提高铜电解槽作业率的生产实践

孔德颂, 王 冲, 李鸿程

(1.云南铜业股份有限公司西南铜业分公司， 云南 昆明 650102；2.中国铜业有限公司， 云南 昆明 650000)

电解槽作业率是铜电解精炼生产的重要指标之一，用于评估电解槽利用效率，衡量一定周期内通电电解时间的长短。如果充分挖掘设备产能，合理提高电解槽作业率，可以在不增加设备设施的条件下，提高阴极铜产量，增加效益，降低生产流程占用资金和成本[1-2]。在永久阴极铜电解生产中，两极出装槽过程中的各个环节紧密相连，任何一个环节出现问题都会直接影响到作业效率。通过优化生产组织，控制好影响作业效率的关键工序，使各个环节高效配合，充分发挥各台设备的运行能力，以达到减少作业过程中的“等待浪费”，提高设备整体运行效

率，缩短两极出装槽作业时间，提高一定周期内电解槽通电电解时间，从而提高阴极铜产量。

1 影响电解槽作业率的因素

1.1 两极出装槽时间

某公司18万t永久不锈钢阴极电解车间为双跨布置，共784个电解槽，分24组，每跨12组，共配置2台阴极剥片机组、1台阳极整形机组、1台残极洗涤机组、2台铜电解专用吊车，机组设置于电解车间的端头，车间布局如图1所示[3]。

图1 电解车间配置

两极出装槽过程中，吊车需要在机组与电解槽之间往复吊运阴极、残极、阳极等物料，直接影响两极物流的流畅性。根据生产特点，每天出装3组，两个跨的出装数量不均衡，一个跨2组，另一个跨1组，但吊车运行能力均衡，导致出装2组阴极时所在跨的吊车运行能力不足，不能满足机组的供应，出现机组等待吊车的情况。特别是离机组最远端出装二周期阳极的情况下，运行距离较远，并且需要吊运阴极、残极、阳极，吊运物料能力是一周期只出装阴极数量的2倍。

每天需要出装2组二周期或1组二周期的阴极铜，出2组二周期时阳极板需求数量是出1组二周期时的2倍，每天阳极板需求数量不均衡，但阳极整形机组的生产能力相当稳定，阳极板需求数量较多时，机组能力不足，将整个出装槽作业时间拉长。另外，阳极板耳部存在卷边、毛刺、裂纹等缺陷，在机组加工过程中出现断耳、掉板等情况，导致机组故障，故障处理时间长。

由于不锈钢阴极板两侧的夹边条松动、底部结瘤、开裂、脱落等原因，经常导致阴极剥片机组发生卡板、撞板、铲刀损伤等故障。另外，阴极铜洗涤水通过蒸汽加温，在蒸汽不能正常供应时，洗涤水温较低，需停机等待。还有，夹持装置是剥离装置的核心部件，其结构复杂、零部件较多、安装繁琐，在实际生产中每天快速、高频次、高冲击运行2 800多次，故障率高、稳定性差、维修时间长且难度大，平均每天检修约1 h，影响机组作业的连续性，直接制约机组的作业率，机组平均处理能力仅为270片/h左右。

1.2 槽面作业时间

为保证两极等距、置中，减少两极短路，需要人工对两极进行安装处理，阳极、阴极悬垂度越差，处理数量越多，处理难度越大，消耗时间越长，送电时间延迟，通电电解的时间缩短。

电解槽出铜过程中，需要将电解槽中原来的电解液抽空，两极安装处理完成后，再将整组电解槽重新灌满电解液，由于电解液仅靠位置高差从高位槽通过供液管流入电解槽，供液管道只能满足电解液在正常通电电解时的循环流量，流量有限，用于电解槽灌液花费的时间长，特别是距高位槽较远区域的各组电解槽流量更小，导致灌液时间进一步加长，长达4 h左右，严重影响了电解槽作业率，整组铜电解时间缩减，与较近区域相比阴极铜产量较低，残极率较高。其次，阳极板、阴极板为常温，比电解液温度低，会吸收电解液热量，使电解槽中电解液不能达到生产温度，需要循环一段时间才能通电。

1.3 直流短接开关故障

直流短接开关是电解生产的关键设备之一，每组电解槽都设置一个直流短接开关，用于短接出铜组的电解槽，其负载满足设计电流需要，预留负载余量小，提高电流负荷生产后，短接开关负荷增大，通断时容易发生触头烧损故障。另外，较低负荷时短接开关触头温度约为50～60 ℃，当电流达到29.3～30 kA时，温度高达85～98 ℃，出现触头异常烧毁，导致整跨停产的几率倍增。短接开关检修一次时间长达3～4 h，需要停整跨12组的直流电检修，一定周期内整跨铜电解时间减少。

2 提高电解槽作业率的措施

2.1 优化出铜方式

根据电解槽所处位置距机组远近及电解槽中阳极周期情况，合理搭配两个跨每天出铜的组别，采取“远端与近端搭配先出，中间区域后出，二周期阳极组先出，一周期阳极组后出”的方式，每天减少机组停机等待吊车的时间约1 h。

应用前一天出两组二周期阳极，后一天出一组二周期阳极的交替方式，均衡每个生产周期内阳极板需求数量。在每跨空余区域增加充足数量的极板准备架，充分储备一定数量的阳极板，缓解每天阳极板需求不均衡与阳极整形机组较恒定生产能力之间的矛盾。每天合理搭配一周期、二周期出铜，缓解每天各时段阳极板需求及残极处理不均衡的问题。

2.2 提高机组效率

每个电解周期采用“8+9”模式，每17天中有1天不进行出装槽作业，开展设备检查、维护、保养，每天开机前点检预修、运行中巡检快修、停机后专检精修，减少整个区域设备的总体故障。

在阳极整形机组入口添加废板挑拣按钮，提前挑拣出耳部存在开裂大、卷边严重等缺陷的阳极板，减少阳极板断耳、掉板引起的故障停机。定期更换刀片、调整铣削装置和校压装置，确保阳极板铣耳质量及悬垂度。

每天挑拣一定数量的不锈钢极板进行导电棒校直、板面校平、打磨，并规范更换失效夹边条，提高极板平整度、悬垂度，降低极板、夹边条在阴极剥片机组中卡塞、撞击的故障。在阴极剥片机组洗涤系统中增设电加热装置，蒸汽供应不足时辅助加热洗涤水，减少停机等待蒸汽供应的时间。分析机组存在的问题，重新设计、改进剥片夹持装置、输送链条、极板吊钩、对中装置等，使机组平均处理能力从270片/h提升至310片/h，缩短了出铜时间。

2.3 增设快速补充电解液系统

针对供液管管道长、流量小、灌液时间长的问题，自主设计安装补液系统，集中从高位槽抽取温度、洁净度与生产时基本一致的电解液，通过加压泵入需要的补液，复产电解槽。较远区域每组电解槽灌液时间从4 h缩短至1.5～2.5 h，实现提前通电生产。

2.4 降低短接开关故障率

自主设计开发直流短接开关风冷系统，采用集中供风、分点布置出风口的方式，吸取厂房外温度相对槽下环境温度较低的空气冷却24个短接开关。触头温度降低至48 ℃左右，降温效果明显，高负荷下开关触头使用寿命比低负荷运行时更长，冷却风较厂房内更洁净，对开关起到清洁作用。另外，在停、送直流电时，为减少高负荷对触头的损伤，在低负荷的条件下开、闭短接开关，开、闭动作完成后再将电流负荷逐步提升到生产负荷。

3 提高电解槽作业率的效益

通过以上措施的实施，缩短了每天出铜作业时间，电解槽作业率从94%提升至96.6%，提高了2.6%，带来了可观的效益。

(1) 按照生产电流负荷29.5 kA，电流效率96.7%，生产350天计算，阴极铜年产量增加29.5×1.1852×784×96.7%×24×350×2.6%÷1 000= 5 986.63 t，增加了阴极铜销售利润。

(2) 每天出装作业时间平均缩短2 h，减少机组、吊车等设备交流电耗1 331.54×2×350=932 078度，按每度电0.4元计算，每年节约电费37.3万。

(3) 阴极铜产量提高后，每吨阴极铜的设备折旧费用降低，即吨铜固定成本降低。

(4) 各组电解槽的作业率均衡后，各组残极重量偏差缩小，残极率较均衡可控。

(5) 操作人员每天的工作时间缩短2 h，降低了人员的劳动强度及安全风险。

4 结语

在生产实践中，通过提高两极处理关键设备的运行效率，以及改进电解槽补液方式，缩短关键工序时间，优化生产组织，缓解设备较恒定的运行能力与不均衡生产需求之间的矛盾，缩短两极出装作业整体时间，提高电解槽作业率，增加了阴极铜产量，从而增加了产品销售的利润，降低了每吨铜的设备折旧费用以及设备交流电耗，为企业增加了经济效益。同时缩短了每天作业人员的作业时间，降低了作业安全风险。