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        銅始極片智能調(diào)節(jié)矯直技術(shù)及應(yīng)用

        2022-03-21 02:36:36黃劍飛張海寶李健
        有色冶金設(shè)計與研究 2022年1期
        關(guān)鍵詞:壓平極片壓下量

        黃劍飛,張海寶,李健

        (1.中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司,江西南昌 330038;2.江西瑞林裝備有限公司,江西南昌 330038)

        在傳統(tǒng)銅電解工藝方法中,采用始極片工藝是生產(chǎn)電解銅的主要方法之一。始極片一般是通過鈦種板作為陰極的電解工藝獲得的薄板,平均厚度為0.6~1.2 mm,長寬在600~1 000 mm不等[1]。在始極片的生產(chǎn)過程中,由于鈦種板表面導(dǎo)電性不均勻、極間距不均勻、物料變化等原因,同一批始極片的重量及同一張始極片各處的厚度差異較大,同一槽的始極片、不同陽極周期的始極片的厚薄、均勻性都可能存在較大差異。始極片一般通過人工或機器剝離,在開口和剝離的過程中均對始極片施加額外的力,會造成始極片的額外變形彎曲,因此剝離后始極片的平面度很差,一般平面度≥20 mm,特別是在邊角處翹曲嚴(yán)重。若將剝離后的始極片直接用于裝配,將導(dǎo)致懸垂度數(shù)值過大、始極片裝槽困難、極板短路率高等問題,進(jìn)而造成電流效率低、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量低。

        在電解銅生產(chǎn)過程中,為了獲得均勻的較小的陰極和陽極間距,減少短路發(fā)生次數(shù),提高電解效率,減少固定資產(chǎn)投資,需要保證始極片的平面度及懸垂度盡量小。雖然通過提高生產(chǎn)工藝要求,能從源頭上一定程度地改善始極片的質(zhì)量,但是改進(jìn)工藝成本高且技術(shù)復(fù)雜,對于實際生產(chǎn)而言,通過對始極片進(jìn)行校平來提高其自身的平面度、懸垂度仍更具有合理性和經(jīng)濟(jì)性。本文擬介紹一種銅始極片智能調(diào)節(jié)矯直技術(shù),并對其應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

        1 始極片校平方法現(xiàn)狀

        目前,常見的始極片校平方法有平行輥矯直、拍打、平面擠壓、振動壓平等方法。

        1.1 平行輥矯直

        平行輥矯直的工作原理是:始極片連續(xù)通過交錯排列且轉(zhuǎn)動的輥子,得到多次反復(fù)反向的彎曲,使始極片產(chǎn)生一定的彈塑性變形。當(dāng)外力去除后,金屬板經(jīng)過彈性恢復(fù)達(dá)到平直效果。平行輥矯直采用的是平行輥式矯直機,其工作輥數(shù)量大于19,一般通過人工方式來對矯直機的壓下量進(jìn)行調(diào)整。始極片采用平行輥矯直校平的原理見圖1。

        圖1 采用平行輥矯直校平的原理示意

        采用平行輥矯直速度快,矯直效果好,但該技術(shù)對物料厚度敏感,不能適應(yīng)大范圍的厚度變化,維護(hù)要求較高。目前,該技術(shù)在業(yè)內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用,是始極片校平的主要技術(shù)方案。

        1.2 拍打

        拍打工藝主要是指采用拍平機或人工的方式,用帶有一定彈性的拍平板對始極片進(jìn)行拍打。拍打時始極片的一面倚靠于固定平板,對另一面進(jìn)行局部拍打,通過沖擊和擠壓作用對始極片進(jìn)行校平,一般只對下部邊角部位進(jìn)行拍打。始極片采用拍打進(jìn)行校平的原理見圖2。

        圖2 拍打校平的原理示意

        采用拍打進(jìn)行校平,結(jié)構(gòu)簡單,對厚薄適應(yīng)好,對邊角大變形的校平效果好,但整體校平效果一般,噪音大。目前,該技術(shù)的應(yīng)用較少,在云南某冶煉廠有局部使用。

        1.3 平面擠壓

        平面擠壓是采用壓力機對始極片整個表面進(jìn)行擠壓(可避開加強筋紋路和吊耳處)。壓力機接觸始極片的部位為平面。平面擠壓的原理見圖3。

        圖3 平面擠壓原理示意

        采用平面擠壓可覆蓋整個始極片表面,對局部少量結(jié)粒具有較好的壓平效果,但校平效果較差,噪音大。目前,該技術(shù)應(yīng)用很少。

        1.4 振動壓平

        多片始極片層疊裝箱后,采用振動壓頭對4個邊角進(jìn)行振動壓平。該技術(shù)可以作為始極片整體校平前的預(yù)處理。振動壓平技術(shù)原理見圖4。

        圖4 振動壓平原理示意

        相比靜壓方式,振動方式的局部壓平效果好,具有一定的穿透性,但該技術(shù)只能處理始極片4個邊角的大變形。目前,該技術(shù)沒有應(yīng)用情況。

        綜上,若要對整個始極片區(qū)域進(jìn)行校平,需要對整個平面施加塑性變形力。而單張始極片各處厚薄不均勻,厚度最大值與最小值之比一般大于1.4,對整個始極片區(qū)域進(jìn)行校平需要的壓力和能耗非常高,因此采用拍打和平面擠壓方式均難以適應(yīng)整個始極片區(qū)域的校平需要。而振動壓平方案[3]也僅適用于堆疊多張始極片的邊角處初步校平??偠灾?,拍打、壓平、振動壓平方法對始極片施加的變形影響大部分在彈性范圍內(nèi),因而當(dāng)施加的力消失后,始極片會因失去平衡性而進(jìn)行彈性恢復(fù),難以讓整個始極片發(fā)生彈塑性變形。

        由于始極片的薄板特性,同時參考其它金屬薄板的校平方法,采用平行輥式矯直機對始極片加工具有矯直效果好、加工速度快、功耗低等特點,是始極片主要的校平方法。

        2 傳統(tǒng)平行輥矯直存在問題

        平行輥式矯直機的矯直效果與其壓下量有直接關(guān)系。一般而言,壓下量分為入口壓下量和出口壓下量。在材質(zhì)性能確定的情況下,壓下量的大小主要由金屬板的厚度尺寸確定[4-6]。因此,若平行輥式矯直機采用固定壓下量,則難以適應(yīng)厚度不均勻的始極片加工。

        在現(xiàn)有生產(chǎn)中,一般根據(jù)始極片厚度數(shù)據(jù)中的較大值確定矯直機的壓下量,以避免過厚的始極片在矯直機中卡滯,但該方式對較薄始極片的矯直效果差,始極片的平面度差;且始極片的重量一般依靠人工抽檢,對生產(chǎn)的指導(dǎo)性不強且無數(shù)理統(tǒng)計功能,不能反映原料始極片的生產(chǎn)質(zhì)量狀況。同時,若有漏檢的超重始極片,部分局部厚度過大、單張厚薄分布均勻度差的始極片,或板面有結(jié)粒的始極片進(jìn)入機組都會影響矯直效果,并容易造成設(shè)備損壞。尤其是板面有結(jié)粒的始極片,機組往往無法識別,大結(jié)粒一旦進(jìn)入矯直機發(fā)生卡阻,會導(dǎo)致矯直輥軸斷裂,機組故障率隨之上升。

        3 始極片智能調(diào)節(jié)矯直方案

        3.1 技術(shù)方案

        基于上述分析,本文介紹一種始極片智能調(diào)節(jié)矯直方案,以解決平行輥式矯直機壓下量調(diào)節(jié)問題。技術(shù)方案如下:在矯直機前道工序,增設(shè)稱重裝置,以便在線測量每一塊始極片的重量,通過重量數(shù)值推算始極片的平均厚度數(shù)值,再依據(jù)經(jīng)驗算法自動調(diào)節(jié)矯直機的進(jìn)出口壓下量等參數(shù)。另外,通過檢測始極片的局部厚度,使系統(tǒng)能夠?qū)κ紭O片的厚薄不均勻程度進(jìn)行預(yù)測,作為壓下量的調(diào)整補充依據(jù)。該技術(shù)方案原理,見圖5。

        圖5 始極片智能調(diào)節(jié)矯直方案原理

        3.2 始極片重量檢測

        通過在始極片接板臺上設(shè)置平臺秤,進(jìn)行單張始極片的重量檢測。通過多個稱重傳感器在稱量過程中的數(shù)據(jù)變化及隔振措施,智能地判斷外部振動等干擾影響是否消除,從而在盡可能短的時間內(nèi),得到足夠精確的重量數(shù)據(jù)。經(jīng)重量檢測完成的始極片被送入到矯直機中。

        3.3 始極片局部厚度檢測

        沿始極片的輸送方向,在同一對輥子上設(shè)置了測厚裝置,在始極片輸送的過程中,對始極片對應(yīng)位置的厚度進(jìn)行測量。若所測厚度值變化大則可判定單張始極片的厚度不均勻性差。若厚度值存在多處跳動,則認(rèn)為始極片表面可能存在結(jié)粒。

        3.4 智能調(diào)節(jié)算法

        由于始極片的長寬尺寸相對固定,因此面積為相對固定值,設(shè)為A(單位為m2),Cu質(zhì)量密度為8.9 g/cm3。在獲知始極片重量G的情況下,始極片的平均厚度(單位為mm)可以通過式(1)得到:

        平均厚度可作為矯直機的調(diào)節(jié)依據(jù),并根據(jù)經(jīng)驗和算法就能得到矯直機的出口及入口調(diào)節(jié)量。但是如前所述,始極片的厚度分布很不均勻,根據(jù)實測經(jīng)驗,同一張始極片的厚度偏差比率(最大厚度/最小厚度)可以達(dá)到1.4以上,且始極片表面可能存在分散的結(jié)粒,這都會對矯直機的矯直效果產(chǎn)不利生影響。因此,本智能調(diào)節(jié)方案引入始極片修正厚度參數(shù)△δ,通過該參數(shù)修正平均厚度參數(shù)δ。

        △δ的取值較為復(fù)雜,需要根據(jù)眾多的經(jīng)驗參數(shù)進(jìn)行確定:1)厚度偏差比率越大,取值則越大。2)可通過測厚裝置測量處的厚度參數(shù)變化情況,對重量數(shù)據(jù)及矯直參數(shù)進(jìn)行校對和修正。根據(jù)測厚裝置所測厚度的跳動數(shù)值大小及波動分布綜合確定的大小。一般情況下,厚度數(shù)值波動次數(shù)越多,則表面結(jié)粒多,取值則越大。

        4 應(yīng)用效果

        根據(jù)上述技術(shù)方案,在某200 kt/a銅電解車間的始極片加工機組上通過技術(shù)改造的方式進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用。具體實現(xiàn)流程見圖6。

        圖6 智能矯直工業(yè)生產(chǎn)流程

        單片始極片吸片移送后先進(jìn)行對中,以利于后續(xù)的測量及加工工序,然后再到稱重工位稱重,對于異常厚片進(jìn)行超重報警及停機處理,便于人工取出,同時將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分析。正常始極片則進(jìn)入測厚環(huán)節(jié),之后再分別進(jìn)入第一道矯直機進(jìn)行初步矯直,初步矯直后再進(jìn)入自動調(diào)節(jié)矯直機。自動調(diào)節(jié)矯直機的壓下量根據(jù)重量及厚度等參數(shù)綜合確定,矯直完成后送入壓紋機。

        該項目投入生產(chǎn)后,始極片加工機組矯直機實現(xiàn)了依據(jù)重量的自反饋調(diào)節(jié),上述技術(shù)方案取得了良好的效益:1)始極片懸垂度優(yōu)良率提高了15%,從而降低了槽間短路率,提升了電流效率;2)始極片機組對始極片的適應(yīng)能力提升到0.5~1.5 mm范圍之間,矯直效果顯著提升;3)延長了機組使用壽命,降低了機組檢修費用;4)因矯直不良導(dǎo)致的廢片平均減少20片/d;5)降低了槽面作業(yè)人員處理燒板時的勞動強度,提升了勞動生產(chǎn)率。同時,始極片智能調(diào)節(jié)矯直方案的實現(xiàn),使系統(tǒng)對始極片重量、厚度等數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行監(jiān)測和統(tǒng)計,為種板始極片的質(zhì)量監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支撐,有利于后續(xù)工藝的進(jìn)一步改進(jìn)。

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