圓盤澆鑄系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題及完善論文
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)升級改造項(xiàng)目。 該項(xiàng)目采用閃速熔煉、閃速吹煉、回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉、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. 圓盤澆鑄系統(tǒng)采用 Outotec 生產(chǎn)的 1 臺雙 18 模定量澆鑄機(jī)，用于將陽極爐精煉合格的陽極銅澆鑄成單重為 385 kg的陽極板，設(shè)計(jì)能力為 110 t/h.
1 圓盤澆鑄系統(tǒng)
1.1 陽極精煉與澆鑄系統(tǒng)配置
金冠銅業(yè)的陽極精煉與澆鑄系統(tǒng)配有 2 臺 660t/爐的回轉(zhuǎn)式陽極爐和 1 臺 110 t/h 的雙 18 模圓盤澆鑄機(jī)。 回轉(zhuǎn)式陽極爐由國內(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，其余均為國內(nèi)制造。 陽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)。為了處理電解車間返回的殘極、不合格陰極、銅粒及陽極澆鑄時(shí)產(chǎn)生的不良陽極，配備了1 臺能力為 40 t/h 的豎爐和 1 臺 180 t /爐的保溫爐[1].
1.2 圓盤澆鑄機(jī)工作原理和性能參數(shù)
雙 18 模圓盤澆鑄機(jī)由稱量和澆鑄單元、陽極拒收單元、陽極提取和收集單元、噴涂和噴淋冷卻單元、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。圓盤澆鑄機(jī)的工作原理如下[2]:1）熔融態(tài)的銅液由陽極爐通過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噴淋冷卻系統(tǒng)，銅模由底部噴淋水進(jìn)行冷卻，陽極板由上部噴淋水進(jìn)行冷卻。3）冷卻完成后，陽極板運(yùn)轉(zhuǎn)到挑揀工位，不合格陽極板在此處被系統(tǒng)挑選并拒收。為了避免給圓盤造成額外負(fù)載，由液壓鎖模裝置將銅模鎖緊，而后通過頂起靠耳部的位置使陽極板從銅模中脫模預(yù)頂起，而廢陽極拒收單元會(huì)在此時(shí)將不合格陽極板挑選出圓盤。4）在預(yù)頂起之后，陽極板運(yùn)轉(zhuǎn)到收集工位。 此時(shí)陽極板被再次從靠耳部位置頂起，并由提取機(jī)將陽極板從模位抓取入水槽進(jìn)行冷卻。在收集到設(shè)定數(shù)量的陽極板后，通過鏈條將陽極板運(yùn)送至水槽尾部，由叉車取出放入陽極板堆場。 5）在陽極板被取出后，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。圓盤澆鑄系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如表 1 所示。
2 運(yùn)行初期狀況
金冠銅業(yè)分公司的圓盤澆鑄自2013年初開始投入試生產(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，圓盤澆鑄系統(tǒng)逐漸暴露出一些問題
2.1設(shè)備故障率高
據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2013年1月至2014年1月期間圓盤發(fā)生了29起機(jī)械性故障，本文對這些故障進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)。結(jié)果如圖1所示。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)械故障都來自陽極提取單元，其他故障分別來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程來看，由于需要終止?jié)茶T且處理難度大，該故障對整個(gè)澆鑄過程產(chǎn)生了極大的影響。 液壓系統(tǒng)故障均為液壓管爆裂，影響程度相對較小。
對于陽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。從圖 2 中可以看出，大部分提取單元故障原因來自機(jī)械因素，同時(shí)同步連桿和偏心盤位置造成了最多次數(shù)的故障。 同步連桿和偏心盤故障一旦發(fā)生就是破壞性故障，修復(fù)更換備件時(shí)間很長（平均需要約 4 個(gè)小時(shí)）。 在投入試生產(chǎn)的第 1 年，同步連桿和偏心盤故障對整個(gè)陽極澆鑄生產(chǎn)過程產(chǎn)生的影響極大。
2.2 陽極板合格率低
陽極板雖然是銅冶煉過程的中間產(chǎn)品，但是其質(zhì)量不但會(huì)影響電解精煉過程中部分設(shè)備的操作使用（如陽極準(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，陽極板的合格率相對較低。表 2 和圖 3 所示為金冠銅業(yè)的陽極板檢測標(biāo)準(zhǔn)�；谒袠�(biāo)準(zhǔn)，分段統(tǒng)計(jì)了自 2013 年 7 月至2013 年 9 月 的陽極板檢測合格率數(shù)據(jù) ,結(jié)果如表3所示。從以上數(shù)據(jù)可以看出，圓盤投產(chǎn)初期，陽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)，對不合格陽極板進(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 收陽極板 316 塊；表面鼓包 228 塊；耳部過薄 150 塊，板面過厚 24 塊，所占比例均在 2%以下。 經(jīng)過分析和生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，現(xiàn)場情況中影響陽極板質(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)場陽極板的澆鑄溫度大約在 1 210 ℃。 在這樣的工況下澆鑄，銅模溫度上升非常快，且無法通過調(diào)節(jié)噴淋冷卻水來控制溫度。 銅模溫度過高將會(huì)影響陽極板的表面質(zhì)量。2）冷卻水的噴淋區(qū)域不夠均勻。在現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)中， 越低的銅模表面溫差越能夠使陽極板外形符合要求，而目前現(xiàn)場要求銅模上不同位置直接的溫度差異在低于 50℃時(shí)可以保證較好的陽極板外觀，但是通過在澆鑄過程中的實(shí)際測量，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)致了陽極板的較大變形。
2.3 澆鑄速度慢
圓盤的澆鑄速度直接影響到了閃速吹煉爐和陽極爐之間的作業(yè)時(shí)序。在圓盤投入運(yùn)行的早期，受制于圓盤的高故障率，其澆鑄速度一直處于較低水平。但是到 2013 年底時(shí)，圓盤的故障率已經(jīng)得到有效控制的情況下，圓盤的澆鑄速度仍然沒有明顯提升。當(dāng)操作人員將圓盤的系統(tǒng)速度設(shè)定到較高檔位時(shí)，噴淋冷卻強(qiáng)度偏弱使得過高的澆鑄速度會(huì)使銅模溫度迅速上升，進(jìn)而影響陽極板質(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.
3 存在的問題及改進(jìn)
在圓盤投入運(yùn)行的初期，高機(jī)械故障率是制約生產(chǎn)的最大問題。 當(dāng)故障率開始得到有效控制時(shí)，提高陽極板合格率和提高圓盤澆鑄速度成為生產(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的陽極板提取機(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，但是其故障對生產(chǎn)過程也會(huì)產(chǎn)生較大影響。 以下是針對圓盤澆鑄系統(tǒng)的改進(jìn)。
3.1 提取機(jī)的改進(jìn)
在圓盤投入使用前期連續(xù)多次發(fā)生故障，而且兩個(gè)圓盤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)行過程中發(fā)生了意外碰撞造成，但經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)即使在沒有發(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題，鍵與鍵槽配合不夠緊密，微小的配合間隙在工作過程中會(huì)逐漸變大，進(jìn)而引發(fā)的故障。
偏心盤和同步連桿的故障照片見圖 5,零部件位置如圖 6 所示。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)在澆鑄過程中產(chǎn)生變化，造成提取機(jī)從銅模抓取陽極板放入水槽的動(dòng)作過程無法保持穩(wěn)定。 在此過程中陽極板很有可能撞擊到水槽的頭部甚至導(dǎo)致偏心盤和同步連桿的損壞。 在選用過盈配合尺寸后，再也沒有發(fā)生這樣的問題。
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)的澆鑄包突然無法運(yùn)動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)澆鑄過程終止。經(jīng)現(xiàn)場探查發(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。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)比較簡單緊湊，但是這樣的結(jié)構(gòu)存在以下問題：1）由于齒形帶輪與滑輪對中程度的差異，滑輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(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滑軸承，即在安裝前涂抹好潤滑脂后，安裝后無法繼續(xù)潤滑加脂。 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題；4）由于軸承無內(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、檢查和潤滑、維護(hù)。
3.3 噴淋系統(tǒng)改進(jìn)
經(jīng)過生產(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)場生產(chǎn)的需要。改進(jìn)后，圓盤的平均澆鑄速度穩(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。3.4 模溫檢測改進(jìn)原有的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中自帶模溫檢測系統(tǒng)，但是原有模溫檢測裝置所檢測的為銅模邊緣溫度，而邊沿溫度與實(shí)際的銅模中心溫度有一定的差異，操作人員無法準(zhǔn)確掌握銅模溫度的變化趨勢。對此，增加了對銅模中心溫度的檢測裝置，并將數(shù)據(jù)連入系統(tǒng)，用來指導(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)對提高陽極板合格率、銅模使用壽命和澆鑄速度起到了重要作用。
4 結(jié)束語
圓盤澆鑄系統(tǒng)運(yùn)行至今已有兩年，在這段時(shí)間內(nèi)，金冠銅業(yè)通過加強(qiáng)操作技能培訓(xùn)，改進(jìn)工藝和設(shè)備，使圓盤澆鑄系統(tǒng)已經(jīng)可以穩(wěn)定運(yùn)行，圓盤澆鑄速度穩(wěn)定在平均約 101 t/h,最高平均澆鑄速度達(dá)到115 t/h,并且陽極精煉系統(tǒng)也已達(dá)到設(shè)計(jì)能力。 目前，圓盤澆鑄機(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；陽極板合格率已從約 78.5%提升至約 98%.
參考文獻(xiàn)
[1] Zhou Jun ,Sun Laisheng, An Overview of Tongling New FlashSmelting and Flash Converting Project [C]//Proceedings of thethirteenth 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].
[3] 成大先。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.
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