何梅松，田勇

(銅陵有色金屬集團(tuán)金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵 244000）

圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)的運(yùn)行狀況與改進(jìn)

何梅松，田勇

(銅陵有色金屬集團(tuán)金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵 244000）

金冠銅業(yè)采用雙18模圓盤(pán)澆鑄機(jī),2013年初投入試生產(chǎn)一年時(shí)間內(nèi),表現(xiàn)為設(shè)備故障率高、陽(yáng)極板合格率低、澆鑄速度慢等問(wèn)題。為適應(yīng)生產(chǎn)的需要,對(duì)圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)中不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn),調(diào)整了噴淋冷卻系統(tǒng)的參數(shù),更改了下部噴淋水的結(jié)構(gòu)布局,消除了圓盤(pán)澆鑄故障引起的陽(yáng)極板缺陷。改進(jìn)后,圓盤(pán)澆鑄機(jī)的故障率大幅下降,系統(tǒng)已可以穩(wěn)定運(yùn)行,陽(yáng)極精煉系統(tǒng)也達(dá)到了設(shè)計(jì)能力。

圓盤(pán)澆鑄機(jī)；故障率；陽(yáng)極板；提取機(jī)；澆鑄包

金冠銅業(yè)是銅陵有色集團(tuán)公司為提升銅冶煉技術(shù)水平而實(shí)施的一項(xiàng)大型技術(shù)升級(jí)改造項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用閃速熔煉、閃速吹煉、回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉、永久不銹鋼陰極電解、兩轉(zhuǎn)兩吸制酸的主工藝流程，設(shè)計(jì)年產(chǎn)陰極銅400 kt、硫酸1 453.9 kt。圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)采用Outotec生產(chǎn)的1臺(tái)雙18模定量澆鑄機(jī)，用于將陽(yáng)極爐精煉合格的陽(yáng)極銅澆鑄成單重為385 kg的陽(yáng)極板，設(shè)計(jì)能力為110 t/h。

1 圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)

1.1 陽(yáng)極精煉與澆鑄系統(tǒng)配置

金冠銅業(yè)的陽(yáng)極精煉與澆鑄系統(tǒng)配有2臺(tái)660t/爐的回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐和1臺(tái)110 t/h的雙18模圓盤(pán)澆鑄機(jī)。回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì),規(guī)格為4.9 m×14.18 m，除傳動(dòng)系統(tǒng)、氮?dú)鈹嚢柩b置、稀氧燒嘴為引進(jìn)外，其余均為國(guó)內(nèi)制造。陽(yáng)極爐的燃料和還原劑均采用天然氣，氧化為壓縮空氣，并在爐底增加使用氮?dú)獾耐笟獯u攪拌系統(tǒng)。為了處理電解車(chē)間返回的殘極、不合格陰極、銅粒及陽(yáng)極澆鑄時(shí)產(chǎn)生的不良陽(yáng)極，配備了1臺(tái)能力為40 t/h的豎爐和1臺(tái)180 t/爐的保溫爐[1]。

1.2 圓盤(pán)澆鑄機(jī)工作原理和性能參數(shù)

雙18模圓盤(pán)澆鑄機(jī)由稱量和澆鑄單元、陽(yáng)極拒收單元、陽(yáng)極提取和收集單元、噴涂和噴淋冷卻單元、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。圓盤(pán)澆鑄機(jī)的工作原理如下[2]：1）熔融態(tài)的銅液由陽(yáng)極爐通過(guò)固定溜槽流入稱重和澆鑄單元的中間包，中間包將銅水傾倒入一側(cè)澆鑄包。澆鑄包的裝入量和澆鑄量由稱量單元檢測(cè)和控制。當(dāng)澆鑄包中銅水量達(dá)到設(shè)定值后，中間包恢復(fù)中位并轉(zhuǎn)而向另一側(cè)澆鑄包傾倒。當(dāng)圓盤(pán)將銅模運(yùn)轉(zhuǎn)到澆鑄位時(shí),澆鑄包向銅模中傾倒銅水。當(dāng)澆鑄完成后，圓盤(pán)將下一塊空模運(yùn)轉(zhuǎn)至澆鑄位，同時(shí)中間包將澆鑄包再次倒?jié)M。2）帶有銅水的銅模依次通過(guò)噴淋冷卻系統(tǒng)，銅模由底部噴淋水進(jìn)行冷卻，陽(yáng)極板由上部噴淋水進(jìn)行冷卻。3）冷卻完成后，陽(yáng)極板運(yùn)轉(zhuǎn)到挑揀工位，不合格陽(yáng)極板在此處被系統(tǒng)挑選并拒收。為了避免給圓盤(pán)造成額外負(fù)載，由液壓鎖模裝置將銅模鎖緊，而后通過(guò)頂起靠耳部的位置使陽(yáng)極板從銅模中脫模預(yù)頂起，而廢陽(yáng)極拒收單元會(huì)在此時(shí)將不合格陽(yáng)極板挑選出圓盤(pán)。4）在預(yù)頂起之后，陽(yáng)極板運(yùn)轉(zhuǎn)到收集工位。此時(shí)陽(yáng)極板被再次從靠耳部位置頂起，并由提取機(jī)將陽(yáng)極板從模位抓取入水槽進(jìn)行冷卻。在收集到設(shè)定數(shù)量的陽(yáng)極板后，通過(guò)鏈條將陽(yáng)極板運(yùn)送至水槽尾部,由叉車(chē)取出放入陽(yáng)極板堆場(chǎng)。5）在陽(yáng)極板被取出后,空模運(yùn)轉(zhuǎn)至銅模噴涂系統(tǒng)，銅模在此位置被噴上一層硫酸鋇作為脫模層，并等待下一次澆鑄。

圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

2 運(yùn)行初期狀況

金冠銅業(yè)分公司的圓盤(pán)澆鑄自2013年初開(kāi)始投入試生產(chǎn)。由于建設(shè)期的安裝和調(diào)整工作準(zhǔn)備充足，以及閃速吹煉爐低投料量的關(guān)系，在運(yùn)行最初的3個(gè)月，圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定。伴隨著閃速吹煉爐投料量的增加，圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)逐漸暴露出一些問(wèn)題。

2.1 設(shè)備故障率高

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2013年1月至2014年1月期間圓盤(pán)發(fā)生了29起機(jī)械性故障，本文對(duì)這些故障進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1所示。

圖12013年圓盤(pán)澆鑄機(jī)機(jī)械故障統(tǒng)計(jì)

從圖1可以看出，2013年全年共發(fā)生的29起機(jī)械類故障中，大部分機(jī)械故障都來(lái)自陽(yáng)極提取單元,其他故障分別來(lái)自稱量澆鑄單元和液壓系統(tǒng)。盡管全年只發(fā)生了2起稱量及澆鑄單元故障，但是從故障的處理過(guò)程來(lái)看，由于需要終止?jié)茶T且處理難度大,該故障對(duì)整個(gè)澆鑄過(guò)程產(chǎn)生了極大的影響。液壓系統(tǒng)故障均為液壓管爆裂,影響程度相對(duì)較小。

對(duì)于陽(yáng)極板提取單元的故障進(jìn)行了更進(jìn)一步的分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果圖2所示。

圖2 圓盤(pán)提取機(jī)故障統(tǒng)計(jì)

從圖2中可以看出，大部分提取單元故障原因來(lái)自機(jī)械因素，同時(shí)同步連桿和偏心盤(pán)位置造成了最多次數(shù)的故障。同步連桿和偏心盤(pán)故障一旦發(fā)生就是破壞性故障，修復(fù)更換備件時(shí)間很長(zhǎng)（平均需要約4個(gè)小時(shí)）。在投入試生產(chǎn)的第1年，同步連桿和偏心盤(pán)故障對(duì)整個(gè)陽(yáng)極澆鑄生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的影響極大。

2.2 陽(yáng)極板合格率低

陽(yáng)極板雖然是銅冶煉過(guò)程的中間產(chǎn)品，但是其質(zhì)量不但會(huì)影響電解精煉過(guò)程中部分設(shè)備的操作使用（如陽(yáng)極準(zhǔn)備機(jī)組），還會(huì)影響到最終電解銅的產(chǎn)品質(zhì)量。而在該項(xiàng)目生產(chǎn)初期，陽(yáng)極板的合格率相對(duì)較低。表2和圖3所示為金冠銅業(yè)的陽(yáng)極板檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 陽(yáng)極板檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（部分）

圖3 陽(yáng)極板標(biāo)準(zhǔn)尺寸示意

基于所列標(biāo)準(zhǔn)，分段統(tǒng)計(jì)了自2013年7月至2013年9月的陽(yáng)極板檢測(cè)合格率數(shù)據(jù)，結(jié)果如表3所示。

表32013年7月至9月陽(yáng)極板合格率

從以上數(shù)據(jù)可以看出，圓盤(pán)投產(chǎn)初期，陽(yáng)極板的澆鑄合格率一直處于較低的水平（平均為78.52%）。同時(shí)，對(duì)不合格陽(yáng)極板進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)，其中變形19 404塊，占66%；錐度5 405塊，占18%；耳部厚度3 233塊，占11%；其余飛邊毛刺522塊；拒收陽(yáng)極板316塊；表面鼓包228塊；耳部過(guò)薄150塊，板面過(guò)厚24塊，所占比例均在2%以下。經(jīng)過(guò)分析和生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)情況中影響陽(yáng)極板質(zhì)量的原因可總結(jié)如下：1）噴淋冷卻水的設(shè)計(jì)能力比實(shí)際需求量小。噴淋冷卻水的設(shè)計(jì)能力為5～6 bar，200 m3/h，現(xiàn)場(chǎng)陽(yáng)極板的澆鑄溫度大約在1 210℃。在這樣的工況下澆鑄,銅模溫度上升非?？?，且無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)噴淋冷卻水來(lái)控制溫度。銅模溫度過(guò)高將會(huì)影響陽(yáng)極板的表面質(zhì)量。2）冷卻水的噴淋區(qū)域不夠均勻。在現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)中，越低的銅模表面溫差越能夠使陽(yáng)極板外形符合要求，而目前現(xiàn)場(chǎng)要求銅模上不同位置直接的溫度差異在低于50℃時(shí)可以保證較好的陽(yáng)極板外觀，但是通過(guò)在澆鑄過(guò)程中的實(shí)際測(cè)量，銅模表面不同位置上的溫度差最高可達(dá)104℃。由于銅模是由底部進(jìn)行噴淋，噴淋冷卻區(qū)域不均勻?qū)е铝算~模不同位置的溫差較大，而較大的銅模溫差導(dǎo)致了陽(yáng)極板的較大變形。

2.3 澆鑄速度慢

圓盤(pán)的澆鑄速度直接影響到了閃速吹煉爐和陽(yáng)極爐之間的作業(yè)時(shí)序。在圓盤(pán)投入運(yùn)行的早期，受制于圓盤(pán)的高故障率，其澆鑄速度一直處于較低水平。但是到2013年底時(shí)，圓盤(pán)的故障率已經(jīng)得到有效控制的情況下，圓盤(pán)的澆鑄速度仍然沒(méi)有明顯提升。當(dāng)操作人員將圓盤(pán)的系統(tǒng)速度設(shè)定到較高檔位時(shí)，噴淋冷卻強(qiáng)度偏弱使得過(guò)高的澆鑄速度會(huì)使銅模溫度迅速上升，進(jìn)而影響陽(yáng)極板質(zhì)量。圖4為2013年12月至2014年3月，連續(xù)3個(gè)月的圓盤(pán)澆鑄速度曲線，從圖上可以看出這期間澆鑄的平均速度為88 t/h。

圖42013年12月至2014年3月圓盤(pán)澆鑄速度曲線

3 存在的問(wèn)題及改進(jìn)

在圓盤(pán)投入運(yùn)行的初期,高機(jī)械故障率是制約生產(chǎn)的最大問(wèn)題。當(dāng)故障率開(kāi)始得到有效控制時(shí),提高陽(yáng)極板合格率和提高圓盤(pán)澆鑄速度成為生產(chǎn)維護(hù)的首要目標(biāo)。如上文所述,機(jī)械故障主要集中在圓盤(pán)的陽(yáng)極板提取機(jī)單元。此單元工況環(huán)境惡劣且工作負(fù)載高,同步連桿和偏心盤(pán)是提取機(jī)的主要故障位置。而稱量和澆鑄單元盡管故障次數(shù)較少,但是其故障對(duì)生產(chǎn)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生較大影響。以下是針對(duì)圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)的改進(jìn)。

3.1 提取機(jī)的改進(jìn)

在圓盤(pán)投入使用前期連續(xù)多次發(fā)生故障，而且兩個(gè)圓盤(pán)的故障形式和故障部位均相同。起初技術(shù)人員認(rèn)為是提取機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了意外碰撞造成，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)即使在沒(méi)有發(fā)生意外碰撞的情況下，該部位還是會(huì)出現(xiàn)這樣的故障。最終認(rèn)定這是由于鍵與鍵槽的配合尺寸存在問(wèn)題，鍵與鍵槽配合不夠緊密，微小的配合間隙在工作過(guò)程中會(huì)逐漸變大，進(jìn)而引發(fā)的故障。

偏心盤(pán)和同步連桿的故障照片見(jiàn)圖5,零部件位置如圖6所示。

圖5 圓盤(pán)提取機(jī)偏心盤(pán)和同步連桿部位故障照片

圖6 提取機(jī)的故障位置示意

由圖5、圖6所示，故障位置處于提取機(jī)爪手主軸與偏心盤(pán)連接部位，軸上的鍵與鍵槽所起作用不僅是傳遞扭矩，更主要的是要保證提取機(jī)爪手一直處于正確的工作角度。當(dāng)兩者之間的間隙變大后，提取機(jī)爪手的工作角度會(huì)在澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生變化，造成提取機(jī)從銅模抓取陽(yáng)極板放入水槽的動(dòng)作過(guò)程無(wú)法保持穩(wěn)定。在此過(guò)程中陽(yáng)極板很有可能撞擊到水槽的頭部甚至導(dǎo)致偏心盤(pán)和同步連桿的損壞。在選用過(guò)盈配合尺寸后，再也沒(méi)有發(fā)生這樣的問(wèn)題。

3.2 稱量和澆鑄單元部分結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

澆鑄包由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒形帶做搖籃運(yùn)動(dòng)[3]。在運(yùn)行前期,發(fā)生的兩次澆鑄包故障都集中在齒形帶滑輪組件上,故障使正在運(yùn)動(dòng)的澆鑄包突然無(wú)法運(yùn)動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)澆鑄過(guò)程終止。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探查發(fā)現(xiàn)，滾針軸承已經(jīng)損壞而且銷軸表面磨損嚴(yán)重。圖7為齒形帶滑輪的結(jié)構(gòu)和其在澆鑄包中的位置。

圖7 澆鑄包齒形帶滑輪結(jié)構(gòu)示意

澆鑄包定滑輪采用滾針軸承（HK2524，基本載荷25.0 kN，額定載荷35.2 kN），雖然結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單緊湊，但是這樣的結(jié)構(gòu)存在以下問(wèn)題：1)由于齒形帶輪與滑輪對(duì)中程度的差異，滑輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的徑向載荷，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一定的軸向載荷。但是，滾針軸承僅能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，因此不能限制軸向位移。而原有設(shè)計(jì)中，用墊片來(lái)補(bǔ)償位移會(huì)增加滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載。2）由于結(jié)構(gòu)和空間限制，滑輪的安裝僅能從單側(cè)安裝，受限于空間，安裝和檢查極不方便；3）該類型軸承為一次性潤(rùn)滑軸承，即在安裝前涂抹好潤(rùn)滑脂后，安裝后無(wú)法繼續(xù)潤(rùn)滑加脂。如需檢查及維護(hù)，只有解體滑輪組裝配，同樣存在安裝和檢查極不方便的問(wèn)題；4）由于軸承無(wú)內(nèi)圈，滾針是在滑輪銷軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，銷軸表面直接承受交變載荷，易產(chǎn)生表面疲勞，對(duì)銷軸的表面加工工藝有較高要求。

基于上述原因，技術(shù)人員改進(jìn)了現(xiàn)有滑輪和支架的結(jié)構(gòu)，改用調(diào)心滾子軸承，在保證軸承承載能力的情況下，不但能夠承受軸向載荷而且方便安裝、檢查和潤(rùn)滑、維護(hù)。

3.3 噴淋系統(tǒng)改進(jìn)

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，噴淋冷卻系統(tǒng)所提供的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)（5～6 bar，200 m3/h）偏小，無(wú)法滿足澆鑄速度、保證澆鑄質(zhì)量，且原有的噴淋區(qū)域偏小，會(huì)導(dǎo)致銅模冷卻不均勻。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試驗(yàn)與摸索，噴淋冷卻系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整為（8 bar，320 m3/h），同時(shí)徹底更改了下部噴淋水的結(jié)構(gòu)布局，使得噴淋冷卻強(qiáng)度能夠更加符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要。改進(jìn)后，圓盤(pán)的平均澆鑄速度穩(wěn)定在101 t/h以上，最大澆鑄速度達(dá)到115 t/h，如圖8所示。

圖82014年6～9月圓盤(pán)澆鑄速度

3.4 模溫檢測(cè)改進(jìn)

原有的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中自帶模溫檢測(cè)系統(tǒng)，但是原有模溫檢測(cè)裝置所檢測(cè)的為銅模邊緣溫度，而邊沿溫度與實(shí)際的銅模中心溫度有一定的差異，操作人員無(wú)法準(zhǔn)確掌握銅模溫度的變化趨勢(shì)。對(duì)此，增加了對(duì)銅模中心溫度的檢測(cè)裝置,并將數(shù)據(jù)連入系統(tǒng)，用來(lái)指導(dǎo)操作人員根據(jù)模溫變化情況在線控制噴淋冷卻量。此項(xiàng)改進(jìn)對(duì)提高陽(yáng)極板合格率、銅模使用壽命和澆鑄速度起到了重要作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)運(yùn)行至今已有兩年，在這段時(shí)間內(nèi)，金冠銅業(yè)通過(guò)加強(qiáng)操作技能培訓(xùn)，改進(jìn)工藝和設(shè)備，使圓盤(pán)澆鑄系統(tǒng)已經(jīng)可以穩(wěn)定運(yùn)行，圓盤(pán)澆鑄速度穩(wěn)定在平均約101 t/h，最高平均澆鑄速度達(dá)到115 t/h，并且陽(yáng)極精煉系統(tǒng)也已達(dá)到設(shè)計(jì)能力。目前，圓盤(pán)澆鑄機(jī)的故障率已經(jīng)下降到較低水平，自2014年2月運(yùn)行至同年9月，圓盤(pán)澆鑄機(jī)僅發(fā)生3次液壓系統(tǒng)故障，未再發(fā)生提取機(jī)部位和澆鑄單元的故障；陽(yáng)極板合格率已從約78.5%提升至約98%。

[1]Zhou Jun，Sun Laisheng,An Overview of Tongling New Flash Smelting and Flash Converting Project[C]//Proceedings of the thirteenth international flash smelting congress，Elli Miettinen，Eds，Zambia，2011，191-200.

[2]Outotec.IOM MANUAL OF TWIN M18 ANODE CASTING SHOP [EB/OL].Finland:Outotec，（2011-06-14）[2014-12-08].http:// www.outotec.com.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

Operating Condition and Improvement of Casting Wheel System

HE Meisong,TIAN Yong
(Jinguan Copper Corporation of Tongling Nonferrous Metals Group Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244100,China)

Jinguan Copper Corporation adopts double 18-mode casting wheel,during one year of putting into commissioning in early 2013,it has some problems,such as high failure rate of equipment,low qualified rate of anode plate and low casting speed.In order to meet the need of production,unreasonable structure will be improved in casting wheel system by adjusting parameters of spraying cooling system and changing structural layout of lower spraying water and removing faults of anode plate caused by failure of casting wheel.After improvement,failure rate of casting wheel will be decreased significantly,the system can be operated stably,and anode refining system will also reach design capacity.

casting wheel;failure rate;anode plate;take-off device;casting ladle

TF808

B

1004-4345(2015)05-0016-04

2015-03-04

何梅松(1971—)，男，工程師，主要從事有色冶金企業(yè)設(shè)備管理工作。