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摘 要：介绍15万吨铜电解工艺流程，对主要设备在实际生产运行过程中发现的故障及处理方法，针对工艺生产中存在的问题通过对设备进行改造及优化进行解决，成效明显，提高设备运转率，降低设备故障率、降低员工的劳动强度。
关键词：铜电解;设备;工艺生产;改造;优化
1铜电解工艺流程及设备配置
采用永久不锈钢阴极工艺，在高电流密度下，456个电解槽可产15万吨铜含量在99.9935%以上的A级铜。厂内装备了电解专用吊车、阳极板输送机组、阳极整形机组、阴极剥片机组、残极洗涤机组等大型现代化生产设备，通过数字化智能系统控制，实现了生产作业的连续、高效、精准和安全运行。
铜电解以熔炼厂产出的阳极板作为原料，经阳极板输送机组送至阳极整形机组自动整形加工，加工合格的阳极板连同不锈钢阴极板由自动化专用吊车放入电解槽，电解液经循环泵供至电解槽内。阴阳极板在直流电作用下，达到一定生产周期后产出的阴极铜由专用吊车运至阴极剥片机组进行自动剥离、称重、打包后运至成片库。槽内剩余的残极板经残极洗涤机组加工后返回熔炼。其工艺流程图如图1所示。
2主要设备运行中问题及处理方法
2.1电解整流循环冷却水系统改造
电解整流循环冷却水原设计是由 泵→整流设备→冷却塔→泵的循环系统，整流纯水冷却器正常要求外部冷却水压0.05MPa-0.15MPa，而根据实际管道设计外部冷却水压力为0.4MPa，水压远大于油压，易造成油水冷却器油水混合从而导致整流系统损坏，导致停产。现将原有循环冷却水管道系统改为开式，设置中间水箱，减少设备承压。修改原设计管线为 泵→冷却塔→整流设备→水箱→泵，增加一钢板水箱，整流设备冷却回水接至水箱，通过循环水泵加压送至闭式冷却塔，冷却塔降温自流供给整流设备。实施后整流循环冷却水系统压力降低为0.07MPa，达到使用要求。
2.2电解液循环泵改造
电解液循环泵采用的是卧式离心自吸泵，原设计无自吸罐，循环泵进口吸入高度过高，导致自吸叶轮及泵盖气蚀严重。且泵运行温度及振动参数不在正常范围内，且噪音非常大。在此基础上对循环泵进行改造：泵体改造：取消原自吸叶轮，更换泵轴、机封、泵盖，改造为传统离心泵。循环泵在入口增设自吸罐，吸入管在叶轮中心线的上方，停泵后有一部分液体留在自吸罐内，再次启动泵时，留在吸入室内液体在泵内循环，将吸入管路中的气体吸入叶轮，排出泵外，液体回流到吸入室直至吸入管内充满液体，正常输送液体。改造后循环泵运行温度及振动值在规定范围内，噪音大大减小。与改造前相比，相同频率下，改造后的循环泵流量相比于改造前的循环泵的流量要大。
2.3阳极机组液压系统主供油管线频繁漏油
液压系统主供油管线油压为15MPa，初期油管通长为不锈钢管，管线距离较长，未设计膨胀节用于消除管道应力及振动，压力机运行时管道振动较大，管道焊缝部位強度不够出现裂纹，导致漏油。为此，在主供油管道焊缝易漏油处切断，增加改造一段高压胶管，两端采用SAE高压法兰连接，减小液压油冲击引起的管道振动，消除应力，改造后的阳极机组液压供油主管线基本未出现漏油问题，减小工人劳动强度，提高了阳极机组设备运转率。
2.4阴极剥片机组增加阴极铜板接受转运装置
剥片机组原设计上为3台转运机器人完成载铜阴极板、阴极板、及铜板堆垛的转运工作，如铜板表面存在铜粒子机组上无法进行处理，需机组剔出人工进行处理，作业效率缓慢，且大大增加了员工的劳动强度。针对此问题，增加阴极铜板接受转运装置。改进后为：吊车将电解后的一整槽阴极板放到接受运输机上后，机组即开始工作。接受运输机用于接收行车整槽阴极板，然后由输入移载转运装置逐块将带铜阴极板转运至横移链运机上，横移链运机共有三个工位，阴极板吊挂在链条的链勾上，中间工位上便于人工处理阴极铜板面的铜粒子，在横移输出工位由输出移载转运装置将阴极板逐块转运至输出运输机上，输出运输机上的轨道与原剥片机组受板装置的轨道连接成整体，用于接收从移载转送单元逐块运过来的阴极铜，并按极距要求在链条上排板，排满整槽阴极板，由原剥片机组的转运小车运送至原剥片机组的受板装置上，系统具有B级铜人工标定记忆功能，便于在原剥片机组处分别处理A级铜和B级铜。
2.5槽面阴极铜提升装置制作
槽面管理人员正常使用10t电动单梁起重机来吊板处理短路，但同时专用吊车需完成极板出装任务，因专用吊车及10t行车在一条轨道上，导致基本上只要有出装任务10t行车就不能使用，短路无法及时处理，极大地降低了电流效率，从而导致阴极铜产量降低。设计制作一种便携式阴极铜提升装置，装置由小型卷扬机、蓄电池及机架构成。可操作性较强、实施成本较低。不受专用吊车出装槽影响，可随时处理短路，并且装置轻便，便于操作及移动。对比于使用10t单梁行车吊板处理短路，使用阴极铜提升装置吊板处理短路极大的节约了用电量成本。
2.6阳极泥处理系统压滤泵改造
原设计是：浓密机内阳极泥浆通过单隔膜泵压至阳极泥压滤机，效率较低，遇到连续出铜任务的情况，阳极泥生产作业流程较慢，浓密机容易满液;且单隔膜泵性能要求额定工作压力为0.5MPa，压力过高会造成隔膜破裂，此压力下压滤机末端几块板不能进满，经化验压滤出的阳极泥水分含量约为23%-24%之间。为节省工作时间，增加生产效率，降低阳极泥水分含量。综合上述因素考虑，在浓密机底部增加一台卧式离心泵，做为浓密机阳极泥的压滤泵，阳极泥压滤效率大幅提高，原来需要 24小时以上才能压滤完一个双极任务的阳极泥，现在只需3个小时左右就能压滤完，保证了阳极泥的快速产出，及时入库，使生产更加高效。同时，离心泵压力大，能保证压滤机进满料，经化验压滤出的阳极泥水分含量约为19%-20%之间，降低水分含量约4-5个百分点。
3结语
通过对铜电解生产设备的改造及优化，电流效率由88.3%提升至98.1%，A级铜率由92.28提升至99%;三大机组整体运转平稳，运转率由91%提升至96%以上，剥片增加阴极接受转运装置改造，电解循环泵改造，电解整流循环冷却水系统改造等，均取得节能降耗，稳定生产的目标;吨铜付现成本由最高576元逐步稳定在平均289元，各项指标与同行业比较，均达到同行业水准。
参考文献：
[1]蔡龙生.阴极永久剥片机组常见设备故障的控制[J]. 世界有色金属，2013，（1）.
[2]张伟旗，舒胜春.永久阴极剥片机组工艺装备设计创新及关键技术研究[J].中国有色冶金，2015，（3）.
[3]王俊娥.铜阳极泥综合回收技术研究[J].矿产保护与利用. 2013（05）
作者简介：
唐佳男（1994—），男，内蒙古通辽市人，机械设备维护及管理初级工程师，研究方向：铜电解设备管理。
（黑龙江紫金铜业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）
关键词：铜电解;设备;工艺生产;改造;优化
1铜电解工艺流程及设备配置
采用永久不锈钢阴极工艺，在高电流密度下，456个电解槽可产15万吨铜含量在99.9935%以上的A级铜。厂内装备了电解专用吊车、阳极板输送机组、阳极整形机组、阴极剥片机组、残极洗涤机组等大型现代化生产设备，通过数字化智能系统控制，实现了生产作业的连续、高效、精准和安全运行。
铜电解以熔炼厂产出的阳极板作为原料，经阳极板输送机组送至阳极整形机组自动整形加工，加工合格的阳极板连同不锈钢阴极板由自动化专用吊车放入电解槽，电解液经循环泵供至电解槽内。阴阳极板在直流电作用下，达到一定生产周期后产出的阴极铜由专用吊车运至阴极剥片机组进行自动剥离、称重、打包后运至成片库。槽内剩余的残极板经残极洗涤机组加工后返回熔炼。其工艺流程图如图1所示。
2主要设备运行中问题及处理方法
2.1电解整流循环冷却水系统改造
电解整流循环冷却水原设计是由 泵→整流设备→冷却塔→泵的循环系统，整流纯水冷却器正常要求外部冷却水压0.05MPa-0.15MPa，而根据实际管道设计外部冷却水压力为0.4MPa，水压远大于油压，易造成油水冷却器油水混合从而导致整流系统损坏，导致停产。现将原有循环冷却水管道系统改为开式，设置中间水箱，减少设备承压。修改原设计管线为 泵→冷却塔→整流设备→水箱→泵，增加一钢板水箱，整流设备冷却回水接至水箱，通过循环水泵加压送至闭式冷却塔，冷却塔降温自流供给整流设备。实施后整流循环冷却水系统压力降低为0.07MPa，达到使用要求。
2.2电解液循环泵改造
电解液循环泵采用的是卧式离心自吸泵，原设计无自吸罐，循环泵进口吸入高度过高，导致自吸叶轮及泵盖气蚀严重。且泵运行温度及振动参数不在正常范围内，且噪音非常大。在此基础上对循环泵进行改造：泵体改造：取消原自吸叶轮，更换泵轴、机封、泵盖，改造为传统离心泵。循环泵在入口增设自吸罐，吸入管在叶轮中心线的上方，停泵后有一部分液体留在自吸罐内，再次启动泵时，留在吸入室内液体在泵内循环，将吸入管路中的气体吸入叶轮，排出泵外，液体回流到吸入室直至吸入管内充满液体，正常输送液体。改造后循环泵运行温度及振动值在规定范围内，噪音大大减小。与改造前相比，相同频率下，改造后的循环泵流量相比于改造前的循环泵的流量要大。
2.3阳极机组液压系统主供油管线频繁漏油
液压系统主供油管线油压为15MPa，初期油管通长为不锈钢管，管线距离较长，未设计膨胀节用于消除管道应力及振动，压力机运行时管道振动较大，管道焊缝部位強度不够出现裂纹，导致漏油。为此，在主供油管道焊缝易漏油处切断，增加改造一段高压胶管，两端采用SAE高压法兰连接，减小液压油冲击引起的管道振动，消除应力，改造后的阳极机组液压供油主管线基本未出现漏油问题，减小工人劳动强度，提高了阳极机组设备运转率。
2.4阴极剥片机组增加阴极铜板接受转运装置
剥片机组原设计上为3台转运机器人完成载铜阴极板、阴极板、及铜板堆垛的转运工作，如铜板表面存在铜粒子机组上无法进行处理，需机组剔出人工进行处理，作业效率缓慢，且大大增加了员工的劳动强度。针对此问题，增加阴极铜板接受转运装置。改进后为：吊车将电解后的一整槽阴极板放到接受运输机上后，机组即开始工作。接受运输机用于接收行车整槽阴极板，然后由输入移载转运装置逐块将带铜阴极板转运至横移链运机上，横移链运机共有三个工位，阴极板吊挂在链条的链勾上，中间工位上便于人工处理阴极铜板面的铜粒子，在横移输出工位由输出移载转运装置将阴极板逐块转运至输出运输机上，输出运输机上的轨道与原剥片机组受板装置的轨道连接成整体，用于接收从移载转送单元逐块运过来的阴极铜，并按极距要求在链条上排板，排满整槽阴极板，由原剥片机组的转运小车运送至原剥片机组的受板装置上，系统具有B级铜人工标定记忆功能，便于在原剥片机组处分别处理A级铜和B级铜。
2.5槽面阴极铜提升装置制作
槽面管理人员正常使用10t电动单梁起重机来吊板处理短路，但同时专用吊车需完成极板出装任务，因专用吊车及10t行车在一条轨道上，导致基本上只要有出装任务10t行车就不能使用，短路无法及时处理，极大地降低了电流效率，从而导致阴极铜产量降低。设计制作一种便携式阴极铜提升装置，装置由小型卷扬机、蓄电池及机架构成。可操作性较强、实施成本较低。不受专用吊车出装槽影响，可随时处理短路，并且装置轻便，便于操作及移动。对比于使用10t单梁行车吊板处理短路，使用阴极铜提升装置吊板处理短路极大的节约了用电量成本。
2.6阳极泥处理系统压滤泵改造
原设计是：浓密机内阳极泥浆通过单隔膜泵压至阳极泥压滤机，效率较低，遇到连续出铜任务的情况，阳极泥生产作业流程较慢，浓密机容易满液;且单隔膜泵性能要求额定工作压力为0.5MPa，压力过高会造成隔膜破裂，此压力下压滤机末端几块板不能进满，经化验压滤出的阳极泥水分含量约为23%-24%之间。为节省工作时间，增加生产效率，降低阳极泥水分含量。综合上述因素考虑，在浓密机底部增加一台卧式离心泵，做为浓密机阳极泥的压滤泵，阳极泥压滤效率大幅提高，原来需要 24小时以上才能压滤完一个双极任务的阳极泥，现在只需3个小时左右就能压滤完，保证了阳极泥的快速产出，及时入库，使生产更加高效。同时，离心泵压力大，能保证压滤机进满料，经化验压滤出的阳极泥水分含量约为19%-20%之间，降低水分含量约4-5个百分点。
3结语
通过对铜电解生产设备的改造及优化，电流效率由88.3%提升至98.1%，A级铜率由92.28提升至99%;三大机组整体运转平稳，运转率由91%提升至96%以上，剥片增加阴极接受转运装置改造，电解循环泵改造，电解整流循环冷却水系统改造等，均取得节能降耗，稳定生产的目标;吨铜付现成本由最高576元逐步稳定在平均289元，各项指标与同行业比较，均达到同行业水准。
参考文献：
[1]蔡龙生.阴极永久剥片机组常见设备故障的控制[J]. 世界有色金属，2013，（1）.
[2]张伟旗，舒胜春.永久阴极剥片机组工艺装备设计创新及关键技术研究[J].中国有色冶金，2015，（3）.
[3]王俊娥.铜阳极泥综合回收技术研究[J].矿产保护与利用. 2013（05）
作者简介：
唐佳男（1994—），男，内蒙古通辽市人，机械设备维护及管理初级工程师，研究方向：铜电解设备管理。
（黑龙江紫金铜业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）