倾动炉M16双园盘自动浇铸机.docx

倾动炉M16双圆盘自动浇铸机一 概述江西铜业集团公司是我国最大的铜采矿、选矿、冶炼和加工联合 企业。贵溪冶炼厂为其下属的企业。按照国家基本建设委员会1978 年批复的文件，贵溪冶炼厂设计规模为年产铜20万吨，工厂分两期 建设。一期工程于1985年12月建成投产，采用世界上先进的闪速炼 铜技术和设备，设计规模为年产铜9万吨。一期电解工程采用传统大 极板长周期电解工艺，于1986年12月建成，能力为年产阴极铜7.5万 吨。二期工程于1994年开始建设，根据一期工程的建设经验和依靠 技术进步，充分吸收和借鉴国夕卜成功的经验，按低投入高产出、求效 益的原则，采用在一座闪速炉上改扩建的熔炼方案，并对转炉吹炼、 阳极精炼、烟气制酸、铜电解及贵金属回收和公用辅助设施逐项进行 改扩建。工程于2000年6月全部建成投产，贵溪冶炼厂实现了年产20 万吨阴极铜的生产能力，技术和装备达到了世界闪速炼铜工厂的先进 水平。随着国内外铜冶炼技术和规模的不断发展，为了进一步提高企业 的经济效益和满足国内市场对铜的需求，江西铜业集团公司按照十年 规划和国彖江西省有关领导的指示精神，紧紧围绕“将江西铜业集 团公司做大、做强、做好”的主题，经反复研讨后提出了贵溪冶炼厂 铜冶炼系统技术改造工程即贵冶三期工程的目标为：2000年 2005年，在贵溪冶炼厂二期工程现有设施的基础上进一步挖潜改造， 将阴极铜产量由现在的20万吨/年提高到40万吨/年；之后再继续寻 求先进可靠的新技术，到2010年达到年产阴极铜70万吨的水平。二浇铸机的概况阳极浇铸是指液态的阳极铜被自动浇铸系统浇铸成一定物理规格的阳极板过程。阳极浇铸有两种工艺：连铸和铸模浇铸。连铸是连 续作业，连续浇铸并轧成板带，经剪切或切割成单块阳极的过程。但 该设备结构复杂，投资较高，在国内尚未推广。铸模浇铸又分为直线 型和圆盘型。直线型浇铸机结构简单、占地面积小、投资低，但浇铸 的阳极质量差；圆盘型浇铸机设备自动化程度高、稳定性能好、生产 能力大、劳动强度低，是大型铜阳极生产的主要设备。下面是三种最 常见的阳极浇铸方式：1.传统的人工浇铸，它是由人工控制，铜液从精炼炉放铜口放 出，经流槽进入浇铸包，注入铸模，重量由浇铸工根据模子的充满程 度或经验进行控制，其随机性很大，重量波动大，生产能力低，劳动 强度大。1-反射炉淫-溜槽;3-浇包铸模;5圆盘浇铸机;A取板装置7-冷却水槽；8-叉车图3-1人工浇铸系统示意图2 .奥托昆普式圆盘浇铸机。它是20世纪50年代发展起来的一种 半自动或自动式定量浇铸机。有双包单圆盘和双包双圆盘两种形式的 圆盘浇铸机，称量包由微机控制，经液压系统自动浇铸。这种浇铸设 备自动化程度高，设备稳定性好，生产能力大，劳动强度低。1-铜水包;2-阳极炉;3-溜槽网-中间包;5-浇包;6-称重系统；7-铸篌;8-圆盘浇铸机;9-自动取极装置；W-冷却水槽;II-叉车图3-2奥托昆普式圆盘浇铸机示意图3 .哈兹列特式连续浇铸机。它是20世纪70年代由德国MSM公 司开发的一种连续浇铸设备。该设备自动化程度高，整个设备的控制 核心是带式浇铸机。保持浇铸机内的浇铸液位恒定，浇铸液位的自动 控制使用电磁测量仪监视金属液位，自动纠正浇铸包位置。整个浇铸 和切割过程通过来自浇铸机浇铸速度和阳极挂耳的信号，对所有浇铸 机之后的所有设备进行完全自动化控制。但该设备结构复杂，工艺流 程长，维护量大暂未得到推广。1-揩炼炉;2-保温炉;3-中间包-浇铸机-压紧辗;6顼切机;7-冷却通道;8-堆垛机78阳极堆垛图3-3哈兹列特式连续浇铸机圆盘浇铸机是铜阳极生产的主要设备。它是由焊接钢结构制成， 直径由中700021000mm不等。有单包单圆盘、双包单圆盘、双 包双圆盘。铸模摆放块数有1260块不等。圆盘浇铸机有滚动轴承中心支承式、滚轮支承式和托轮支承式。 按驱动方式，有齿轮传动、钢丝绳周边传动、槽轮周边拨动、钝齿周 边传动及液压连杆拨动等形式。目前贵冶使用的是滚动轴承中心支 承、齿轮传动式圆盘浇铸机。它比直线浇铸机运行平稳，浇铸质量高。三M16双圆盘浇铸机的基本设计系统设计的要求贵冶三期规划中建设一台日处理量为350吨/炉的倾动炉（年产 量100,000吨）,用于处理紫杂铜、粗铜及残阳极铜的冶炼和精炼设 备，配套投建的是一套阳极板圆盘浇铸系系统设计的参数制定图4-1 M16双圆盘浇铸系统正在浇铸1 ）设计依据a）依据三期德国MAERZ公司350吨倾动炉报价书提供的数据加料、冶炼约1012h氧化和扒渣约24h还原约13h浇铸最大5hb）江铜集团贵溪冶炼厂项目设计有关要求c）江铜集团贵溪冶炼厂电解生产情况有关资料398 kg±1%500Kg/块85 100吨/小时98%1150C1240C2）技术性能浇铸阳极板重量允许浇铸的最大重量浇铸能力合格率铜水温度4.3设计方法和详细设计进程粗略结构设计技术设计 V精确结构设计 ，精确结构设计四 双圆盘M16浇铸系统工艺过程及系统组成双圆盘M16浇铸机工艺过程图图4-2倾动炉浇铸系统工艺流程图双圆盘M16浇铸系统组成及工艺概述图4-3M16双圆盘浇铸外观图M16模双圆盘自动浇铸系统，分为左右2个圆盘，每个圆盘各有 16块模子，每台圆盘均有各自的独立的控制系统。两个圆盘可同时 作业，也可实现单独作业。其主要结构单元为自动定量浇铸系统、圆 盘及驱动机构、冷却喷淋系统、提取机-水槽装置、自动喷涂系统及 废阳极葫芦。两台圆盘共用一个液压站。与其配套共用的辅助设备还 有：流槽、中间包、浇铸包、喷淋增压泵、水槽冷却循环泵和排蒸汽 风机等。此外还需要叉车和行车配合工作。阳极板的浇铸过程：加入倾动炉内的紫杂铜经过熔化、氧化-还 原除杂精炼后，在浇铸控制室操纵炉子。将炉子从零度位置向浇铸方 向倾转，高温铜水从出铜口流出，落入安放在炉子下面浇铸侧的活动 流槽。再从活动流槽口溢出，经固定流槽进入中间包。待中间包内达 到一定量的铜水时，便开始往放在电子称上的浇铸包灌注铜水，称量 系统对注入的铜水进行连续计量称重，当浇铸包内的铜水达到设定的 重量时，中间包自动返回并开始向另一台电子称上的浇铸包倾注铜 水，该电子称同样进行计量称重，铜水量达到设定值时中间包返回至 等待位置。圆盘上的空模停留在浇铸位置时，浇铸包开始向浇铸位置 的空模进行定量浇铸。当模子内的铜水达到所设定阳极板的单重时， 浇铸包自动返回等待位置。中间包又向浇铸包注入一定量的铜水，同 时圆盘运转一个模位，浇铸包又重新向下一块空模定量浇铸铜水。圆 盘上浇铸好的阳极板便依次进入喷淋冷却区淌未完全凝固的阳极板 在这里得到均匀的强制冷却。从喷淋区出来的阳极板随后转至预顶起（废阳极）位置，在这里锁模装置与预顶起装置同时启动，锁住模子 并将阳极板顶起，废品阳极板在这里被吊离铜模进入废阳极料斗，合 格的阳极板便进入提取-水槽位置。该位置的顶起装置又将阳极板顶 起，提取机将阳极板从圆盘内取出放入水槽内进一步冷却。待水槽内 的阳极板成垛累积达设定数量后，冷却水槽中的链式输送机便将整垛 的阳极板送到水槽尾部，水槽尾部的堆垛提升装置将阳极板提升起 来，叉车再将成品阳极板叉运至阳极堆场。被提取机取走阳极板的空 铜模继续转至喷涂区，喷涂装置将空模进行喷涂处理，在空模上覆盖 一层硫酸钡脱模剂。喷涂好的空槽再次进入浇铸位置进行浇铸，如此 循环往复作业，直至浇铸结束，然后将炉子倾转回零度位置。16模双圆盘浇铸系统设置了来自电子称量系统、模浇铸位置、 顶起装置、锁模装置、阳极提取装置等方面的连锁信号，保护的圆盘 安全运行。此外，在浇铸岗位操作盘面、废阳极岗位操作盘面以及喷 涂岗位操作盘面和液压站都设有事故紧急停车按钮，用于避免人员及 设备的重大伤害。事故紧急停车按钮动作时，圆盘浇铸系统立即停止 工作，液压站也立即停止运行，只有当事故紧急停车按钮松开复位， 浇铸系统及液压站才能重新启动。所以，该按钮是在意外紧急的情况 下使用的特殊按钮。五浇铸圆盘系统的研究倾动炉的浇铸圆盘为单16模双圆盘，采用周边调频传动，电机 功率：11KW，直径：9.53米。焊接钢结构，每个圆盘中心安装一个 中心轴承与16根径向梁成辐射状联结，径向梁底下安装了圆形轨道， 轨道安有17个托滚支撑整个圆盘行走，径向梁上面盖有护板，便于 操作人员日常作业。径向梁之间还装有两根横梁，横梁上有三个小方 孔（靠外的横梁有两个，里面的横梁有一个）用于安放定位螺栓，支 撑铜模。模子的高低及水平度可通过这三个螺栓进行调节。圆盘的外则安装了外齿圈，齿圈与驱动机构的驱动轮啮合，驱动 电机通过变速箱和驱动轮，将动力传替给齿圈，从而带动圆盘行走。 浇铸圆盘的运行过程是先由慢到快做加速运动、高速运动、最后做减 速运动。运动的控制是通过变频调速系统来完成。按照工艺的操作特点，每个圆盘按其功能的不同可划分为五个的 工作区：阳极板浇铸区、喷淋冷却区、废品阳极检查清理区、阳极提 取区、自动定量喷涂区。圆盘运行有手动操作和自动操作两种方式，手动方式即是圆盘运 行的各个程序都需在操作盘面上给出指令。自动操作方式便是满足圆 盘运行的条件具备后，圆盘按编制好的程序运行。圆盘运行至一个模 位时，触发模子位置限位开关，圆盘即停止运行。锁模油缸锁住模子 同时预顶起油缸将阳极板顶起。之后，顶起油缸亦随之动作。提取机 提起阳极板后，预顶起和顶起油缸返回。模子锁定解除，且圆盘锁定 解除。若因某种原因造成提取机未提起阳极板而又滞留在模位时，预顶 起、顶起和锁模油缸会延时返回，模子锁定不能运转，当提取机离开 模位，预顶起、顶起和锁模油缸返回，圆盘接受到允许继续运行指令。 当浇铸包向圆盘给出了启动信号时，圆盘进入下一顺序作业。喷淋冷却系统的研究1喷淋冷却系统结构研究喷淋冷却系统主要是由安装在圆盘冷却区域的上、下和侧面冷却 水管路、阀门控制系统、喷淋集气罩和喷淋排气风机组成。喷淋冷却区域共有七块模子，七块模子都安装了底部排孔喷射冷 却水，除首尾的两块的其余五块模子安装了五个上喷头冷却水，中间 的两块模子还增加了前侧和后侧排管喷射冷却水。可对该区域内的七 块模子进行强制降温处理。冷却水的设计压力为10bar，冷却水的最 低操作压力为4bar，排蒸汽风机能力为30000Nm3/h，喷淋支管上 管路安装12个气动控制柱塞阀用于冷却水的调节、控制，总管上安 装了主控制气动阀。2喷淋冷却系统的工作原理研究称量装置定量浇铸好一块阳极板后，圆盘逐一转动模位，浇有阳 极板的模子大约在1分钟左右便进入喷淋冷却区域，这时阳极板表面 尚未完全凝固，没有成形的阳极板内部大约有11001000°C左右。 铜水的热量迅速向模子传递，操作人员便需要通过冷却系统对模子及 模内的阳极板从上、下两方向进行强制冷却，经过喷淋冷却区冷却后 的阳极板一般控制在800 900C左右。每根冷却水管安装了一个手 动控制球阀和气动控制注塞阀，气动控制注塞阀可通过计算机自动控 制，计算机能够按照预先设置好的程序，对每块进入冷却区域的模子 根据其温度的不同及输入信号的不同进行阀门开启或关闭的选择。出 铜过程中冷却水量只能通过每个喷头的手动球阀来调节。3预顶起、锁模装置及废阳极吊的研究位于浇铸圆盘废阳极区域安装有预顶起、锁模装置。其功能是将 经过喷淋冷却区冷却成形的阳极板进行成功地脱模。当浇铸了阳极板 的模子进入废品阳极检测区，圆盘控制系统发出指令，锁模装置锁夹 铜模，预顶起装置通过模子底部的两根顶针杆将模子内的阳极板顶 起，废品阳极的操作人员检查阳极板的质量，合格阳极板放行进入阳 极提取区域，不合格的废品阳极板便用废阳极电葫芦吊走。这时，铜 模的温度大约120 140C左右。2吨电葫芦安装在弧形轨道上，用于起吊进入废阳极区域的废品 阳极板。图5-3锁模装置锁模以及预顶起油缸正将阳极板顶起图5-4提取机正将阳极板提起，将送往水槽进一步冷却4提取一水槽系统的研究提取-水槽系统主要由阳极提取装置、水槽、链式运输机、堆垛 （板束）提升装置组成。提取装置安装在水槽的前端，链式运输机安 装在水槽的内部，堆垛（板束）提升装置装在水槽的尾端。其主要功能是提取装置从圆盘的铜模内，将阳极板提进水槽中的链式运输机的链条上， 进一步的冷却，并分成垛，再由链式运输机送至水槽的尾部，堆垛（板束）提升装置将整垛的阳极板提升出水槽以便叉车运输。图5-5冷却水槽链条正在输送阳极板阳极提取装置的技术参数：.提升能力500kg.旋转角度150°.宽度1750mm.距模子上表面的提升框架的最大高度2120mm.每台装置重量1400kg冷却水槽及运输机的技术参数.水模中能放置阳极板的数量最多30块.每个板束允许设置阳极板的数量最多15块.水槽的长度约5700 mm.水槽的宽度约1870 mm.水槽的高度约1800 mm水槽的重量 喷涂系统的研究约9000kg喷涂系统是由安装有搅拌电机的搅伴桶、隔膜泵、安装喷头的支架、自动喷涂控制系统等组成。图5-7喷涂系统存在问题1喷涂装置由于时间短、任务重，在研制和试生产过程中均暴露了一些新的 问题和缺陷，主要问题如下：由于喷涂装置气动驱动，喷涂效果受压缩气压力和流量影响，导 致喷涂的效果不好，喷涂量过多，模子不易干燥，浇铸时铜水飞溅严 重，阳极板飞边、毛刺增多，板面也不平整光洁。喷涂量过少或不均 匀时，不能有效脱模，阳极板易被顶弯，甚至造成粘模故障。在试生产后，改移动喷涂为固定喷涂，可部分消除喷涂不均匀的 情况。2集中润滑装置集中润滑装置的使用，存在润滑油硬化，管道清洗不干净，最终 导致堵塞管道，是制约集中润滑装置正常使用的瓶颈。由于对润滑油 的特性以及集中润滑装置研究的深入力度不够，因此在以后的研究中 还需要进一步研究。集中润滑装置对园盘的平稳运行有较大的影响而平稳运行的园 盘对阳极铜浇铸阳极铜的物理规格合格率起重要的作用。3废阳极吊车装置由于资金有限，废阳极吊车装置设计为3吨的电动葫芦吊车， 使用非常不便，例如，当在使用圆盘浇铸系统浇铸阳极铜的过程中， 产生废阳极铜，这时需要2人配合，才能将废阳极铜吊出，如果废阳 极铜耳朵断裂，吊出耗时很长，最终影响浇铸速度和浇铸的过程。