国产有色冶炼装备的发展与应用

刘志刚

（江西铜业集团贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

1 前言

“十二五”期间中国铜加工行业结构调整和产业升级将贯穿始终，同时要重点攻克包括高性价比铜加工装备开发等问题。“十二五”规划对铜工业的发展要求提高产业集中度。到2015年，将实现前10家企业的冶炼产量达到全国的90%，以提高铜资源的利用率、完善国内铜的定价机制。2013年，我国十种有色金属产量为4029万吨，同比增长9.9%。其中，精炼铜、铅、锌产量分别为684万吨、447万吨、530万吨，分别增长13.5%、5%、11.1%。我国在引进国外产品的基础上，进行消化吸收，逐渐具备了自行设计、开发重大技术装备的能力。而80年代以来，通过引进消化吸收进口装备，在很大程度上促进了国内企业的新产品开发和制造工艺水平的提高。技术性能有了明显的提高，生产设备及加工工艺有了明显改进。凭借比国外同类产品更高的性价比和服务优势，国产品牌已经在国内市场竞争中占据主导地位。

2 应用前景分析

精炼铜阳极板浇铸、运输及整形生产技术装备，不仅填补国内同类产品的空白，而且也使国内铜冶炼行业浇铸工艺达到世界先进水平。该项目由于具有提高劳动生产率，减轻工人劳动强度等特性，该技术装备的市场前景可观，具有市场开发价值，可提高整个铜冶炼行业的技术装备水平，促进我国铜冶炼工业的发展。还可将该技术装备应用于铅锌等有色金属的冶炼。

2002年首台国产定量圆盘浇铸机问世后，先后为相关铜冶炼企业配套生产了多台圆盘浇铸机。

电解机组是精炼铜生产的必备装备，江西铜业集团公司研发的成套电解机组技术运用于江铜清远10万吨铜电解环保技改工程、贵溪冶炼厂一系列电解、贵溪冶炼厂三系列电解、大冶有色电解、浙江和鼎电解铜业生产线等项目均取得了良好的生产实践。

铅锌冶炼运输线机组实现了铅锌火法生产物料与湿法生产物料的全自动运输。江西铜业集团公司研发的铅锌冶炼运输线机组在江西铜业铅锌金属有限公司投入使用以来，运行稳定，达到设计性能指标，完全满足生产需要，实现物料倒运自动运输，无人操作。该技术装备在同行业乃至其他行业的产品自动化运输场合具有很好的推广应用价值。

3 有色冶炼设备投入运行情况

现代铜电解生产向着大极板、长周期、高电流密度、高品质发展，因此，阳极板是电解铜的原材料，要获得优质的电解铜，需阳极板的外形良好。阳极板外形影响电解过程中电流效率和残极率。

拥有完整的自动化极板作业机组是实现铜电解生产高效率、高质量的前提。

铜阳极板一般在火法冶炼中使用圆盘浇铸机浇铸成型，通过叉车运送到电解车间阳极板整形机组进行整形排列等。

圆盘浇铸机在有色冶炼行业广泛用于阳极板的浇铸。江西铜业集团公司在2002年研制成功国内第一台全自动圆盘浇铸机。填补了国内同类产品的空白，在性能指标上达到了进口产品的性能，操作上满足了中国人的习惯。2008年研制的全自动铅阳极板圆盘浇铸机，在贵溪冶炼厂新材料车间运行至今，自动化程度高，性能稳定，生产的铅阳极板合格率高。2011年研制的银锭浇铸机，在江西铜业铅锌金属有限公司投入运行，设备性能达产达标。

当前我国精炼铜生产主要有传统法和永久阴极电解法两种，传统法电解机组主要由阳极整形机组、始极片加工机组、电铜洗涤堆垛机组、残极洗涤堆垛机组四部份组成；永久阴极电解机组主要由阳极整形机组、剥片机组、残极洗涤垛机机组三部份组成，该机组都实现了国产化研制，满足工艺生产需要。

阳极板从圆盘浇铸机组到电解阳极整形机组传统使用叉车运送，对环境污染高，使用成本高，采用链条运输生产线设备替代。运输线机组研制基于整体系统设计理念，全自动化生产设备设计思路，能够完全无缝衔接浇铸工序及电解工序的生产，实现火法冶炼与湿法冶炼中间产品的自动化运送，较之传统的叉车转运既经济又安全环保，生产效率大大提高。运输线包括铅阳极板运输线、铅残极运输线、析出锌阴极运输线。

本项目需对以上设备进行一体化、模块化研制和生产适应性优化。

4 关键技术和经济技术指标

圆盘浇铸机需要研发浇铸速度达110吨/小时，阳极板物理规格合格率超98%，阳极板重量偏差在2公斤范围内，关键技术为实现全自动化控制，该技术装备适用于各种重量的阳极板生产，各项经济技术指标都优于进口圆盘浇铸机，维护费用仅为进口同类型设备维护费用的30%。2015年，江西铜业集团公司将贵溪冶炼厂一系统阳极炉两台浇铸机进行提升改造M28单圆盘浇铸的浇铸速度由80吨提升至105吨，M16双圆盘浇铸机浇铸速度由90吨提升至110吨，两台浇铸机的浇铸速度都提升了20%以上。浇铸速度的提升减少了浇铸时间，缩短了整个工艺流程的时间，原先三台阳极炉作业，变为两台阳极炉作业，重油单耗下降至5公斤/吨铜，每年节约重油和电费超千万元，节约设备维护费超百万元。

阳极整形机组需要研发整形排列速度达到500片/小时，阳极整形压力机和阳极铣耳机是关键技术，阳极板的平整是阳极装槽前的重要工序，阳极板的平整度直接关系到电解质量，机组开发的750吨卧式压力机，通过定板和动压头之间的挤压，对阳极板板身进行整体式的挤压平整，并使用副压头对阳极耳部进行局部挤压平整，平整后的阳极表面平整，无粒子。阳极耳部和导电母排的接触质量直接影响电解的电流效率的电耗，因此要对其接触面进行铣销加工，机组研发的阳极铣耳机通过齿轮箱传动、液压自动进退铣刀等装置成功实现了一次铣销6组阳极耳部，加工的耳部表面光洁度达到3.2，满足导电要求。

始极片机组需要研发始极片加工合格率达到600片/小时的机组，关键技术是始极片的垂直度，始极片的垂直度是保证电解过程中阴极和阳极之间间距的重要参数，机组开发的21组精密校平机构和8组压纹机构通过粗校平、精校平、压纹、去应力校平四道工序，成功保证了始极片的垂直度≤6mm。

电解后产生的电铜和残极表面吸附有电解液和阳极泥，对电铜清洗和堆垛打包是剥片机组的关键技术，剥片机组的加工能力应达到700片/小时以上。

运输线机组需要研发安全电压轨道重载运输技术，技术装备的运输能力和在线储存产品能力，能适应复杂多变的生产需求。在自动化控制程序设计方面，采用功能块程序化处理，便于故障查找和修改。机组在功能上划分为区域式控制，既实现了机组整体控制，又实现了机组的分散控制，操作更为灵活方便，故障处理更加快捷。根据工艺操作和输送过程需要，设计不同的工况控制模式。

在自动化控制方面的关键技术是使得技术装备既能全流程自动运行又能局部自动控制。研发具有高性能工业控制自动化系统和检测设备，有圆盘浇铸自动化控制系统，机械手取板控制系统，动态浇铸平台秤，电解机组自动化控制系统，阳极板重量和物理规格检测系统，不锈钢阴极变形检测系统，剥片机组机器人自动控制系统，运输线机组分布式自动化控制系统等。

5 市场推广情况

用户包含江西铜业集团公司、四川昆鹏铜业公司、浙江和鼎铜业公司、云南铜业、湖北大冶有色金属公司、山东恒邦冶炼有限公司。

江西铜业集团公司是中国有色金属行业集铜的采、选、冶、加于一体的特大型联合企业，是中国最大的铜产品生产基地和重要的硫化工原料及金银产地。自主研发的设备投入运行的有全自动圆盘浇铸机6套，捅风眼机9台、传统法电解机组6台、净化过滤机2台、自动化中间物料运输线机组3台、转炉残极加料机3台等，成为其火法冶炼和湿法技术装备的核心。自主研发的技术装备逐步在替代进口装备。

四川昆鹏铜业公司主要产品为阳极铜、工业硫酸及副产品，主体及辅助工程投资概算为10亿元，于2008年6月正式开工，主体工程计划于2010年3月底建成，工程总投资118754.26万元人民币。自主研发的技术装备设备投入该工程运行的有2台全自动圆盘浇铸机和3台转炉捅风眼机。为该公司生产合格率高达99%的阳极板提供了设备保证。

浙江和鼎铜业有限公司成立于2011年4月，系由杭州富春江冶炼有限公司和江西铜业集团公司共同设立的子公司。注册资本1亿7000万元，专门承担杭州富春江冶炼有限公司“10万吨矿产粗铜搬迁改造和27万吨电解铜项目”，该项目采用具有自主知识产权国内领先的“富氧侧吹熔池熔炼、电炉贫化、转炉吹炼、阳极炉精炼、PC电解”工艺。自主研发的设备在该厂投入运行的有2台全自动圆盘浇铸机和1台残极洗涤机组，是火法冶炼和湿法冶炼的关键设备。为该公司生产了合格阳极板，满足了电解工序的生产要求。

福建紫金矿业是以黄金及基本金属矿产资源勘查和开发为主的矿业集团，全球500强企业。自主研发的3台转炉残极加料机在该公司投入运行。