中硫含量小于0.05%時，采用無氧化淺還原作業；若銅液中硫含量小于0.03%以及氧含量小于0.2%時，取消氧化還原作業

（1）淺氧化還原作業過程控制：淺氧化期間根據爐內銅液溫度隨時調整爐內負壓和惰性氣體流量，并密切注意氧化風管情況防止銅液倒灌，當流量出現報警時應立即轉爐清理，注意銅液溫度維持在1180℃～1220℃之間。淺氧化還原過程需要借鑒粗銅樣來估算出需要的時間，還原接近估算時間時取樣觀察確定還原終點。還原終點樣判定：表面平整，花紋細而均勻，呈玫瑰紅色［4］，表面有油光。還原結束時須測銅液溫度，還原結束銅液溫度為1220±10℃之間。通過還原反應有效地降低了銅液中氧含量，平均下降到0.11%。

（2）無氧化淺還原作業過程控制：惰性氣體氮氣通過透氣裝置鼓入陽極爐內，流量50～2000Nm3/h,壓力0.4-0.8MPa，促使銅液中的硫和自身的氧及銅液表面從大氣中吸收的氧反應生成二氧化硫氣體，達到脫除銅液中90%之上硫的目的。

（3）澆鑄過程控制：圓盤澆鑄過程［5］中液態銅從陽極爐出銅口不間斷的流出，經流槽后流入中間包、澆鑄包，當澆鑄包內的銅液達到設定重量時，澆鑄包開始按設定程序向銅模內澆鑄銅液，當注入量達到所設定陽極板的單重時，澆鑄包停止澆鑄然后圓盤轉動，澆滿銅液的銅模進入噴淋冷卻區進行冷卻，而中間包和澆鑄包則重復上一次的動作。陽極板澆鑄流程見圖2。

圖2 銅陽極板澆鑄流程圖

2.4 銅陽極板化學成分

（1）控制標準：結合陽極板生產情況與電解生產對陽極板的質量要求，對陽極板的化學成分做了具體的要求，控制標準見表3。

表3 陽極板化學成分要求 %

（2）實際達標情況：2018 年祥光陽極爐產銅陽極板共計1238 爐次，受入爐精礦中雜質高影響，部分批次出現鉛或者鉍元素超標現象，其余各元素合格率均為100%，總體合格率達98.12%，2018年陽極板各元素含量加權值如下表4 所示。

表4 2018 年祥光陽極板實際情況 %

祥光結合陽極板生產實際情況，做好粗銅的精煉工作，確保陽極銅的化學成分及銅液溫度達到工藝規范所規定的要求，嚴格執行規范化操作，以產出外觀質量及化學品位較好的銅陽極板［6］；祥光另有豎爐-保溫爐、精煉爐進行銅陽極板生產，始終保持科學化、規范化、精細化、有序化的生產管理，提高銅陽極板產品質量，降低成本，達到優質、高產、低耗、安全的目標，滿足生產需要，取得最佳效益。

3 銅陽極板的加工工藝及實踐

3.1 加工流程

堆場陽極板需先經過陽極機組加工，對物理規格篩選、整型、銑耳、排板，再經電解專用吊車裝槽后進行電解。其中銅陽極板經陽極機組加工后，物理規格不達標的廢陽極板、銅屑定期返爐處理。陽極板加工流程見圖3。

圖3 陽極板加工流程圖

3.2 規格控制

為使陽極板滿足電解實際生產需求，針對陽極板外觀情況，對其物理規格要求主要有以下幾點：

（1）陽極板應平整垂直，沿板體中心左右對稱，陽極板筋梁部位不能有裂縫。

（2）耳部飽滿平直，無斷裂、夾渣、上翹、彎曲、裂縫、分層現象。耳朵下部無飛邊毛刺和鼓包。

（3）板體應當厚薄均勻，整潔致密，板體不得有分層，不得有大量銅粉、脫模劑、灰渣等，背面無冷隔層。

（4）背筋、飛邊毛刺、鼓包凸起及擋邊高度小于5mm。

（5）氣孔面積不得超過平面面積的1/5，單個蜂窩氣孔直徑及深度小于7mm。

（6）其他參數。陽極板單重385±10kg；陽極板耳厚38 ～45mm；陽極板板體厚度45 ～49mm；陽極板錐度≤10mm。

3.3 加工過程

陽極板的加工由陽極整形加工機組進行，主要對陽極板進行耳部矯正、板面壓平、測重、測厚、銑耳（側銑和底銑）、排距及極距校正、廢板輸出等處理。

（1）壓耳、稱重：陽極板經叉車裝運至接受裝置，先進行壓耳，為后續銑耳做好準備；然后進行稱重，系統自動讀取每塊陽極的重量數據。同時，工藝人員根據標準進行人工檢查判斷，對頂部貫穿性裂紋、耳部明顯分層、鼓包、耳朵缺陷等問題嚴重的陽極用自噴漆進行標記，在篩分時作人工拒收處理。

（2）板面檢測與校正：陽極稱重后，經橫向運輸機送至板面處理工序，由壓力機對耳部和板體表面的飛邊、毛刺、鼓包夾渣及彎曲等進行檢測校正，避免給電解過程帶來不良影響。同時，對耳部、板體上部和下部的厚度進行測量，系統自動計算出陽極的耳部厚度、板體錐度等數據。

（3）篩分：經過前面的加工與檢測，系統進行自動識別將超重、超輕、錐度不良、耳部薄、側邊厚、耳部厚、底部薄等不合格的陽極由輸出裝置暫存至廢板臺，然后由叉車返回至堆場另行存放，最后進行集中返爐處理。

（4）銑耳：陽極板經篩分后，合格陽極轉運至銑耳工序，在銑削鏈條上進行耳部的側面和底面的銑削［7］，側銑主要處理耳部的毛刺和耳部厚的情況，防止電解時出現極間短路，底銑主要處理陽極耳部使底面平整，保證陽極板的垂直度。

（5）排板：加工合格的陽極板由提升運輸機輸送到排板運輸機，經過對齊校正后由轉運小車轉運至鏈條上，累計到整槽時由轉運小車轉運到排距輸出裝置，經過精確排距后由電解專用行車進行吊運裝槽。

鑒于公司對陽極板有明確的物理規格要求，而實際生產澆鑄不可避免會出現飛邊毛刺等情況，所以在陽極板產出放至陽極堆場后，有專人提前對陽極板進行初步修整，以達到符合規格要求，無法修整的挑揀出來，列為廢陽極板、返爐處理。這樣不僅提高了陽極板產出的合格率，而且有效的降低了不合格陽極板庫存的占壓，避免了不合格陽極板的重復流轉過程。通過加強對陽極板物理規格要求以及嚴格控制加工過程，2018 年經電解機組加工統計，熔煉陽極爐陽極板物理合格率高達99.84%。

4 銅陽極板的調度管理

祥光有兩個電解系統，根據電解單雙極計劃及陽極板庫存量進行不同接收地點的陽極板轉運，在保證電解生產穩定的條件下，依據陽極板品位、物理規格及消耗量等方面需求進行分批、定量轉運，如何合理的調配銅陽極板的轉運就成了正常生產過程中的重要環節。

（1）轉運宗旨：服務配合生產需求，落實轉運有序。

（2）關注現場：每天了解陽極板各堆場庫存量，根據電解一系統、電解二系統及陽極爐區域陽極板堆放密度，估算庫存，對轉運需求和流向安排要有計劃。然后根據統計的實際量和待轉運陽極板批次的化學和物理質量進行適當調整轉運。

（3）轉運原則：陽極板生產區域保持現場有地方可堆放陽極板，電解堆場保持電解一二系統有可用陽極板供應加工。

（4）流向基本要求：產量較大的陽極爐陽極板和豎爐保溫爐陽極板供電解一二期加工用，精煉爐陽極板和外購陽極板做為后備量根據加工實際情況需要進行調運。

（5）廢陽極板處理：全部返熔煉進行豎爐處理，節約成本，增加效益。

（6）特殊情況：受入爐精礦雜質元素品位變化影響，冰銅中的雜質元素也隨著變化，不同時期處理的冰銅可能導致產出的雖然滿足公司陽極板化學品位要求，但是會存在雜質相對較高的情況，實時關注陽極板各元素品位的變化，如發現陽極板含鉛（大于0.3%）或含鉍（大于0.09%）持續偏高時，要通知電解，根據電解平穩情況定量調整含鉛或鉍高的批次陽極板流向，以免電解過多含鉛或鉍相對較高的陽極板影響系統的穩定，出現大面積鈍化現象，影響陰極銅質量。

另外，銅陽極板中主品位銅過高也會引起電解大系統的穩定，如外購銅陽極板中Cu 元素普遍存在相對較高的現象，在調運過程中銅陽需要多加關注和溝通。對于以上特殊批次的陽極板電解一般采用混參加工的方法，每次少量加工，重點關注特殊批次的陽極板在電解周期內的電解情況，多觀察陰極銅析出情況，及時調整，避免因加工過多影響電解大系統的穩定。當銅陽極板主品位或雜質品位階段時間內發生相對變化時，銅陽極板調度管理就需要及時與生產環節進行情況確認，查找原因來源，分析持續時間。同樣，如陽極板物理規格發生變化時，要迅速做出反應，及時聯系生產，適時盡快調整。無論物理質量還是化學質量有相對變化時，調度方面要及時雙向溝通，查找原因，做好生產加工的聯絡，起到樞紐作用，進而做好下一步的調度管理。

通過調度的優化管理，不僅保證較好地完成陽極板的轉運，避免陽極板的單向積壓，使陽極板的轉運和堆放管理更加有序，而且間接地輔助了電解對陽極板物理規格和化驗品位的加工要求的管理，明確了重點管理批次；同時，對陽極板澆鑄起到了快速反饋的作用，便于各工藝參數的監督和微調，加強了陽極板澆鑄的管理，提高陽極板澆鑄質量，降低不合格陽極板的庫存占壓，節約成本，促進效益。

5 結語

銅陽極板的生產跟入爐原料有關，加強除雜和澆鑄管理，嚴格控制各元素品位和物理規格，是提高銅陽極板的質量和合格率的重要途徑；陽極機組加工銅陽極板過程中，執行嚴格篩選和標準操作為電解生產平穩奠定了基礎；調度管理為銅陽極板的生產和加工架起了聯絡橋梁，成功完成了從生產到加工的運轉機制。以上所述表明，在銅冶金企業中，銅陽極板的生產、加工和調度管理是一個關聯的整體，調度管理是生產和加工的友誼橋梁，是每個銅冶煉企業追求效益的重要環節。