陽極銅定量澆鑄系統提升改造

黃 麗

（云南省楚雄市楚雄滇中有色金屬有限責任公司，云南 楚雄 675000）

1 前言

楚雄滇中有色金屬有限責任公司在生產、技改兩不誤的情況下，于2017 年完成產能提升技術改造項目建設，主流程為艾薩爐熔煉+沉降電爐分離+P-S 轉爐吹煉+固定式陽極爐火法精煉，所用固定式陽極爐精煉系統為2013 年實施建設，系統主要設備包含2 臺80t 陽極爐、2 臺M20 圓盤澆鑄機以及配套的氧化系統、還原系統、冷卻系統、液壓控制系統等。設計澆鑄能力40t/h。按照公司整體發展戰略目標，滇中有色計劃年產陽極銅150kt。

2 定量澆鑄系統情況

2.1 定量澆鑄系統配置

滇中有色的陽極銅定量澆鑄系統采用國內傳統的工藝設備，主要包括2 臺M20 陽極銅澆鑄機，帶中間包、鑄造澆包、冷卻系統、取板系統、撈板系統、鑄模噴涂系統、液壓系統、PLC 控制系統等。澆鑄能力40t/h。

2.2 定量澆鑄系統工作原理

熔融銅通過固定流槽連續從陽極爐中流入澆鑄和稱量的中間包。中間包接收到澆鑄包的允許倒銅信號后，銅液從中間包倒入澆鑄包。澆鑄包由稱量設備支撐，澆鑄包達到預設重量，中間包收回，回到原位。當圓盤澆鑄機上的鑄模到位時，發出到位信號，澆鑄包開始按照預設的澆鑄曲線向空模內注入銅水，控制系統準確地控制澆鑄包的傾動，使得倒出的銅量與希望的陽極膜重量相等，注入膜內的銅水重量達到預設重量時，澆鑄包返回到原位，同時發出信號給鑄造輪，允許轉動。

當中間包再次向澆鑄包鑄銅液時，圓盤澆鑄機將下一個空模轉到澆鑄位置。鑄好的模子依次進入冷卻系統，在冷卻系統中，模子從底部冷卻，而陽極銅從上表面通過噴淋系統冷卻，根據紅外線測溫儀測出模溫，調節冷卻系統的水量。

冷卻陽極銅進入檢查站后，通過預頂起裝置頂起陽極銅，使陽極銅從模子中松開。而后通過取板裝置取出后將其放入冷卻水槽中。陽極銅被放置在冷卻水槽的鏈式輸送機上，鏈式輸送機前進一段距離，讓出下一塊陽極銅的位置。當陽極銅塊數達到期望的數量時，就可將成品陽極銅由行車從冷卻槽中吊走。

陽極銅取出后，頂針自動復位，不能復位的由人工錘擊復位。復位后，圓盤轉至下一工位，空模子到達涂模系統。

至此，一塊陽極銅澆鑄的作業周期全部完成。空模轉至澆鑄位，進入下一塊陽極銅的作業周期，周而復始至銅液澆鑄完畢。

2.3 定量澆鑄性能指標控制要求

2.3.1 陽極板澆鑄重量

270kg±5。

2.3.2 陽極板物理尺寸

板厚：44mm±2，板寬：836mm±4，板長：866mm±4，耳厚：34mm±3，耳距：1172mm±8。

3 存在的問題及原因分析

3.1 設備與計劃產能不匹配

按照公司整體發展戰略目標，滇中有色陽極爐不但要滿足本公司陽極銅的產能需求，還要滿足將兄弟單位部分粗銅進一步精煉成陽極銅的產能要求，2019 年公司計劃年產陽極銅150kt，而2013 年設計的陽極銅精煉系統產能僅為年產陽極銅100kt。計劃產能較設計產能提高近50%，這樣的產能提升改造對設備是極大的考驗。這需要從粗銅進入陽極爐開始，將陽極銅精煉的工藝流程所涉及的設備都做一個產能評估。

3.2 陽極銅合格率較低

根據2016 年全年的陽極銅生產記錄情況，陽極銅的合格率僅為91.59%，其中約5%的陽極銅版面厚薄不均勻。約1%的陽極銅存在耳部澆鑄不飽滿鑄模夾耳，而不產生扭曲變形。約1%的陽極銅存在脫模時彎曲、變形的問題，而其余1.41%的陽極銅，或多或少都有飛邊和毛刺。產品合格率較低。

3.3 設備方面原因分析

（1）圓盤澆鑄機運行不平穩。圓盤在啟動、制動時，因機械慣性作用，易產生廣東，此時陽極銅未完全凝固，導致出現陽極銅厚薄不均勻、產生飛邊、毛刺等。

（2）陽極鑄模擺放不平整，如果鑄模在圓盤上不水平，則會出現一邊薄，一邊厚的現象。

（3）銅液澆鑄速度控制不均勻，影響澆鑄的質量和精度。

3.4 操作方面原因分析

冷卻操作過早，陽極銅冷卻主要通過上部冷卻和下部冷卻兩種方式。陽極銅噴水冷卻前，銅液表面需要凝固，若陽極銅板中心未收心，噴水冷卻，陽極銅易產生水包。

通過對滇中有色存在的兩個問題及原因分析情況來看，要想提高陽極板產量及質量，對圓盤澆鑄系統設備進行升級改造已勢在必行。

4 提升改造措施

4.1 方案比選

方案一、將現有圓盤澆鑄機盤面進行擴大，在每臺上增加10 個模，達到提產目標。經過初步核算，實行該方案需要開展以下工作：（1）重新對圓盤澆鑄系統區域進行規劃布置，廠房需要由現在的21 米跨擴大至26 米跨；（2）對圓盤澆鑄系統區域所有老的設備基礎進行拆除，重新設計施工新基礎；（3）購買新設備，新儀控系統。（4）老系統拆除費加上新系統購置安裝、廠房擴大等，改造費用約1100 萬元左右。（5）改造期間陽極爐需要停產4個月左右，如若在公司年度檢修時開展，則還需另行停產3 個月左右，陽極銅按照原計劃將減產4.03 萬噸。

此方案的缺點：改造費用高，重新布局規劃，改造工期較長，影響公司全年的生產經營計劃。

此方案的優點：圓盤澆鑄面加大，每一塊陽極銅的澆鑄周期不變，澆鑄速度、冷卻速度等不變，液壓控制系統，PLC 控制系統可利舊；

方案二：保留現圓盤澆鑄系統的整體布局設計，在現布局的基礎上對圓盤澆鑄設備平穩性、澆鑄速度、冷卻速度、儀控系統、液壓系統進行提升改造。經過考察、分析、核算，實行該方案需要開展以下工作：（1）重新購買M20 型圓盤澆鑄機；（2）對現有設備基礎進行局部調整改造；（3）按照重新核算的用水量，對圓盤澆鑄系統冷卻系統進行提升改造，重新購買冷卻水泵等；（4）按照新的操作需求，重新購買儀控系統設備，對PLC 控制系統進行重新組態設計；（5）通過初步核算，改造費用約480 萬元左右。（6）改造期間陽極爐需要停產1.5 個月左右，如若在公司年度檢修時開展，則還需另行停產0.5 個月左右，陽極銅按照原計劃將減產0.68 萬噸。

此方案的缺點：（1）利舊設備比較多，問題檢查和排查的工作量比較大，對排查人員和維修人員的技術水平要求高。（2）控制精度要求提高，現場的儀表控制設備檔次提高，費用較高。

此方案的優點：改造費用最低，系統整體布局無需改動，設備基礎不需要做大的調整改動，僅需要進行局部修整。液壓控制系統的設備可利舊，PLC 控制系統需要進行重新設計組態，現有設備已有余量滿足改造需求；

通過對二個方案進行比較，最終決定采用方案二，對系統進行提升改造。

4.2 具體措施

4.2.1 中間包與澆鑄包機械部分改造

現有油路能正常使用，改造要求實現定量澆鑄,中間包機構須運行平穩，無抖動,需重新設計中間包的控制油路系統，采用現有澆包比例閥進行改造；更換中間包油缸，確保中間包翻轉平穩，合理；

更換2 臺電子稱,實現自動定量澆鑄功能，將澆鑄包的重量信號，電子秤的重量信號送至PLC,用于定量澆鑄控制。在觸摸屏上控制澆鑄相關參數，要求運行控制速度可調，澆包秤稱量精度±2Kg，澆包秤載荷強度＞5 噸；

4.2.2 圓盤機械部分改造

保證外形及定位尺寸，對現有圓盤圖紙進行優化，重新加工一套圓盤的盤面，含輻射梁、外系梁、內系梁、中心支架，不含齒輪、軌道及傳動裝置，用于更換現有的其中一臺圓盤。

將現有軌道拆除，加工新的軌道，輥道上移安裝于圓盤上，軌道寬度130mm，重新加工“H 型”鋼，且焊接有21 個均分的托輥安裝底板，每個安裝底板上安裝有四個通孔，用于固定托輥。

圓盤上重新加工圓弧齒輪，新的圓弧齒輪，大齒輪分度圓直徑與現有大齒輪相同，安裝時吊掛在圓盤徑向梁上，小齒輪安裝在減速機輸出軸；更換圓盤驅動減速機及電機，電機使用伺服電機，且電機、減速機的驅動功率應與圓盤運行時所需力矩相匹配。

4.2.3 電氣控制系統改造

各模塊采用獨立的PLC 控制，每個圓盤一個單獨PLC 控制，澆鑄部分和外圍的其他部分用PLC 控制。以達到提升改造的可靠性與及時性。

4.2.4 取板裝置改造

新增換頂針位置：在一個空鑄模的位置上安裝有一個液壓提升系統，方便更換頂針。

5 效果

系統改造項目在滇中有色公司2017 年4 月份年度大修時施工，總工期45 天，單機調試成功后進行系統帶負荷聯動試車。通過72 小時帶負荷聯動試車沒有問題后一次性投入生產。自系統提升改造后，滇中有色陽極銅的產量從9.16 萬噸/年提升至15.68 萬噸/年陽極銅的合格率從改造前的91.59%提升至98.73%。改造效果顯著。

6 小結

通過對陽極銅定量澆鑄系統進行提升改造，滇中有色的不但達到了陽極銅生產計劃產量，而且陽極銅的質量也得到了大幅度的提升。且系統自運行以來至今，設備狀態較為良好。為此，說明滇中有色公司陽極銅定量澆鑄系統提升改造決策是成功的。