劉臻偉，程亞武，徐 琦，徐 暢

（大冶有色金屬集團控股有限公司，湖北 黃石 435005）

1 引言

大冶有色金屬集團控股有限公司（以下簡稱大冶公司）冶煉廠轉(zhuǎn)爐車間陽極銅澆鑄系統(tǒng)由TM18雙圓盤與TM16雙圓盤兩套系統(tǒng)組成，目前所用澆鑄陽極模為鑄鐵材質(zhì)，在前期生產(chǎn)中平均使用壽命僅為240t·Cu/塊，陽極銅生產(chǎn)成本偏高。因此，分析鑄模使用過程中影響壽命的問題點，并對此改進模具使用的工藝配置，提高鑄模使用壽命，成為大冶公司轉(zhuǎn)爐車間降本增效的課題。

2 影響陽極模服役壽命的因素

2.1 澆鑄過程銅水溫度的影響

生產(chǎn)過程中，在工況無重大波動的條件下，對銅水溫度進行調(diào)整試驗，通過統(tǒng)計得出銅水溫度對應(yīng)的陽極模平均壽命如圖1所示。

圖1 澆鑄銅水溫度對陽極模使用壽命的影響

由圖1可知，澆鑄過程銅水溫度越高，生產(chǎn)過程陽極模表面溫度越高，陽極模使用壽命越低。因為較高的銅水溫度不僅易造成鑄鐵模具的高溫腐蝕，同時由于鑄鐵材質(zhì)導熱性相對較差，抗急冷急熱性能一般，模面溫度高，當熱量無法及時釋放時，易出現(xiàn)裂紋而無法使用［1-2］。而大冶公司由于建廠年限較長，前期的設(shè)計中精煉爐爐體與圓盤之間的高度差并不理想，造成固定溜槽坡度較緩，因此對銅水流動性要求高，爐前?？刂瞥鲢~溫度在1240℃左右，與同行業(yè)先進企業(yè)1180℃的標準相差40～60℃，對鑄模壽命影響較大。

2.2 脫模劑噴涂效果的影響

目前大冶公司所用脫模劑為98.5%硫酸鋇，通過觀察現(xiàn)場噴涂情況，發(fā)現(xiàn)鑄模表面噴涂不均勻情況較多，特別是陽極模耳部區(qū)域，常出現(xiàn)耳部未噴涂情況，其次是陽極模邊緣區(qū)域。噴涂不均易造成澆鑄過程中發(fā)生粘?，F(xiàn)象，前期各月陽極板粘結(jié)率及陽極模壽命如圖3所示。

圖2 2017年各月陽極模粘結(jié)率及陽極模壽命情況

由圖2可知，陽極模粘結(jié)率越高，使用壽命越短，2017年平均粘結(jié)率為5.5%左右，而平均陽極模使用壽命為251 t·Cu/塊。通過現(xiàn)場確認，噴涂不均勻的主要原因為噴涂攪拌桶進漿口及噴涂管易被編織袋、大顆粒物、塊狀物堵塞，硫酸鋇與水混合不均勻而造成噴涂不到位的現(xiàn)象，陽極模未噴涂部位與陽極板粘結(jié)，進而影響陽極模壽命及產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 噴淋冷卻系統(tǒng)的影響

噴淋系統(tǒng)的冷卻能力決定了澆鑄過程的陽極模溫度，當冷卻強度達不到要求時，鑄模表面溫度較高，模具易過度熱膨脹而出現(xiàn)裂痕，使用壽命降低［3-6］。大冶公司前期圓盤冷卻噴頭為10個，但2016年經(jīng)過循環(huán)水泵改造，循環(huán)水壓力由原來2至3kg增加至現(xiàn)在的4kg，導致噴淋水經(jīng)常出現(xiàn)水量過大而發(fā)生水泵跳車、失壓現(xiàn)象。另一方面由于廠區(qū)生產(chǎn)用水雜質(zhì)較多，噴淋管易堵塞，一定程度上也影響了噴淋冷卻效果。通過標記陽極模進行試驗，得出陽極模表面溫度與使用壽命關(guān)聯(lián)如圖3所示。

由圖3可看出，陽極模表面溫度越高，使用壽命越低。就大冶公司工況而言，當鑄模溫度低于330℃時，模壽能達到300t·Cu/塊左右，指標相對較好，而在正常生產(chǎn)條件下，平均模溫約為360℃左右，此溫度條件下，陽極模使用壽命在260t·Cu/塊以下。

3 改進實踐及效果

3.1 陽極模結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1.1 陽極模外形優(yōu)化

鑄件外形結(jié)構(gòu)改進，模體的頂部中段開有兩個左右對稱布置的凹槽，構(gòu)成山字形圍邊結(jié)構(gòu)，如圖4所示。未改進前，改進點部位經(jīng)常因為應(yīng)力集中導致陽極模發(fā)生穿透性裂紋，影響鑄模壽命［7-9］。

圖4 陽極模結(jié)構(gòu)改進對比示意圖

改進點1：此處原結(jié)構(gòu)明顯比周圍厚大，因此無論是鑄造還是澆注工作狀態(tài)，均易產(chǎn)生應(yīng)力集中。改成如圖4所示結(jié)構(gòu)不但節(jié)省鐵水，不影響“山”字頭壓緊定位，而且整個壁厚均勻、協(xié)調(diào)，有利于減輕或者避免應(yīng)力集中。

改進點2：原設(shè)計過渡圓角均較小，基本按照結(jié)構(gòu)功能性鑄件設(shè)計，改進是按照滿足耐熱鑄件減少應(yīng)力集中盡可能加大圓角過渡。

改進點3、4：在此加上一個鑄肋有兩個作用：一個是擋住對面來的銅水防溢出，另外就是起到抗拉和變形的作用。

3.1.2 陽極模雙頂針改造為單頂針

根據(jù)現(xiàn)場確認，在澆鑄作業(yè)中，陽極模頂針孔處極易出現(xiàn)裂紋，為陽極模的脆弱區(qū)域之一，兩個頂針孔的設(shè)計降低了模具的強度，在保證不影響使用的前提下，將頂針孔縮減為1個，提高陽極模的強度，如圖5所示，同時也可以降低頂針消耗量。

圖5 改造前后的陽極模

3.2 控制澆鑄過程銅水溫度

精煉爐爐前加裝熱電偶，用于出銅前銅水溫度測量，便于溫度控制；另一方面，為了使?jié)茶T過程銅水溫度降低后的仍然具有良好的流動性，在固定溜槽處加裝保溫蓋板裝置，用以澆鑄過程保溫，如圖6所示。通過生產(chǎn)試驗對比，得出在不影響陽極板質(zhì)量的前提下（改造前陽極板外觀合格率為98.60%），銅水溫度可由之前的1260℃降低至1180～1200℃，如圖7所示。

圖6 固定溜槽加裝保溫蓋板

圖7 澆鑄銅水溫度對陽極板外觀合格率的影響

3.3 噴涂管道結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對噴涂管道系統(tǒng)易混入雜物問題，車間通過在噴涂槍進漿口加裝過濾網(wǎng)，并及時清理，避免雜物堵塞攪拌桶進漿口，鑄模噴涂效果提升，陽極板粘結(jié)率明顯降低，如圖8所示，陽極模平均壽命也提高到320t·Cu/塊，同時陽極板產(chǎn)生飛邊毛刺概率降低，質(zhì)量得到提升。

圖8 噴涂管優(yōu)化后陽極模壽命及粘結(jié)率情況

3.4 圓盤冷卻系統(tǒng)優(yōu)化

（1）合理分配降溫點。陽極板澆鑄過程中，澆鑄點位置后三個模位是陽極銅冷凝區(qū)域，該位置禁止水冷降溫，否則急冷急熱易導致陽極模出現(xiàn)裂紋，陽極板也易發(fā)生變形。根據(jù)前期經(jīng)驗，水冷區(qū)域第一個噴淋罩下方的噴淋點容易使陽極模出現(xiàn)大幅降溫而產(chǎn)生裂紋，停用此噴淋點后，延長了陽極模的自然冷卻時間，陽極板鼓包率也進一步降低，因此在此次改造中，取消第一個噴淋點。

（2）管道管徑疏通。噴淋系統(tǒng)主管規(guī)格為DN150，分管為DN50，但在實際運行中，加裝的氣動控制閥規(guī)格為DN25，在日常拆卸更換過程中發(fā)現(xiàn)，該部位極易堵塞，且使用次數(shù)極少，因此在管道改造時，將氣動閥取消。

改造完成后，圓盤噴淋系統(tǒng)在操作性、調(diào)控性及通暢性方面均明顯優(yōu)于改造前，以陽極模溫度控制為例，如圖9所示，平均模溫由340～370℃降低至 280～310℃。

圖9 噴淋冷卻系統(tǒng)優(yōu)化后模溫控制對比

3.5 改進效果

以上四項改進措施完成后，陽極模結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，澆鑄銅水溫度控制在1180～1200℃，噴涂效果改善，陽極模粘結(jié)率降低至2.8%，陽極模表面溫度控制在280～310℃，6個月后平均陽極模壽命由240t·Cu/塊提高到350t·Cu/塊左右，陽極板外觀質(zhì)量也得到提高。

4 結(jié)論

（1）影響大冶公司陽極模使用壽命的主要生產(chǎn)因素為澆鑄過程銅水溫度、脫模劑噴涂效果、噴淋系統(tǒng)冷卻能力三點；改造前澆鑄銅水溫度約為1240℃，陽極模粘結(jié)率為5.5%，陽極模表面溫度約360℃。

（2）針對延長陽極模使用壽命課題，大冶公司做了四方面改進，分別為陽極模結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制澆鑄銅水溫度、噴涂管結(jié)構(gòu)優(yōu)化、冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化。改造完成后銅水溫度調(diào)整為1180℃，陽極模粘結(jié)率降低至2.8%，陽極模表面溫度降低至310℃；調(diào)整后陽極模平均使用壽命提高至350t·Cu/塊，成效明顯。