簡介
在銅電解系統中的始極片多數採用鈦板作種板生產,隨著技術的快速發展,國外出現了以電解銅為原料軋制製作始極片的新工藝。該工藝比傳統的鈦種板生產始極片成本較高,但是其始極片表面質量好,可縮短電解極距,取消製作始極片所需的電解槽,從而增加了電解銅的產量,可為冶煉廠帶來較好的經濟效益。
始極片，是電解鉛生產的機械自動化製片設備。採用機械、液壓傳動，並由pc程式集中自動控制，操作簡單，生產效率高，可一次性完成製片、剪片、給棒、平片、提片、排片等工序。此設備經技術、工藝改進，可滿足年產量6.5萬噸電鉛生產規模（液壓站原件採用中國與德國、義大利合資企業生產，其壽命是國產件的3倍） 。
組成
包括有銅片、銅棒、銅耳送進機構，銅片的壓平、鉚耳、拍平及翻立機構，運輸鏈組和傳動控制系統。由於在傳主動軸上設定了能驅動銅片、銅棒、銅耳送進機構、運輸鏈組和光電控制部做同步運轉的鏈輪和齒輪，因此在不到6秒鐘的製備周期內即可完成始極片的沖孔、彎耳、穿耳、穿棒，兩次打平，翻立的全部動作。
採用傳統鈦種板法生產始極片的工藝
目前,國內銅電解過程中,大都採用經陽極爐精煉合格後的銅水澆鑄成陽極板作陽極,以鈦種板作陰極在種板槽內進行電解, Cu2 +從陽極上溶解並進入電解液,在陰極鈦種板上析出。當鈦種板上的銅皮厚達0. 5～0. 7mm時,即可出槽,從種板的兩面分別剝下銅皮,再製作成始極片。
鈦種板生產始極片用銅皮的技術條件,與電解銅的生產技術條件大體一致。具體條件是:電流密度為200～250A /m2 ;極距一般為80～100 mm;溫度一般為58～63℃,循環量一般為20～25 l/min。不同之處是:電解液雜質成分控制更嚴格;添加劑用量較大; 陰陽極周期不一樣, 銅皮生產周期為12 ～24h,陽極周期為普通生產槽的1 /2～1 /3。銅皮要經過一定的工序製作成始極片 。
軋制始極片的生產工藝
軋制始極片的生產是將電解銅熔煉、軋製成薄片,然後剪下成定尺尺寸。由於始極片規格統一,產量較大,目前國外利用銅及銅合金板帶材生產線來軋制始極片的工藝主要有以下兩種。
(1) 採用感應電爐熔煉,連續或半連續鑄造、熱軋開坯、銑面、冷軋、中間退火、精軋、成品退火、剪下、檢驗,包裝,得到始極片。感應電爐熱效率高、燒損少、熔體純淨,適應不同的生產規模和多合金品種,多數配備連續鑄造設備,為大多數銅板帶生產廠家採用。
(2) 採用連鑄連軋工藝,該工藝是最近幾年由德國MKM (該公司已被比利時Lamiterf公司兼併)研製開發成功的,是目前世界上最先進的銅板帶生產技術。該工藝特點是Hazelett連鑄機與熱軋機直接相連,省去鑄錠鋸切、運輸、鑄錠再加熱等工序,節約大量再加熱的能源。由於連鑄連軋是無頭尾軋制,成品率大幅度提高,大大降低了成本。該工藝是一種節能、高質、高產、低成本的新工藝。適應於品種和規格比較單一,年產量在5～8萬t以上較大規模生產。
近年來隨著我國銅加工產業的快速發展,引進了先進的設備和技術,我國已經能夠自主生產軋制始極片。以某年產6萬t噸銅板帶生產廠為例,該廠配置了22 t的工頻感應熔煉爐,全連續鑄造機,1250熱軋機, 1250 冷軋機, 1250 氣墊退火爐, 1250清洗機組以及1250縱剪機組和橫剪機組。該廠軋制始極片的生產工藝為:將原料送入熔爐熔化,經扒渣、保溫處理後進入全連續鑄造機鑄出220mm厚的鑄錠。再將鑄錠送入步進爐加熱,然後進入熱軋機,軋至厚度17mm。線上冷卻、銑面後厚度為16mm。切頭尾、卷取,形成帶坯,供後道工序用。銑面後的帶坯在經冷軋、中間退火、精軋、成品退火、清洗、切定尺(尺寸依照客戶的要求)等工序,成為成品—軋制始極片。
具體工藝流程為:配料→熔煉→保溫→連續鑄造→鑄坯(厚220mm) →步進爐加熱→熱軋(厚度為17mm) →銑面(厚度為16mm) →冷軋→中間退火→精軋(客戶要求的厚度通常為0. 5～0. 8mm) →成品退火→清洗→切定尺→檢驗→包裝入庫(始極片) 。
軋制始極片與傳統鈦種板生產的始極片對比
軋製法生產始極片與傳統鈦種板生產的始極片相比,具有許多優點。由於其表面光滑、組織緻密、不易變形、平直度高、幾何尺寸精確等,可減少電極間距,在一定程度上增加了電解槽內排放始極片的數量,取消了製造始極片所占用的電介槽,因而可提高電解車間的生產能力;可使電解銅產品的外觀質量較明顯提高,減少廢品率,提高合格品率;並且可使電解車間始極片的製作的機械化水平、自動化水平和效率大幅提高。其優點如下:
(1) 由於軋制始極片的幾何尺寸精度高,不易變形、平直度高,可減少極距5% ～10% ,增加每個電解槽排放始極片的數量,因此可提高電解銅生產能力1%～3%。
(2) 由於軋制始極片表面光滑,組織緻密、不易變形、平直度高,可有效減少電解槽內由於始極片變形彎曲而導致短路、燒板、長粒子等質量問題,因此可最佳化成品電解銅的表面質量,提高合格品率。
(3) 省掉製造始極片所需的電介槽,增加了生產電解槽數量,因此可提高電解銅生產能力8%。
(4) 降低電解槽作業人員的勞動強度。
(5) 以上總共可提高電解銅生產能力9% ～12%。
採用軋制始極片可以為銅冶煉廠帶來較好的經濟效益。以某公司為例,該公司年產電解銅15萬t,其中始極片用量6750 t/年, 始極片規格1 000 ×1 020 ×0. 8mm,經計算採用鈦( Ti)種板法生產始極片的單位加工成本約為500元/ t (未計消耗陽極銅的費用) ,而軋制始極片單位加工成本約為2 600元/ t (未計消耗電解銅的費用) 。兩者的加工單位成本由輔助材料費、燃料動力費、職工工資及福利費、修理費、折舊費組成,未計原材料費。具體經濟效益計算如下:
(1) 採用軋制始極片生產電解銅,每年可提高電解銅生產能力9%～12%,取中間值10. 5%,則每年可增加電解銅產量為: 150 000 ×10. 5% =15 750t。
(2) 所需軋制始極片重量約為7 459 t。
(3) 採用軋制始極片增加電解銅產量所帶來的利潤為: 15 750 ×950 = 1 496萬元(每噸電解銅的利潤為950元) 。電解銅產量增加,帶來了高價值副產品陽極泥產量的增加,約為15 750 ×1% = 157. 5 t,淨收益為157. 5 ×5萬元/ t = 787. 5萬元(不含稅,成本已計算在電解銅上) 。
(4) 鈦種板法生產150 000 t電解銅所需始極片6 750 t,其加工費為6 750 ×500 = 337. 5萬元。
(5) 軋製法生產8 100 t始極片所需加工費為7 459 ×2 600 = 1 939萬元。
(6) 採用軋製法生產的始極片生產電解銅,可增加的利潤為1 496 + 787. 5 - 1 939 = 344. 5萬元 。
總結
軋制始極片具有表面光滑、組織緻密、不易變形、平直度高、幾何尺寸精確等優點,可減少電極間距,一定程度上增加電解槽內排放始極片的數量,取消了製造始極片所占用的電介槽,因而可提高電解車間的生產能力。可使電解銅產品的外觀質量較明顯提高,減少廢品率,提高合格品率。並且可使電解車間始極片的製作的機械化水平、自動化水平和效率大幅提高,為銅冶煉廠帶來較好的經濟效益。
因此,軋制始極片對提高銅電解行業的技術水平和經濟效益有較大的促進作用,是一項有較高推廣套用價值的新技術 。
