減少銅電解系統(tǒng)殘極斷落的生產(chǎn)實(shí)踐
返回列表發(fā)布日期：2019-10-16 10:08:27 |
摘 要 ：針對(duì)江銅貴冶電解車間 ISA 法殘極大量斷落所遇到的問題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際操作，了解 ISA 法電解所需陽極板的工藝要求，銅電解的原理以及銅電解過程中電流強(qiáng)度大小、通電時(shí)間長短、電解過程中電解液液位停留的時(shí)間長短對(duì)殘極斷落的影響，總結(jié)造成殘極斷落的主要原因并針對(duì)原因提出了解決方案，從而保證了系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。
1 引言
貴冶電解車間二系列生產(chǎn)系統(tǒng)自 2003 年投產(chǎn)以來，已經(jīng)運(yùn)行了 16 年。隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，二系列作業(yè)量逐年升高，生產(chǎn)系統(tǒng)長周期的運(yùn)行導(dǎo)致生產(chǎn)條件劣化現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是在進(jìn)行外購復(fù)雜物料反復(fù)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)致殘極斷落現(xiàn)象異常增多。這樣需要頻繁對(duì)斷落殘極進(jìn)行處理，一方面人為處理斷耳殘極增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，存在著極大的安全隱患 ；另一方面斷耳殘極造成了電解設(shè)備的損壞，增加了故障的頻率，降低了設(shè)備的使用壽命，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)作業(yè)率產(chǎn)生直接的影響。從生產(chǎn)過程中看，降低殘極斷落數(shù)量在穩(wěn)定系統(tǒng)作業(yè)率中起到極大的作用。
2 工藝簡介
ISA 法銅電解精煉是采用純凈 316L 不銹鋼陰極板作陰極，陽極銅板作陽極，電解液主要為含有游離硫酸的硫酸銅溶液。銅電解精煉過程示意圖，如圖 1 所示。
在陰極銅銅電解精煉過程中，兩極上的主要反應(yīng)是粗銅在陽極上的溶解和銅離子在陰極上的析出。粗銅在電解液中，經(jīng)過電離作用后所剩余的部分稱作殘極。
3 現(xiàn)狀分析
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，對(duì)貴冶電解車間二系列2018 年斷落殘極的情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，其中全年累計(jì)斷落殘極塊數(shù) 1689 塊，因陽極物料偏差、電解電流過大、電解通電時(shí)間較長、電解液位控制不當(dāng)因素影響造成殘極斷落 1482 塊，占全部影響因素的 87.74%。殘極斷落因素分析表，如表 1 所示。
極耳部及板面壓平、測(cè)重，測(cè)厚、銑耳（側(cè)銑和底銑）、排距及極距矯正、廢品輸出五大功能。機(jī)組作業(yè)中在控制好銅陽極中各元素的化學(xué)成分的前提下，陽極銅化學(xué)成分，如表 2 所示。
要求機(jī)組加工工段嚴(yán)格按照工廠通用型陽極銅物理規(guī)格數(shù)據(jù)，通用陽極銅物理規(guī)格，如表 3 所示。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求進(jìn)行機(jī)組基準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一塊上機(jī)陽極板物理規(guī)格的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)其中不符合工藝要求的陽極板自動(dòng)拒收并進(jìn)行集中單獨(dú)堆放，同時(shí)對(duì)物理規(guī)格異常的陽極板及時(shí)進(jìn)行原因分析，積極與熔煉車間溝通使問題在前端得到處理，從而確保每一塊電解陽極銅達(dá)到生產(chǎn)的工藝要求。通過規(guī)范機(jī)組拒收參數(shù)設(shè)置，基本上消除了前端因物料物理規(guī)格差，造成的殘極大量斷耳的情況。
從殘極斷落因素分析表中可以看出陽極物理規(guī)格偏差、電解過程中電流密度過大、通電時(shí)間過長、電解液液位控制時(shí)間不當(dāng)四個(gè)方面，是造成殘極大量斷落的主要因素。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際從這四個(gè)方面著手分析，提出可行的解決方法，從而達(dá)到減少殘極斷落的目的。
4 改善實(shí)踐
4.1 設(shè)置好上機(jī)陽極板的工藝參數(shù)
ISA 陽極加工機(jī)組，它具有對(duì)毛刺面朝北的陽
4.2 穩(wěn)定電解過程中電流強(qiáng)度
在銅電解生產(chǎn)實(shí)際過程中，電流效率是衡量電解過程的一項(xiàng)重要指標(biāo) , 而電流強(qiáng)度的大小對(duì)電流效率指標(biāo)好壞產(chǎn)生直接影響。由電流效率的定義知，電流效率是指銅電解精煉過程中，陰極上實(shí)際析出的銅量與理論析出銅量的百分比。即 ：η =M/（Q·I·T·N×10-6）*100%式中 ：η- 電流效率（%），M- 當(dāng)日出銅電解槽實(shí)際陰極析出量（t），Q- 銅的電化當(dāng)量（1.18548g/A·h），I- 電流強(qiáng)度（A）（平均），T- 通電時(shí)間（h），N- 電解槽個(gè)數(shù)（當(dāng)日出銅槽數(shù)）。
推導(dǎo)得出當(dāng)日出銅電解槽實(shí)際陰極析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6。在其他條件不變的情況下，電流強(qiáng)度 I 增加時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)在陰極上析出銅量亦隨之增加，導(dǎo)致陽極銅電離作用加快，陽極銅的不斷溶解造成了殘極的不斷變薄，出現(xiàn)的殘極的大量斷落。
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，在槽面電解生產(chǎn)管理的過程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注陽極銅的電解溶解態(tài)勢(shì)，當(dāng)陽極銅溶解較快時(shí)，及時(shí)調(diào)整電流大小，從而減少出槽作業(yè)時(shí)殘極的大量斷落。
4.3 調(diào)整好電解槽通電時(shí)間
由公式 ：當(dāng)日出銅電解槽實(shí)際陰極析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6 得知，在其他條件不變的情況下，隨著通電時(shí)間 t 的增加，陽極上放電溶解銅量亦隨之增加，從而導(dǎo)致殘極不斷變薄，系統(tǒng)作業(yè)時(shí)殘極出現(xiàn)大量斷落。
由于諸多作業(yè)因素的影響，導(dǎo)致電解槽通電時(shí)間長短不一，應(yīng)在日常作業(yè)中建立系統(tǒng)作業(yè)送電時(shí)間記錄表。槽面出槽作業(yè)停電時(shí)，根據(jù)裝槽送電時(shí)間表以裝槽作業(yè)送電時(shí)間早晚來調(diào)整出槽作業(yè)停電時(shí)間長短。在陽極銅電解后期，要密切關(guān)注殘極的變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)殘極普遍偏薄時(shí)，應(yīng)做到提前停電，可以有效地減少出槽作業(yè)時(shí)大量殘極斷落。
4.4 控制好電解液液位提放時(shí)間
在電解過程中，電解液必須不斷地循環(huán)流通，以保持電解槽內(nèi)電解液溫度均勻，濃度均勻。貴冶電解車間槽面循環(huán)方式為采用電解液與陰極板面平行流動(dòng)的循環(huán)方式［6］，即槽底中央進(jìn)液、槽上兩端出液的新“下進(jìn)上出”循環(huán)方式，它是在電解槽底中央沿著槽的長度方向設(shè)一個(gè)進(jìn)液管 (PVC硬管 ) 或在槽底兩側(cè)設(shè)兩個(gè)平行的進(jìn)液管，通過沿管均布的小孔 ( 孔距與同名極距相同 ) 給液。排液漏斗安放在槽兩端壁上預(yù)留的出液口上，并與槽內(nèi)襯連成整體，電解液循環(huán)方式示意圖，如圖 2所示。
通過在電解槽槽體兩端的出液位置安裝液位計(jì)即可調(diào)整電解液液位的高低，并按指定的提放液位時(shí)間和提放液位高度進(jìn)行槽面液位提放。電解液在高液位時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致陽極銅橫梁頂部溶解過多，殘極頂部太薄，在重力影響下造成殘極從橫梁處斷裂 ；電解液在低液位時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致陽極銅上部溶解過少，造成殘極率偏大，殘極率太高就會(huì)造成返爐費(fèi)用增加成本升高。因此控制好電解液在高低液位的時(shí)間至關(guān)重要。
在實(shí)際生產(chǎn)中，通過實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比來探尋最合適的電解液液位提放時(shí)間。貴冶電解車間二系列生產(chǎn)系統(tǒng)陽極銅電解周期為 20 天，經(jīng) 2 次電解后經(jīng)行車吊運(yùn)至殘極機(jī)組排出。我們以陽極銅電解半周期 10 天為例，分別以 4 個(gè)電解槽為一組進(jìn)行分類實(shí)驗(yàn)。 其中數(shù)據(jù)如下 ：試驗(yàn)一 ：4 槽陽極銅單塊均重 397.5kg，216 塊，電解液液位提放時(shí)間為前 5天高液位、中間 4 天低液位、最后 1 天高液位 ；試驗(yàn)二 ：4 槽陽極銅單塊均重 396.8kg，216 塊，電解液液位提放時(shí)間為前 4 天高液位、中間 5 天低液位、最后 1 天高液位 ；試驗(yàn)三 ：4 槽陽極銅單塊均重397.4kg，216 塊，電解液液位提放時(shí)間為前 3 天高液位、中間 6 天低液位、最后 1 天高液位，三組試驗(yàn)在同一條件下同時(shí)進(jìn)行。經(jīng)過 20 天電解后得出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，如表 4 所示。
殘極率定義為返回冶煉部分的殘極重量與同塊數(shù)的陽極重量的百分比［7］。根據(jù)殘極率定義計(jì)算殘極率，通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出試驗(yàn)一較試驗(yàn)二、試驗(yàn)二會(huì)出現(xiàn)殘極大量斷落，試驗(yàn)二和試驗(yàn)三比較，結(jié)合貴溪冶煉廠殘極率的標(biāo)桿指標(biāo)數(shù)據(jù)，綜上數(shù)據(jù)得出試驗(yàn)二是最合理的電解液液位提放時(shí)間，即電解液液位提放時(shí)間為前 4 天高液位、中間 5 天低液位、最后 1 天高液位。通過合理控制電解液液位在不同位置的停留時(shí)間，有效地減少了殘極的大量斷落。
5 效果驗(yàn)證
通過以上生產(chǎn)措施實(shí)踐后，再次對(duì)貴冶電解車間二系列 2018-2019 年 1-4 月同期斷耳殘極總量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖 3 所示。從圖中可以看出，2019年 1-4 月份斷耳殘極量，較 2018 年有了明顯的下降，因此上述改善措施是有效可行的。
6 結(jié)語
經(jīng)過近 4 個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐，通過對(duì)各生產(chǎn)工藝指標(biāo)和流程的優(yōu)化，極大的減少了殘極的斷落。基本上消除了在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，因殘極斷落對(duì)作業(yè)率的影響。不僅降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了員工因處理故障帶來的不安全因素，杜絕了安全事故的發(fā)生，而且縮短了系統(tǒng)作業(yè)時(shí)間，降低了系統(tǒng)交流電單耗 , 提高了系統(tǒng)作業(yè)率，為完成電解全年的產(chǎn)量和能耗指標(biāo)提供了有利的保障。
相關(guān)內(nèi)容：磁性浮子液位計(jì)
1 引言
貴冶電解車間二系列生產(chǎn)系統(tǒng)自 2003 年投產(chǎn)以來，已經(jīng)運(yùn)行了 16 年。隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，二系列作業(yè)量逐年升高，生產(chǎn)系統(tǒng)長周期的運(yùn)行導(dǎo)致生產(chǎn)條件劣化現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是在進(jìn)行外購復(fù)雜物料反復(fù)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)致殘極斷落現(xiàn)象異常增多。這樣需要頻繁對(duì)斷落殘極進(jìn)行處理，一方面人為處理斷耳殘極增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，存在著極大的安全隱患 ；另一方面斷耳殘極造成了電解設(shè)備的損壞，增加了故障的頻率，降低了設(shè)備的使用壽命，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)作業(yè)率產(chǎn)生直接的影響。從生產(chǎn)過程中看，降低殘極斷落數(shù)量在穩(wěn)定系統(tǒng)作業(yè)率中起到極大的作用。
2 工藝簡介
ISA 法銅電解精煉是采用純凈 316L 不銹鋼陰極板作陰極，陽極銅板作陽極，電解液主要為含有游離硫酸的硫酸銅溶液。銅電解精煉過程示意圖，如圖 1 所示。
3 現(xiàn)狀分析
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況，對(duì)貴冶電解車間二系列2018 年斷落殘極的情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，其中全年累計(jì)斷落殘極塊數(shù) 1689 塊，因陽極物料偏差、電解電流過大、電解通電時(shí)間較長、電解液位控制不當(dāng)因素影響造成殘極斷落 1482 塊，占全部影響因素的 87.74%。殘極斷落因素分析表，如表 1 所示。
要求機(jī)組加工工段嚴(yán)格按照工廠通用型陽極銅物理規(guī)格數(shù)據(jù)，通用陽極銅物理規(guī)格，如表 3 所示。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求進(jìn)行機(jī)組基準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一塊上機(jī)陽極板物理規(guī)格的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)其中不符合工藝要求的陽極板自動(dòng)拒收并進(jìn)行集中單獨(dú)堆放，同時(shí)對(duì)物理規(guī)格異常的陽極板及時(shí)進(jìn)行原因分析，積極與熔煉車間溝通使問題在前端得到處理，從而確保每一塊電解陽極銅達(dá)到生產(chǎn)的工藝要求。通過規(guī)范機(jī)組拒收參數(shù)設(shè)置，基本上消除了前端因物料物理規(guī)格差，造成的殘極大量斷耳的情況。
4 改善實(shí)踐
4.1 設(shè)置好上機(jī)陽極板的工藝參數(shù)
ISA 陽極加工機(jī)組，它具有對(duì)毛刺面朝北的陽
在銅電解生產(chǎn)實(shí)際過程中，電流效率是衡量電解過程的一項(xiàng)重要指標(biāo) , 而電流強(qiáng)度的大小對(duì)電流效率指標(biāo)好壞產(chǎn)生直接影響。由電流效率的定義知，電流效率是指銅電解精煉過程中，陰極上實(shí)際析出的銅量與理論析出銅量的百分比。即 ：η =M/（Q·I·T·N×10-6）*100%式中 ：η- 電流效率（%），M- 當(dāng)日出銅電解槽實(shí)際陰極析出量（t），Q- 銅的電化當(dāng)量（1.18548g/A·h），I- 電流強(qiáng)度（A）（平均），T- 通電時(shí)間（h），N- 電解槽個(gè)數(shù)（當(dāng)日出銅槽數(shù)）。
推導(dǎo)得出當(dāng)日出銅電解槽實(shí)際陰極析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6。在其他條件不變的情況下，電流強(qiáng)度 I 增加時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)在陰極上析出銅量亦隨之增加，導(dǎo)致陽極銅電離作用加快，陽極銅的不斷溶解造成了殘極的不斷變薄，出現(xiàn)的殘極的大量斷落。
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，在槽面電解生產(chǎn)管理的過程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注陽極銅的電解溶解態(tài)勢(shì)，當(dāng)陽極銅溶解較快時(shí)，及時(shí)調(diào)整電流大小，從而減少出槽作業(yè)時(shí)殘極的大量斷落。
4.3 調(diào)整好電解槽通電時(shí)間
由公式 ：當(dāng)日出銅電解槽實(shí)際陰極析出量 M=Q·I·T·N·η×10-6 得知，在其他條件不變的情況下，隨著通電時(shí)間 t 的增加，陽極上放電溶解銅量亦隨之增加，從而導(dǎo)致殘極不斷變薄，系統(tǒng)作業(yè)時(shí)殘極出現(xiàn)大量斷落。
由于諸多作業(yè)因素的影響，導(dǎo)致電解槽通電時(shí)間長短不一，應(yīng)在日常作業(yè)中建立系統(tǒng)作業(yè)送電時(shí)間記錄表。槽面出槽作業(yè)停電時(shí)，根據(jù)裝槽送電時(shí)間表以裝槽作業(yè)送電時(shí)間早晚來調(diào)整出槽作業(yè)停電時(shí)間長短。在陽極銅電解后期，要密切關(guān)注殘極的變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)殘極普遍偏薄時(shí)，應(yīng)做到提前停電，可以有效地減少出槽作業(yè)時(shí)大量殘極斷落。
4.4 控制好電解液液位提放時(shí)間
在電解過程中，電解液必須不斷地循環(huán)流通，以保持電解槽內(nèi)電解液溫度均勻，濃度均勻。貴冶電解車間槽面循環(huán)方式為采用電解液與陰極板面平行流動(dòng)的循環(huán)方式［6］，即槽底中央進(jìn)液、槽上兩端出液的新“下進(jìn)上出”循環(huán)方式，它是在電解槽底中央沿著槽的長度方向設(shè)一個(gè)進(jìn)液管 (PVC硬管 ) 或在槽底兩側(cè)設(shè)兩個(gè)平行的進(jìn)液管，通過沿管均布的小孔 ( 孔距與同名極距相同 ) 給液。排液漏斗安放在槽兩端壁上預(yù)留的出液口上，并與槽內(nèi)襯連成整體，電解液循環(huán)方式示意圖，如圖 2所示。
在實(shí)際生產(chǎn)中，通過實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比來探尋最合適的電解液液位提放時(shí)間。貴冶電解車間二系列生產(chǎn)系統(tǒng)陽極銅電解周期為 20 天，經(jīng) 2 次電解后經(jīng)行車吊運(yùn)至殘極機(jī)組排出。我們以陽極銅電解半周期 10 天為例，分別以 4 個(gè)電解槽為一組進(jìn)行分類實(shí)驗(yàn)。 其中數(shù)據(jù)如下 ：試驗(yàn)一 ：4 槽陽極銅單塊均重 397.5kg，216 塊，電解液液位提放時(shí)間為前 5天高液位、中間 4 天低液位、最后 1 天高液位 ；試驗(yàn)二 ：4 槽陽極銅單塊均重 396.8kg，216 塊，電解液液位提放時(shí)間為前 4 天高液位、中間 5 天低液位、最后 1 天高液位 ；試驗(yàn)三 ：4 槽陽極銅單塊均重397.4kg，216 塊，電解液液位提放時(shí)間為前 3 天高液位、中間 6 天低液位、最后 1 天高液位，三組試驗(yàn)在同一條件下同時(shí)進(jìn)行。經(jīng)過 20 天電解后得出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，如表 4 所示。
殘極率定義為返回冶煉部分的殘極重量與同塊數(shù)的陽極重量的百分比［7］。根據(jù)殘極率定義計(jì)算殘極率，通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出試驗(yàn)一較試驗(yàn)二、試驗(yàn)二會(huì)出現(xiàn)殘極大量斷落，試驗(yàn)二和試驗(yàn)三比較，結(jié)合貴溪冶煉廠殘極率的標(biāo)桿指標(biāo)數(shù)據(jù)，綜上數(shù)據(jù)得出試驗(yàn)二是最合理的電解液液位提放時(shí)間，即電解液液位提放時(shí)間為前 4 天高液位、中間 5 天低液位、最后 1 天高液位。通過合理控制電解液液位在不同位置的停留時(shí)間，有效地減少了殘極的大量斷落。
通過以上生產(chǎn)措施實(shí)踐后，再次對(duì)貴冶電解車間二系列 2018-2019 年 1-4 月同期斷耳殘極總量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖 3 所示。從圖中可以看出，2019年 1-4 月份斷耳殘極量，較 2018 年有了明顯的下降，因此上述改善措施是有效可行的。
經(jīng)過近 4 個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐，通過對(duì)各生產(chǎn)工藝指標(biāo)和流程的優(yōu)化，極大的減少了殘極的斷落。基本上消除了在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，因殘極斷落對(duì)作業(yè)率的影響。不僅降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了員工因處理故障帶來的不安全因素，杜絕了安全事故的發(fā)生，而且縮短了系統(tǒng)作業(yè)時(shí)間，降低了系統(tǒng)交流電單耗 , 提高了系統(tǒng)作業(yè)率，為完成電解全年的產(chǎn)量和能耗指標(biāo)提供了有利的保障。
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