提高铜电解始极片加工质量的生产实践研究

韩 奋,王海霞,姜洪海,杨 森,张春发

(1.巴彦淖尔西部铜材有限公司,内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.河套学院,内蒙古 巴彦淖尔 015000)

提高铜电解始极片加工质量的生产实践研究

韩 奋1,王海霞2,姜洪海1,杨 森1,张春发1

(1.巴彦淖尔西部铜材有限公司,内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.河套学院,内蒙古 巴彦淖尔 015000)

文章主要介绍了铜电解始极片的压纹校平原理,分析了铜始极片在校平机中校平、压纹过程中出现的问题,始极片的垂直度等工艺指标控制。提出了校平机的调整方法和改进方法,使得始极片的应力得到很好的消除,增加了始极片的刚性,通过生产实践的验证,改进方法使生产过程中的各项指标得到提高。西部矿业巴彦淖尔西部铜材厂电解车间采用的是传统法电解生产工艺,介绍该厂在提高始极片加工质量和效率所采取的措施。

铜电解；阴极；始极片；加工质量；校平机

1 引 言

电解铜是一种重要的工业原料。在传统铜电解工艺方法中,采用始极片工艺生产电解铜是生产电解铜的主要方法之一。在铜的常规电解精炼工艺中,主要作业包括制备种板、种板剥离、整体平整及刚性处理,并将种板、吊耳和导电棒装配在一起组成阴极板,密集排列,以待出装槽作业人员将阴极板吊装入槽。向电解槽内装入阳极板及阴极板,通电电解,使阳极板表面铜离子析出,始极片表面电解获得铜。最后,取出阴极板及残极,并对其进行处理等。其中有一道重要工艺是始极片的校平压纹工艺,该工艺是为了使入槽的阴极板极距准确、均匀,增强刚性,使之不易变形。要求始极片的悬垂度尽量小,可以保证电解工序正常进行,减少电解过程中的短路等现象,提高电流效率,获得高质量成品,关系到阴极铜的各项经济技术指标。为获得良好的始极片悬垂度和平面度,一般在进行始极片加工时采用校平机对其进行校平,以使装配成型的始极片具有良好的悬垂度。在校平过程中常由于始极片原料及加工设备等的原因,导致校平后始极片平面度差问题。为提高电解效率,本文将综合分析始极片校平过程中产生的各种问题,并提出有效的改进方法,以提高始极片平面度和生产效率等。主要以巴彦淖尔西部铜业铜材厂的实践经验为例。

2 改造前始极片状况

改造前随着电解液杂质的量积累得越来越大,始极片垂直度的加工质量已经难以满足工艺要求。①始极片板材情况：a.始极片厚薄不稳定,不能有效满足机组自动化加工的0.6mm～1.2mm板厚要求。b.始极片弹性和韧塑性差异大,弹性大的始极片因其可塑性小,垂直度基本徘徊在1mm～16mm(垂直中心线分法)给阴极加工机组定型带来难度。②机组的整形压纹设备在板厚差异较大的始极片加工状态下,出现轴承和压纹辊、整形辊等间隙调整准确性下降。③始极片在左、右吊耳铆接后,上沿水平。

3 影响因素分析

①始极片板材情况,根据现场经验,当始极片的厚度均匀、硬度合适、表面光洁无结节,厚始极片较薄始极片,规格为775mm×915mm×(0.6mm～1.2mm),同片不等厚度<0.20mm时,质量较好,垂直度和平整度指标易于实现。②机组的整形压纹设备在板厚差异较大的片长期加工状态下,出现轴承和压纹辊、整形辊等间隙调整准确性下降。③吊耳水平左右水平度在装槽后始极片在电解液面以下的状态,始极片水平边与竖直边完全垂直,没有考虑到槽面导电排和绝缘垫板的厚度造成的装槽倾斜情况,造成始极片在电解过程中有一侧上边与阳极板上边不平行的现象,以及吸附后的阴极板厚薄不均现象。

4 改进手段

4.1 板材控制

(1)板厚弹性塑性控制,对种板生产系统的电流密度进行调整。同时对种板槽通电时间做了规定,由原来每天通电时间控制在22h,改为通电时间一律控制在24h。种板系统电流密度升高到270(A/m2),始极片厚度控制到1.0～1.1mm。始极片自种板上剥下后,进行四边剪边,取得775mm×915mm,厚度在0.8mm～1.0mm,同片不等厚度小于0.2mm的成品始极片。控制种板系统骨胶、硫脲等添加剂的添加量,获得弹性小可塑性大的始极片。

(2)始极片整形。装配始极片介绍：①始极片尺寸：宽×长×厚：775mm×915mm×(0.8mm～1.2mm),重量：3.9kg。②吊耳尺寸：宽×长×厚：60mm×375mm×(0.8mm～1.0mm),重量：0.11kg，表面平滑,厚度均匀在0.6mm～0.8mm的始极片,经圆刃剪耳机剪出60mm×375mm。③导电棒尺寸：边×宽×长：24mm×24mm×1030(±5)mm,重量：4.1kg,阴极板总重量：8.0kg。

4.2 校平压纹整形校平机

校平机以19辊交错压轧,使始极片消除应力,实现平直；压纹机以4组压纹辊,经分阶段压纹,使始极片压上“T”形纹,提高其挺直刚度；整形机以3对6根对辊,对经校平、压纹后的始极片可能存在的横向弯曲或局部不平实施整形；校平机由3对交错式布置辊组组成,其设计功能是针对始极片在压纹、输送的过程中可能产生的纵向弯曲进行校平。在使用中因为该部分的传动速度普遍较高,载荷较大且不均匀,所以需根据始极片的厚薄、质感等状况随机调整。

图1 校平压纹机示意

图2 校平压纹原理

(1)使用中结合实际的调整,对于现有始极片的校平整形机调整值：①咬入辊、夹送辊、出料辊辊间间隙0.5mm,压纹辊径向台肩间间隙：0.5mm。②19辊校平机的调整：校平机通过手柄调整至进入侧小于片厚0.3mm～2mm,出片侧大于片厚0.3mm～2mm。③压纹辊组采用4对8根辊,第一对辊先压出2边的四道纹,第二对辊次压出中间的五道纹,第三对辊重复全部压纹,第四组辊实行过压纹,经过压纹,过压纹后的始极片,进入整形辊组。本处是结合实际现场经验,发现中间压纹可以教两边的纹路调整得浅些,可以使版面的平直度更佳。调整时,应强调上下辊的平行度。④ 6支对辊整形机的径向压紧力是由固定于其滑块上部的弹簧决定的,但当始极片厚度增加较多,比如1.2mm或以上时可以通过添加垫片的方式增加其压紧力,以提高整形能力。⑤6支错辊校平机调整：校平辊设计为错辊式,调试时应先调至高处,不参加校平,逐渐下调至压纹整形后的始极片纵向不弯为准。

(2)具体实际中结合工艺控制,该厂做出的改进如下：①在校平机入口增设的导入装置,改良轴承的润滑系统。②整形效果进行了调整降低了压纹的深度,结合现有的铜始极片的韧塑性,提出了(降低中间压纹辊的压下量)大幅降低较多的中间部分的压纹深度,微调片两侧(压纹辊的压下量)的压纹深度。③吊耳装配完成后上侧用木槌将其砸平。④改善片在步进平台上装配工位的装配位置,有效考虑装配好后的始极片进入电解槽内导电母排上绝缘垫板的厚度,使其能垫绝缘板侧低3mm。

5 改进后产生的效果

①可有效提升片的垂直度,达到7mm～9mm的较优效

果,平直度<9mm,垂直耳间距误差均应<2mm,成品率>98%。②被与铜棒捶打密实的耳片,提升了接触面积,提高电流效率。③入槽后铜始极片能上边平行于液面和阳极板上边平行。④根据始极片厚度增加,垂直度提升的特性。始极片垂直度获得明显改善。⑤通过在校平机入口增设的导入装置。使得校平机入口卡滞现象几乎消除,卡滞率降至小于0.01%。通过改良轴承的润滑系统,使得各润滑点均能获得足够的润滑油,保证了轴承的支承效果和工作寿命。通过加强原料始极片的质量要求,改善了校平机的工况,提升了设备工作的稳定性,降低了设备故障率。

6 结论与讨论

通过在我厂按照上述优化方案进行改造。通过提高始极片垂直度的生产实践,了解和掌握了影响垂直度提高的主要因素。始极片压纹校平装置按咬入、粗校、精校、压纹、出料工序组合进行,有利于功率分配,有利于整形质量的进一步提高。使始极片更加平整,增加了刚性。通过改进也使得生产效率得到了提高,使得质量稳定可靠。经生产实际验证，校平机的运行和校平效果都得到了较大改善。通过合理调整校平机压下量。始极片悬垂度得到明显提升,由平均13mm提升至平均7mm。通过提高始极片垂直度的生产实践,了解和掌握了影响垂直度提高的主要因素。证明了只要控制种板系统添加剂骨胶、硫脲等添加剂的加入量,生产出弹性小可塑性大的始极片；始极片厚薄控制0.8mm以上；压纹纹深控制在2mm范围之内,就能得到较好垂直度的始极片。这对于今后不断适应高杂质电解和提高阴极铜质量都十分有效。通过加强始极片、吊耳、导电棒生产过程中的工艺控制,对始极片的去应力校平装置、压纹装置等进行改造,阴极的整体加工质量得到提升,阴极铜的重要工艺技术指标得到优化。

[1]有色金属冶炼设备编委会.有色金属冶炼设备[M].北京：冶金工业出版社,1994.

[2]崔甫.校平理论与参数设计[M].北京：机械工业出版社,1987.

[3]李健锋,吴张永.铜电解始极片压纹校平装置的分析及改进[J].机床与液压,2008,36(4)：373-374.

10.13939/j.cnki.zgsc.2016.49.095

河套学院科学技术研究项目(项目编号：HYZQ 201409)。

韩奋(1985—),男,汉族,内蒙古临河人,工程硕士,巴彦淖尔西部铜材有限公司工程师。研究方向：机械设备管理和机械工程及冶金成套设备装备优化；王海霞(1983—),女,汉族,内蒙古五原人,硕士,讲师。研究方向：农业环境监控与信息化技术(通讯作者)。