阳极铜定量浇铸系统提升改造

黄 丽

（云南省楚雄市楚雄滇中有色金属有限责任公司，云南 楚雄 675000）

1 前言

楚雄滇中有色金属有限责任公司在生产、技改两不误的情况下，于2017 年完成产能提升技术改造项目建设，主流程为艾萨炉熔炼+沉降电炉分离+P-S 转炉吹炼+固定式阳极炉火法精炼，所用固定式阳极炉精炼系统为2013 年实施建设，系统主要设备包含2 台80t 阳极炉、2 台M20 圆盘浇铸机以及配套的氧化系统、还原系统、冷却系统、液压控制系统等。设计浇铸能力40t/h。按照公司整体发展战略目标，滇中有色计划年产阳极铜150kt。

2 定量浇铸系统情况

2.1 定量浇铸系统配置

滇中有色的阳极铜定量浇铸系统采用国内传统的工艺设备，主要包括2 台M20 阳极铜浇铸机，带中间包、铸造浇包、冷却系统、取板系统、捞板系统、铸模喷涂系统、液压系统、PLC 控制系统等。浇铸能力40t/h。

2.2 定量浇铸系统工作原理

熔融铜通过固定流槽连续从阳极炉中流入浇铸和称量的中间包。中间包接收到浇铸包的允许倒铜信号后，铜液从中间包倒入浇铸包。浇铸包由称量设备支撑，浇铸包达到预设重量，中间包收回，回到原位。当圆盘浇铸机上的铸模到位时，发出到位信号，浇铸包开始按照预设的浇铸曲线向空模内注入铜水，控制系统准确地控制浇铸包的倾动，使得倒出的铜量与希望的阳极膜重量相等，注入膜内的铜水重量达到预设重量时，浇铸包返回到原位，同时发出信号给铸造轮，允许转动。

当中间包再次向浇铸包铸铜液时，圆盘浇铸机将下一个空模转到浇铸位置。铸好的模子依次进入冷却系统，在冷却系统中，模子从底部冷却，而阳极铜从上表面通过喷淋系统冷却，根据红外线测温仪测出模温，调节冷却系统的水量。

冷却阳极铜进入检查站后，通过预顶起装置顶起阳极铜，使阳极铜从模子中松开。而后通过取板装置取出后将其放入冷却水槽中。阳极铜被放置在冷却水槽的链式输送机上，链式输送机前进一段距离，让出下一块阳极铜的位置。当阳极铜块数达到期望的数量时，就可将成品阳极铜由行车从冷却槽中吊走。

阳极铜取出后，顶针自动复位，不能复位的由人工锤击复位。复位后，圆盘转至下一工位，空模子到达涂模系统。

至此，一块阳极铜浇铸的作业周期全部完成。空模转至浇铸位，进入下一块阳极铜的作业周期，周而复始至铜液浇铸完毕。

2.3 定量浇铸性能指标控制要求

2.3.1 阳极板浇铸重量

270kg±5。

2.3.2 阳极板物理尺寸

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

3 存在的问题及原因分析

3.1 设备与计划产能不匹配

按照公司整体发展战略目标，滇中有色阳极炉不但要满足本公司阳极铜的产能需求，还要满足将兄弟单位部分粗铜进一步精炼成阳极铜的产能要求，2019 年公司计划年产阳极铜150kt，而2013 年设计的阳极铜精炼系统产能仅为年产阳极铜100kt。计划产能较设计产能提高近50%，这样的产能提升改造对设备是极大的考验。这需要从粗铜进入阳极炉开始，将阳极铜精炼的工艺流程所涉及的设备都做一个产能评估。

3.2 阳极铜合格率较低

根据2016 年全年的阳极铜生产记录情况，阳极铜的合格率仅为91.59%，其中约5%的阳极铜版面厚薄不均匀。约1%的阳极铜存在耳部浇铸不饱满铸模夹耳，而不产生扭曲变形。约1%的阳极铜存在脱模时弯曲、变形的问题，而其余1.41%的阳极铜，或多或少都有飞边和毛刺。产品合格率较低。

3.3 设备方面原因分析

（1）圆盘浇铸机运行不平稳。圆盘在启动、制动时，因机械惯性作用，易产生广东，此时阳极铜未完全凝固，导致出现阳极铜厚薄不均匀、产生飞边、毛刺等。

（2）阳极铸模摆放不平整，如果铸模在圆盘上不水平，则会出现一边薄，一边厚的现象。

（3）铜液浇铸速度控制不均匀，影响浇铸的质量和精度。

3.4 操作方面原因分析

冷却操作过早，阳极铜冷却主要通过上部冷却和下部冷却两种方式。阳极铜喷水冷却前，铜液表面需要凝固，若阳极铜板中心未收心，喷水冷却，阳极铜易产生水包。

通过对滇中有色存在的两个问题及原因分析情况来看，要想提高阳极板产量及质量，对圆盘浇铸系统设备进行升级改造已势在必行。

4 提升改造措施

4.1 方案比选

方案一、将现有圆盘浇铸机盘面进行扩大，在每台上增加10 个模，达到提产目标。经过初步核算，实行该方案需要开展以下工作：（1）重新对圆盘浇铸系统区域进行规划布置，厂房需要由现在的21 米跨扩大至26 米跨；（2）对圆盘浇铸系统区域所有老的设备基础进行拆除，重新设计施工新基础；（3）购买新设备，新仪控系统。（4）老系统拆除费加上新系统购置安装、厂房扩大等，改造费用约1100 万元左右。（5）改造期间阳极炉需要停产4个月左右，如若在公司年度检修时开展，则还需另行停产3 个月左右，阳极铜按照原计划将减产4.03 万吨。

此方案的缺点：改造费用高，重新布局规划，改造工期较长，影响公司全年的生产经营计划。

此方案的优点：圆盘浇铸面加大，每一块阳极铜的浇铸周期不变，浇铸速度、冷却速度等不变，液压控制系统，PLC 控制系统可利旧；

方案二：保留现圆盘浇铸系统的整体布局设计，在现布局的基础上对圆盘浇铸设备平稳性、浇铸速度、冷却速度、仪控系统、液压系统进行提升改造。经过考察、分析、核算，实行该方案需要开展以下工作：（1）重新购买M20 型圆盘浇铸机；（2）对现有设备基础进行局部调整改造；（3）按照重新核算的用水量，对圆盘浇铸系统冷却系统进行提升改造，重新购买冷却水泵等；（4）按照新的操作需求，重新购买仪控系统设备，对PLC 控制系统进行重新组态设计；（5）通过初步核算，改造费用约480 万元左右。（6）改造期间阳极炉需要停产1.5 个月左右，如若在公司年度检修时开展，则还需另行停产0.5 个月左右，阳极铜按照原计划将减产0.68 万吨。

此方案的缺点：（1）利旧设备比较多，问题检查和排查的工作量比较大，对排查人员和维修人员的技术水平要求高。（2）控制精度要求提高，现场的仪表控制设备档次提高，费用较高。

此方案的优点：改造费用最低，系统整体布局无需改动，设备基础不需要做大的调整改动，仅需要进行局部修整。液压控制系统的设备可利旧，PLC 控制系统需要进行重新设计组态，现有设备已有余量满足改造需求；

通过对二个方案进行比较，最终决定采用方案二，对系统进行提升改造。

4.2 具体措施

4.2.1 中间包与浇铸包机械部分改造

现有油路能正常使用，改造要求实现定量浇铸,中间包机构须运行平稳，无抖动,需重新设计中间包的控制油路系统，采用现有浇包比例阀进行改造；更换中间包油缸，确保中间包翻转平稳，合理；

更换2 台电子称,实现自动定量浇铸功能，将浇铸包的重量信号，电子秤的重量信号送至PLC,用于定量浇铸控制。在触摸屏上控制浇铸相关参数，要求运行控制速度可调，浇包秤称量精度±2Kg，浇包秤载荷强度＞5 吨；

4.2.2 圆盘机械部分改造

保证外形及定位尺寸，对现有圆盘图纸进行优化，重新加工一套圆盘的盘面，含辐射梁、外系梁、内系梁、中心支架，不含齿轮、轨道及传动装置，用于更换现有的其中一台圆盘。

将现有轨道拆除，加工新的轨道，辊道上移安装于圆盘上，轨道宽度130mm，重新加工“H 型”钢，且焊接有21 个均分的托辊安装底板，每个安装底板上安装有四个通孔，用于固定托辊。

圆盘上重新加工圆弧齿轮，新的圆弧齿轮，大齿轮分度圆直径与现有大齿轮相同，安装时吊挂在圆盘径向梁上，小齿轮安装在减速机输出轴；更换圆盘驱动减速机及电机，电机使用伺服电机，且电机、减速机的驱动功率应与圆盘运行时所需力矩相匹配。

4.2.3 电气控制系统改造

各模块采用独立的PLC 控制，每个圆盘一个单独PLC 控制，浇铸部分和外围的其他部分用PLC 控制。以达到提升改造的可靠性与及时性。

4.2.4 取板装置改造

新增换顶针位置：在一个空铸模的位置上安装有一个液压提升系统，方便更换顶针。

5 效果

系统改造项目在滇中有色公司2017 年4 月份年度大修时施工，总工期45 天，单机调试成功后进行系统带负荷联动试车。通过72 小时带负荷联动试车没有问题后一次性投入生产。自系统提升改造后，滇中有色阳极铜的产量从9.16 万吨/年提升至15.68 万吨/年阳极铜的合格率从改造前的91.59%提升至98.73%。改造效果显著。

6 小结

通过对阳极铜定量浇铸系统进行提升改造，滇中有色的不但达到了阳极铜生产计划产量，而且阳极铜的质量也得到了大幅度的提升。且系统自运行以来至今，设备状态较为良好。为此，说明滇中有色公司阳极铜定量浇铸系统提升改造决策是成功的。