传统铜电解阴极机组的升级改造与应用_李天云.pdf

Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY传统铜电解精炼生产过程中，需进行阴极的制作，主要是将始极片剪切、整形，然后和吊耳冲铆、穿棒、拍平，制作成为电解的阴极。阴极应具有良好的平直度、垂直度及尺寸公差，阴极的质量直接关乎电解生产的产品质量、技术指标、经济指标等，如果阴极加工质量不好，不仅会造成电解过程中的阴阳极短路，电流效率低，电耗增加等问题，还会使阴极铜出现厚薄不均、板面长粒子等质量问题。阴极制作主要靠阴极机组完成，原有的半自动阴极机组结构简单，功能不齐全，生产效率低下，阴极制作质量不佳。此外，上片、剪片、放吊耳及铜棒、出料等工作需要人工完成，人员劳动强度较大，操作安全风险高。始极片在进入传统机组加工前需要人工用剪板机按照工艺尺寸要求进行剪切，剪切时作业人员存在夹伤或切断手指的作业风险；剪切好的始极片通过吊车吊运到机组入口处，再由人工一片一片地抬入机组入口，对作业人员体能消耗较大，通常情况 30 min 至 1 h就需要更换人员进行休整；在机组加工的中间环节需要人工将铜吊耳和铜棒按照先后顺序放入机组对应工位，对人机配合要求非常高，稍有不慎*收稿日期：2022-06-27作者简介：李天云（1984-），男，云南昆明人，助理工程师，主要从事设备管理、安全生产管理工作。Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY传统铜电解阴极机组的升级改造与应用*李天云（云南铜业股份有限公司西南铜业分公司，云南 昆明 650102）摘要：针对传统铜电解半自动阴极机组功能单一、效率低下、作业人数多、作业人员劳动强度大等问题，采取了增加自动上片、剪切输送机、给耳机、给棒机、翻板机等完善相关功能、改进部分结构等措施，取得了提高机组自动化程度、提高本质化安全、降低人员劳动强度及操作安全风险的效果，人员平均作业时间由 14 h/d 降到 8 h/d，生产阴极片从 270 片/h 提升至 420 片/h。关键词：传统铜电解；阴极机组；增加功能；自动化升级；运行效率中图分类号：TD451文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）02-0158-06Upgrading and Application on Cathode Unit of TraditionalCopper ElectrolysisLI Tian-yun(Southwest Copper Branch,Yunnan Copper Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650102,China)ABSTRACT：The semi-automatic cathode unit of traditional copper electrolysis has problems that single function,inefficiency,large number of workers,high labor intensity and so on,therefore,the automatic loader,shear conveyor,milling grinding machine,fodfeeder,plate turnover machine and so on were increased to improve the relative function,to improve the partial structure,then the level ofautomation,essential safety was increased,the labor intensity and operational risk was decreased,the average operating time of workerswas decreased from 14h/d to 8 h/d,the yield of cathode plate was increased from 270 pieces per hour to 420 pieces per hour.KEY WORDS：traditional copper electrolysis;cathode unit;function increase;automation upgrading;operational efficiency158张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用图 2阴极半自动加工工作流程Fig.2Workflow of cathode semi-automatic processing就会被机器的运动部件夹伤手部，或是铜棒卡死损坏机器零部件，或是加工出废品等情况。本文针对原有的半自动阴极机组进行升级改造，增加部分自动装置，完善相关功能，提高机组自动化程度，减少人员劳动强度及操作安全风险，提高本质化安全1。其次，针对改造后机组过程中常见故障及存在问题，改进部分结构，提升机组整体运行效率9。1半自动机组的组成及加工流程铜电解阴极半自动机组仅由人工上片工位、对中工位、压纹工位、人工给棒及吊耳工位、冲铆工位、人工出料工位等组成，只具备基本的压纹、冲铆功能，其余都需要人工在机组之外完成，如图 1 所示。阴极半自动加工工作流程：人工剪边自动上板推送对中压纹人工放棒、吊耳冲铆翻板人工出料人工拍片，如图 2 所示。2机组功能完善及自动化提升2.1增加自动上片、剪切输送机在原机组入口前端增加自动上片、对中、剪切、输送机，主要由上片机械手、横移装置、对中装置、液压直刃剪板机、链条输送机等组成，机组可自动完成料箱输送，自动吸片、放片、对中、剪切、输送3。料箱两边输送，更换料箱时机组不用停机等待，并且实现始极片上下双边剪切。2.2增加给耳、给棒机在原机组压纹机上部增加给耳棒机，该给耳棒机由耳箱、耳箱平移机构、真空抓取机构、滑道、棒箱、导电棒输送机构和机架组成，结构如图 4 所示，完成阴极吊耳和导电棒的自动供给功能4。2.3增加翻板机在原机组冲铆机后端增加翻板机，该翻板机由翻转机构、输送机构、抬板机构和机架组成，结构如图 5 所示，完成阴极的自动翻转并送入拍片输送机功能5。2.4增加拍片输送机在增加翻板机后端增加拍片输送机，该拍片输送机由接料机构、输送机构和机架组成，完成接收翻板机送入的阴极和分别输送阴极至拍片工位及出料工位的功能。图 1半自动机组结构示意图Fig.1Structure schematic diagram of semi-automatic unit图 3自动上片、剪切输送机Fig.3Automatic loader,shear conveyor李天云：传统铜电解阴极机组的升级改造与应用159Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY图 6横移拍片及输送单元Fig.6Transverse shooting and conveying unit图 7出料机Fig.7Discharging machine图 5翻板机构Fig.5Plate turnover machine图 4给耳棒机构Fig.4Milling and rod feeder machines在增加拍片输送机中间增加拍片机，该拍片机由横拍机构、立拍机构、对中机构和机架组成，结构如图 6 所示，完成阴极的自动拍片功能8。2.5增加阴极出料机在增加拍片输送机后端增加阴极出料机，该阴极出料机由抬板机构、出料机构、输送机构和机架组成，结构如图 7 所示，完成阴极的出料接收和并拢输送功能。机组完成自动化升级改造后，阴极加工质量及效率提高，但由于机组加工流程较长，结构较复杂，导致机组故障较多，物料变形、厚薄、弹性不一等问题，部分结构存在不合理的地方，需要改进部分结构，提高机组对物料的适应性，提高运行的连续性。160张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用3机组存在问题及改进措施3.1机组供气不足、对中不良、拍片质量不高问题改进阴极机组在运行过程中为提高阴极制作拍片质量，解决供气不足问题，改造横拍工位为立拍工位，将两个立拍工位的单对中改为为双对中，并加长对中杆，如图 8 所示；对立拍供气的软管进行改造，改为加大的硬管，如图 9 所示，在硬管和气缸之间增加气包（补偿气能的作用），在补气包下增加排水阀2。改造后阴极机组拍片质量得到进一步提高，对中效果较好。3.2大小冲铆装置优劣势比较与改进在始极片加工过程中，始极片与铜吊耳的铆接是重要环节之一。冲铆面大小直接影响阴极片冲铆质量，冲铆机采用液压驱动，压紧缸推动滑块向下运动，将始极片和铜吊耳压紧在工作台面上，两个冲孔缸同时带动两个冲头从下向上实现冲孔，两个铆接缸同时带动两个铆接棒自上而下完成铆接，最后压紧缸带动滑块向上运动，输送装置将冲铆好的始极片送出。始极片与两个铜吊耳的铆接采用单孔形式，冲头前端为四棱维，形成方孔，铆接棒将四个飞边向四周均匀翻开，铆接牢固、平整。经过反复试验对比：冲铆口边长小于 15 mm，优势是翻遍容易压平，劣势是飞边向四周翻开过小，冲铆不够牢固，容易产生脱耳现象。冲铆口边长大 17 mm，优势是冲铆口向四周翻边大，铆接相对牢固，不易产生脱耳，劣势是翻边不易压平，在装入电解槽电解过程中冲铆口翻边容易和阳极板接触产生短路，形成铜瘤（铜包）影响阴极铜质量。综上所述，冲铆口边长控制在（1517）mm 之间较为合适，能够满足铆接牢固、平整工艺要求，如图 10 所示7。3.3机组的工作效率改进横向输送链条的运行不稳定问题的探索与改进。横向输送链条在运动过程中，接棒盘端头易跳动错位或抬起搭头，如图 11 所示，导致接棒盘之间间距增大，铜棒容易掉落，同时影响传感器检测，增加了停机处理故障时间。阴极机组铜棒架上铜棒易掉落，作业人员误操作，易导致止板气缸损坏，导致故障频发。对接棒盘端头进行改造，加装铜棒防护栏，如图 12 所示，防止铜棒掉落，避免误操作。另外，由于原横向输送链条的接棒盒设计是分体式，在运行过程中故障频繁发。图 8单对中改为双对中，并加长对中杆Fig.8Single entering rod was changed to double entering rod,and the entering rod was lengthened图 9软管改为加大硬管Fig.9Flexible pipe was changed to big hard pipe改造前改进后原状态改造后图 10冲铆头改造前后Fig.10Riveting punch before and after transformation改造后改造前改造后改造前图 11接棒盘改造Fig.11Transformation of rod takeover tray改进后原状态李天云：传统铜电解阴极机组的升级改造与应用161Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY图 13传统阴极机组效率提升Fig.13Efficiency promotion of traditional cathode unit针对这严重问题，制作一体式的接棒盒链条代替分体式的接棒盒链条。改造后，铜棒已不会掉落，有效保证了设备的运行效率。传感器常见问题探索与改进。传感器在同一地方频繁损坏问题：通过在原有金属传感器的型号上做了选型对比，选择型号越高的传感器使用的时间也相应延长，但是价格也相对贵，时间稍长还是会被损坏。经过长时间对比发现，金属检测传感器虽好，但是也存在缺陷，检测距离较近，使用的条件受限制。机组横向输送链条震动和偏移量较大，不适合用金属检测传感器。最终，将传感器改造成光电传感器，问题得到