刁松偉

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴冶傾動爐是從德國引進的亞洲第一臺用于處理固態(tài)雜銅冷料的傾轉式精煉爐，于2003年8月建成投產(chǎn)，最初設計能力為350t/爐，年產(chǎn)10萬t陽極銅。陽極銅澆鑄系統(tǒng)則采用貴冶冶化工程公司自主設計制造的第一套16模雙圓盤澆鑄機，隨著陽極銅澆鑄產(chǎn)量的逐年增長，原有的圓盤澆鑄效率已明顯偏低，需要對該系統(tǒng)進行一系列的優(yōu)化完善。

2 圓盤澆鑄機概況

2.1 圓盤澆鑄機澆鑄陽極銅工藝流程

圓盤澆鑄機是陽極銅澆鑄的關鍵設備，其工藝流程見圖1所示。

2.2 圓盤澆鑄機功能區(qū)介紹

圓盤澆鑄機共分為8個功能區(qū)域(見表1所示)，澆鑄機需保證穩(wěn)定的性能，才能澆鑄出優(yōu)良的陽極銅，只有確保澆鑄機的高效順行，才能為工廠全年達產(chǎn)達標，提質增效奠定良好的基礎［1］。

表1 圓盤澆鑄機功能區(qū)及功能介紹

圖1 陽極銅澆鑄工藝流程圖

3 影響圓盤澆鑄效率因素

傾動爐圓盤澆鑄系統(tǒng)經(jīng)過多次技術改造和工藝優(yōu)化，性能日趨穩(wěn)定，陽極板物理規(guī)格合格率屢創(chuàng)新高，但澆鑄效率始終維持在略高于設計能力的水平，調查2015年至2016年圓盤澆鑄機澆鑄效率，平均值分別為84.6t/h和85.1t/h（見表2所示）。

表2 2015-2016年圓盤澆鑄機澆鑄效率統(tǒng)計表 t/h

對影響圓盤澆鑄能力的因素進行統(tǒng)計分析，見表3所示。

表3 影響圓盤澆鑄能力因素統(tǒng)計表

對表3進一步分析，在設備運行方面，導致提取機水槽運行不順暢，影響澆鑄能力的頻次高達96.1%，主要原因有：①提取機運行時間長；②水槽滑塊松動故障；③堆垛限位桿變形。在工藝方面影響頻次較高的因素有：①電子秤不穩(wěn)定；②澆鑄包制作不合格。

4 提高圓盤澆鑄效率對策

4.1 設備運行方面

4.1.1 提取機運行時間長

通過現(xiàn)場測算和分析，提取一塊陽極板，提取機平均滯后時間為1s，澆鑄一爐銅浪費的澆鑄時間為25min。對圓盤澆鑄70爐次陽極銅中提取機運行時間和澆鑄效率進行統(tǒng)計分析，結果見表4。

將表4中數(shù)據(jù)一一繪入圖中（見圖2），發(fā)現(xiàn)隨著提取機運行時間減短，澆鑄效率明顯提升，因此，提取機運行時間成為了制約澆鑄效率的關鍵因素。

表4 提取機運行時間（s）和澆鑄效率（t/h）統(tǒng)計表

圖2 提取機運行時間和澆鑄效率散布圖

4.1.2 縮短提取機運行時間

要縮短提取機運行時間須通過提高減速機輸出轉速來實現(xiàn)。減速機的輸出轉速n2= 輸入轉速n1/i（i為傳動比），輸入轉速n1為恒定，因此可以減小傳動比i，即選擇傳動比小的減速機。

在確定選擇傳動比小的減速機的同時，針對現(xiàn)有提取機所需提升的能力空間進行調查和計算，最終采用型號SEW-K127AD7、傳動比36.25、扭矩13000NM的減速機。與原減速機傳動比為70.95相比，在輸入轉速相同的情況下，采用傳動比為36.25的減速機，速度空間可提升95%。選型成功后，對減速機運行穩(wěn)定性和角度檢測的準確性進行技術改進，設計出一種提取機減速機軸編碼器固定裝置，使減速機達到了又快又平穩(wěn)的工作要求，提取機運行時間縮短至18～30s［4］（見表5）。

表5 提取機減速機改進前后對比表

4.1.3 水槽滑塊松動故障

通過對提取機提取陽極板放在水槽傳送鏈條運行的過程進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)緩沖滑塊每33～40s受0.397t陽極板沖擊1次，全年總計受到1.6萬多次沖擊。對滑塊受力分析（見圖3）可知，滑塊靠螺栓緊固連接，螺栓在受到?jīng)_擊載荷時會拉伸變形，同時受到橫向載荷的切應力，導致金屬疲勞，容易造成松動。

圖3 滑塊受力分析圖

4.1.4 優(yōu)化水槽滑塊加固方式

針對滑塊受力情況，設計一個支座反力（見圖4），以達到消除或減小螺栓受到的橫向載荷的切應力，起到固定支撐滑塊作用。

圖4 滑塊支撐設計圖

通過現(xiàn)場測量、計算最終確定在原有滑塊的下方焊接一塊長100mm寬30mm厚20mm的長方體鋼板固定，滑塊即使在受到外力撞擊的情況下，由于受到鋼板的固定支撐作用，也不會發(fā)生位移和形變，不會松動卡死驅動鏈條，可避免故障的發(fā)生［5］。

4.1.5 堆垛限位桿變形

通過對堆垛頂起陽極板的運動過程進行分析，從陽極板碰到限位桿計時開始到限位桿復位的整個過程，限位都可能出現(xiàn)故障。經(jīng)分析得出限位桿變形的原因是：①受到陽極板的擠壓變形；②受堆垛上下運動時陽極板摩擦變形；③受叉車叉運時撞擊變形［3］。

4.1.6 改進堆垛限位桿

對限位桿進行改進，從限位桿的材質、直徑、軟硬度各方面考慮，通過比對，發(fā)現(xiàn)圓柱螺旋彈簧具有抗彎曲、抗變形、既能承受靜載荷又能承受變載荷，并且在工業(yè)領域被廣泛應用。最終通過載荷、強度、穩(wěn)定性計算，選擇φ30不銹鋼圓柱螺旋彈簧（見圖5所示）作為堆垛限位桿的材料。自從彈簧限位桿在實際中應用后，從未出現(xiàn)變形、斷裂現(xiàn)象，改進后的限位桿至今未發(fā)生一起故障［6］。

圖5 堆垛限位桿改進前后對比圖

4.2 工藝方面

4.2.1 電子秤不穩(wěn)定

影響陽極板重量最關鍵的是電子秤的精度，電子秤采用差量法稱量澆鑄包的銅水重量。陽極板澆鑄過程中，由于電子秤單重精度控制不穩(wěn)定，從而導致終止?jié)茶T影響澆鑄效率。電子稱不穩(wěn)定的因素及對策見表6所示。

表6 影響電子稱測量精度因素及解決對策

4.2.2 澆鑄包制作不合格

當澆鑄包內型尺寸制作不合格，在中間包向澆鑄包傾倒銅水時，銅液經(jīng)常從澆鑄包前方?jīng)_出、后方溢出澆鑄包，澆鑄包內、嘴子下方易結冷銅，從而影響電子秤的精度。

因此，澆鑄包的標準化制作對澆鑄陽極板單重起著重要作用。車間加強了對澆鑄包制作標準的優(yōu)化，澆鑄包襯磚改為復合剛玉莫來石澆鑄包預配件（見圖6所示），邊框厚度55mm，嘴子有效寬度560mm，從而增加銅水的橫截面積，減少銅水外溢，并降低了制作包子的工作強度，制造襯磚只需更換澆注包預配件即可［7］。

圖6 澆鑄包的制作標準對比

5 結束語

通過上述技術改進和過程控制，圓盤澆鑄機澆鑄效率逐年穩(wěn)步提升（見表7所示）。

表7 2016-2019年圓盤澆鑄機澆鑄效率統(tǒng)計表 t/h

圓盤澆鑄效率的提高，縮短了傾動爐雜銅冶煉作業(yè)周期，降低了重油、天然氣、水、電等能耗；避免了設備的故障隱患，確保了圓盤澆鑄機的高效順行，減輕了員工的勞動強度和在澆鑄過程中檢修的工作風險，同時避免了在陽極銅澆鑄過程中設備故障給工藝人員帶來的安全隱患。