銅冶煉新型鋼模的應用

黃 堃

（江西銅業集團（貴溪）冶金化工工程有限公司，江西 貴溪 335424）

1 引言

火法煉銅是當今生產銅的主要方法，世界上80%以上的銅是用火法從硫化銅精礦中提取的。火法煉銅最突出的優點是適應性強，能耗低，生產效率高。從硫化銅精礦提取銅的工藝流程如圖1。

圖1中火法精煉后產出陽極銅的工序，普遍是通過固定溜槽將銅水引入陽極銅澆鑄設備，以圓盤自動定量澆鑄機為例，依次經中間包系統、澆鑄包系統、圓盤系統和提取系統，批量產出陽極銅，其中銅水進入澆鑄設備上是通過成形模具盛裝，在圓盤系統和提取系統的運轉過程中冷卻成形［1］。

圖1 火法煉銅工藝流程

成形模具分澆鑄銅模、鑄鐵模和鑄鋼模幾類，它們在造價、使用成本、產品質量和自身壽命上均有差異，成形模具的壽命和質量，直接影響了生產 成本和產品質量穩定性。

2 傳統模具分析

目前，銅冶煉陽極銅澆鑄采用鋼（鑄鐵、合金鋼）模和銅模兩種類型，其中私營企業及小廠采用鋼模居多，一些大型國有企業使用銅模。

2.1 銅模的應用特點

使用銅模的企業均是用自己工廠精煉工序產出的銅水澆鑄制造，具有以下特點：

（1）需要在精煉工序現場配置專門的生產場地和操作人員，通過溜槽倒入澆鑄用設備，或者用行車吊運鋼包倒入鑄鋼母模［2］；

（2）對澆鑄工藝有要求，鋼母模首次鑄模前須進行熱處理，一般采用烘烤方法，防止母模在冷態時驟然接觸高溫溶體后局部變形造成澆鑄的銅模出現物理缺陷，澆鑄過程中盡量一次性完成［3］；同時要控制銅水的澆鑄溫度，否則澆鑄出的銅模質量會有差異，從而會影響銅模壽命和產出陽極銅的質量；

（3）銅模在使用過程中，因其與熔融態陽極銅主要成分相同，若直接接觸，兩者直接融合粘合在一起，可能導致銅模及陽極板全部報廢［4］，因此必須保證脫模劑的用量和噴涂效果；

（4）因銅模與熔融態陽極銅主要成分相同，生產出的陽極板在物理規格上較鋼模稍差，同時脫模劑易附著在陽極板表面，對電解和后續的陽極泥處理有影響；

（5）使用成本主要有：銅模澆鑄與回爐冶煉成本、鑄鋼母模采購成本、鑄鋼母模使用后期的修復成本、脫模劑的使用成本和銅模造成的資金積壓。

2.2 鋼模的應用特點

使用鑄鐵模和鑄鋼模的企業均是外購模具，其中鑄鐵模價格便宜，但使用壽命低，綜合來說不如鑄鋼模，鑄鋼模的應用與銅模對比，有以下特點：

（1）無需配置模具的鑄造場地和人員，現場配置更加精簡，減少安全環保投入；

（2）由專業廠家批量制作，更能保證模具的品質，不需每天在精煉工序留取合適的銅水澆鑄；

（3）鋼模只需使用少量脫模劑就能滿足生產，因此陽極板表面附著的脫模劑少，對電解和后續陽極泥處理影響小；

（4）鋼模在成分上與熔融態陽極銅不一樣，生產出的陽極板在物理規格上較銅模好；

（5）使用成本主要有：鋼模的采購成本和少量脫模劑的使用成本。

2.3 適用場合

通過分析，銅模和鋼模各有特點，使用銅模會造成企業的約1000萬元（以銅價5萬元/t，單系統50塊銅模，每塊4t估算）的資金積壓，其他的綜合生產成本較低；使用鋼模只需支付模具的采購成本，但是需外委制作，回收價值低，綜合生產成本較銅模高。另一方面，鋼模在陽極板質量和對后續電解等工藝的影響方面，則具備優勢。

3 新型模具設計

新型模具介紹可多用圖紙分析。

兩種傳統模具各有優勢，如果能提高鋼模的使用壽命，降低陽極銅綜合生產成本，鋼模將比銅模更具備應用價值。

鋼模在鑄造時含有雜質，各廠家在制造工藝方面水準不一，容易導致鋼模品質有差異；同時在陽極銅澆鑄過程中，因鋼的導熱性比銅較差，需要有比銅模更好的冷卻系統，保證模溫不會過高。

我們從這兩方面著手，設計了一種新型鋼模，以提高鋼模的使用壽命：首先要提高制造水平，減少雜質，添加一些有利于鑄鋼高溫疲勞性能的有益元素；其次，將傳統噴淋冷卻的模式，更改成管道循環水的模式，直接接觸鋼模內部，同時在鋼模下方設置水槽，浸泡冷卻，進一步提升冷卻效果，見圖2。

圖2 新型鋼模結構示意

如圖2所示，在鋼模內部增加循環水管路后，可利用冷卻循環水帶走鋼模內部的熱量，對比之前沒有循環水的鋼模，能明顯提升散熱效果，改善鋼模只有表面噴淋水冷卻，而鋼模內部冷卻效果差的問題，保證生產澆鑄過程中鋼模的溫度偏差不大，提高了鋼模的壽命。

4 實踐測試

我們在貴溪冶煉廠傾動爐車間進行了兩塊新型模具的試用，將原有銅模替換成新型鋼模，把冷卻水管接入鋼模循環水接口，溢出的冷卻水通過排水溝回到車間冷卻水池，見圖3。

圖3 生產現場情況

澆鑄模具在生產中處于運行狀態，而新型鋼模采用冷卻元件的冷卻方式，需保障連續供水的模式。這就要求在原固定供水系統上采用活動的連接方式，使模子內部始終保持冷卻水的流動，在圓盤的中心位置進行一個動態連接。

從2020年6月8日至9月28日，用鋼模生產了110爐，1號鋼模澆鑄量1320t，2號鋼模澆鑄量1296t。共完成單塊重量為397kg的陽極板澆鑄2616t，陽極板物理合格率達到98.88%。

在使用過程中測試出了鋼模循環水的需求量，為鋼模的全面應用和設計提供了依據；同時發現了循環水形式的鋼模與銅模在水平度調整方式上存在差別，后續將增加鋼模水平度的調整結構，提高生產時的操作效率。

5 結語

陽極銅澆鑄過程中，由于模子結構簡單、模溫控制與調節比較困難，普遍存在使用壽命短、生產成本高、陽極板質量波動大等諸多問題。目前鋼模及銅模使用壽命大約400～600t（180kg/塊小陽極板約2200塊，398kg/塊大陽極板約1500塊）；貴冶火法生產車間通過不斷努力和技術攻關，銅模使用壽命超過1000t（397kg/塊大陽極板約2700～3000塊）。

本文所述新型模具通過對澆鑄循環水的優化、鑄造技能的提升等措施，將鋼模的使用壽命提高到1200t，同時還避免了銅模在使用后期因變形和開裂所出現的陽極板厚薄不均，背筋增多的不良現象，將陽極板澆鑄質量提升到新的高度，為電解工序降低生產成本及提高電銅品質打好堅實的基礎，為貴金屬富集和提煉提供更純凈優質的原料。