铜模浇铸机的研制与应用

彭 刚

（江西铜业集团 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

在铜冶炼行业，铜阳极板圆盘浇铸机得到了广泛的应用；阳极板模具作为圆盘浇铸机生产过程中消耗量大的主要备件，有钢模和铜模两种不同的材质，各家铜冶炼厂根据自身情况选择应用。钢模需要向由专业铸造厂采购且使用寿命普遍较低，将大幅增加吨铜的加工成本。铜模则可自行浇铸产出，报废的铜模返回转炉作为废铜处理。铜模因其使用寿命长、原材料金属铜可在熔炼车间内部循环利用等优势成为了多数大型铜冶炼工厂的主流选择［1］。但自行浇铸铜模的工厂，普遍采用行车吊运阳极铜在熔炼主厂房进行浇铸的生产工艺，此工艺自动化程度低，生产效率不高。现根据现场实际工况研制一套铜模浇铸机，以达到提高铜模制造工艺的自动化水平的目的。

1 铜模生产及消耗现状情况

1.1 铜模的使用情况

贵溪冶炼厂熔炼车间阳极炉工序共有3台圆盘浇铸机，均使用铜模作为阳极板的模具。三台浇铸机共装有104块铜模进行浇铸作业。阳极板浇铸时高温熔体反复地冲刷铜模，且铜模温度在急冷急热不断变化下，导致铜模容易变形、分层、开裂等损坏，铜模的完好情况为影响阳极板合格率的关键因素［2］。因此铜模的更换量较大，其使用寿命大约为1 000 t铜／块；贵溪冶炼厂按月均浇铸阳极铜约8万t，月均需报废铜模80块。

1.2 铜模的生产流程

铜模的浇铸需要在熔炼主厂房留出一块相对开阔的空地，工人在行车或叉车的配合下组装好钢制母模，准备好干净的粗铜包放置在阳极炉炉口下方。当阳极炉完成氧化、还原精炼，准备开始浇铸阳极板之前，从炉口倒出足量的阳极铜到粗铜包内，然后由行车粗铜包吊运至组装好的母模上方，行车驾驶员在地面人员的指挥下，进行铜模浇铸作业。浇铸完成后，行车将剩铜返回阳极炉重新精炼，工人在行车或叉车的配合下拆除母模盖板和边框，将浇铸成型的铜模脱出［3］。

1.3 行车浇铸存在的问题

行车浇铸铜模的方法沿用多年，虽然操作比较便捷，但存在安全、质量、铜金属损失较多等几方面的问题：（1）冶金行车吊运大型钢包要对准模具窄小的浇铸口存在较大的操作难度，而且浇铸过程行车操作工很难清晰观察到钢包嘴和模具的浇铸口，需要另由他人指挥，指挥人员和驾驶人员协同配合不好可能引发安全事故；（2）指挥人员和驾驶人员配合不协调容易出现浇铸停顿，导致铜模分层，质量不佳，如未对准浇铸口则会导致熔体浇在模盖上四处飞溅；（3）用粗铜包浇铸时阳极铜表面带渣被浇入模具内，导致铜模夹渣，质量不佳，包子嘴凝结的渣块较大时流出的熔体呈散开的瀑布状，部分熔体泼洒至模盖及周边地面；（4）浇铸所用的阳极铜由炉前操作人在浇铸开始前从炉口倒出，具体铜量则根据经验估计，一般倒铜量都会偏多，浇铸剩下的阳极铜由于被粗铜包内的包壳污染，只能作为粗铜返回另一台阳极炉，造成阳极铜的损失；倒铜过少则会出现浇铸半块废模的情况；（5）阳极炉炉口频繁地倒铜对炉口水套的损耗较大，也不利于阳极炉生产的安全稳定。

2 铜模浇铸机的研制

2.1 技术方案

研制一种自动化程度高、实用、可靠的铜模浇铸机，安装在阳极炉的圆盘浇铸机厂房，解决用粗铜包浇铸阳极板铜模时熔体飞溅大，不安全的问题。该铜模浇铸机包含固定溜槽、中间包及其倾转装置、液压站、电动台车及其轨道四部分。固定溜槽用于导流阳极铜熔体；中间包一侧设有浇铸嘴用于向母模内浇铸铜水，同时起到缓存铜液的作用；液压站为中间包倾转装置的油缸提供动力；电动台车由电机驱动可在直线轨道上往复行驶，台车上放置母模。该台车式铜模浇铸机所有操作由遥控器远程控制，操作工远离浇铸区域，精准控制熔体浇铸量，浇铸过程铜水飞溅少，具有自动化程度高、安全性能好、产品质量优等特点。

2.2 工艺流程与现场布局

铜模浇铸机安装在阳极炉炉后圆盘浇铸机一旁。通过固定溜槽将铜模浇铸机与炉后活动溜槽出口相连；通过活动溜槽两个出口的开闭来控制阳极铜导流至铜模浇铸机或圆盘浇铸机。在每炉次浇铸阳极板之前先将阳极铜导流至铜模浇铸机进行铜模浇铸作业，铜模浇铸完成后再切换回圆盘浇铸机进行阳极板浇铸作业，浇铸过程可连续不中断。铜模浇铸机可采用遥控器进行遥控操作，让操作工远离浇铸现场，改善劳动环境。铜模浇铸机现场布局如图1所示。

图1 铜模浇铸机现场布局图

3 铜模浇铸机应用效果

新研制的铜模浇铸机所有操作可由遥控器远程控制，易于掌控熔体浇铸量，浇铸过程铜水飞溅少；操作工远离浇铸区域，减轻了劳动强度；具有自动化程度高、安全性能好、产品质量优等特点。该铜模浇铸机投产后，铜模浇铸不再需要主厂房的行车配合，浇铸场地从熔炼主厂房转移到炉后浇铸机厂房，取得了以下效果：（1）规避了行车、叉车在熔炼主厂房交叉作业的安全风险；（2）提高铜模浇铸的自动化水平，减轻劳动强度，减少浇铸过程中的铜渣飞溅，改善现场环境；（3）杜绝阳极铜带渣，铜模浇铸过程连续每块模具一次成型，提高产品质量［4］；（4）易于精准控制熔体浇铸量，实现铜模驼背大小一致，有利于提高铜模寿命［5］；（5）铜模浇铸与阳极板浇铸过程连续进行，不再有剩铜回炉损失；（6）消除了炉口频繁地倒铜对炉口水套的损耗。

4 铜模浇铸机产生的经济效益

铜模浇铸机的应用主要经济效益在于提高了铜模的质量，延长了铜模使用寿命［6］。铜模寿命由1 000 t铜／块，提高至1 200 t铜／块，贵溪冶炼厂熔炼一系统按月均浇铸4万t阳极铜计算，每月可减少铜模用量7块。（1）减少废铜回炉再冶炼成本。铜模重4 t／块，废铜回炉冶炼成本400元／t，回炉再冶炼需消耗成本1 600元／块，每月可节约燃料成本1.1万元；（2）浇铸一块铜模，母模的折旧费用约为3 500元，组装母模的辅助材料，消耗成本约为500元，每块铜模的浇铸成本约为0.4万元，每月节约模具成本2.8万元。其次铜模浇铸机浇铸时熔体飞溅少、消除了粗铜包内的剩铜，提高了工序内的金属直收率。每月减少废铜产出40 t／月，废铜回炉冶炼成本400元／t，每月可节约成本1.6万元。

5 结束语

新研制的铜模浇铸机自动化程度高、产品质量好、可提升工序内金属直收率。该设备投资规模不大，可在采用铜模作为模具的铜冶炼厂推广应用。铜冶炼厂采用该铜模浇铸机提升设备自动化水平，有助于工厂减少人员配置，提高产品质量，实现精细化、高效率生产。