铜电解系统输酸管路工艺优化生产实践.pdf

结合贵溪冶炼厂铜电解车间生产实践，针对铜电解系统出装槽生产现场原有输酸管路布局的限制与不足之处进行创新改造，以每个电解槽体配备的输酸管路与阀门控制为设计思路，以厂房现有的设备布局为设计框架，拆除原有橡胶软管，改装聚丙烯输酸管路与控制阀门。输酸管路优化改造之后，通过日常生产运行的观察，大幅减少了环保、安全、操作、维护等生产方面的隐患，效果十分显著。关键词：铜电解；输酸管路；橡胶软管；聚丙烯管道；环保中图分类号：TF811Production practice of acid pipe process optimization(Guixi Smelter,Jiangxi Copper Corporation,Guixi 335424,Jiangxi,China)Abstract:Combined with the production practice of copper electrolytic workshop in Guixi Smelter,this paper inno-vates and renovates the limitations and shortcomings of the original acid pipe layout in the production site of copperelectrolytic system outlet tank,takes the control of acid pipe and valve equipped with each electrolytic tank as thedesign idea,takes the existing equipment layout of the plant as the design framework,removes the original rubberhose and refits the polypropylene acid pipe and control valve.After the optimization and transformation of acidtransport pipeline,through the observation of daily production operation,hidden dangers in environmental protec-tion,safety,operation,maintenance and other aspects of production have been greatly reduced,and the effect isvery significant.Key words:copper electrolysis;acid pipeline;rubber hose;polypropylene pipe;environmental protection贵溪冶炼厂电解车间目前电铜年生产能力为102.6万吨，在生产使用当中的电解槽体总共有3422个。其中车间一系列电解槽面正在使用的电解生产槽有1 30 4个，每天需要生产出装槽的数量约120个。阴阳极的出装槽是有一定规律的，出铜作业分单极出装作业和双极出装作业，单极出装作业较为简单，出双极时的主要作业步骤有停液、放液、出铜、放泥、刷槽、清槽、吊装阴阳极铜和加酸装液 1-2 。其中加酸装液所涉及的槽面循环生产槽数量不断变化，辅循环回路管道中的电解液不断充满、放空，使得循环系统动态体积不断变化，流动性也较文献标识码：Bin copper electrolytic systemZHOU Nan大。电解液总体积控制的目的是为了调控电解液中Cu2+、H,S O 4、A s、添加剂浓度稳定，给铜电解精炼过程中提供良好的电化学环境基础 3-5。加酸装液所涉及的槽面输酸管路系统的材质为橡胶软管，目前一系列的电解生产槽组配置输酸管路的方式是每两组配置一根输酸软管，补酸装液方式是通过操作工拖动橡胶软管给每个电解生产槽加酸装液。此补酸方式不仅繁琐，工作量大，严重影响铜电解出装铜作业速度，而且容易引起酸液泄漏，对员工的安全与环境保护造成了一定的安全隐患。同时，为了给电化学反应提供良好的电解液环境基础 6-7，必须保作者简介：周楠（1 9 8 7 一），男，大学本科，工程师，主要从事铜电解精炼生产工作，E-mail:。第4期证给每一个处在出装电解槽作业当中的电解生产槽均匀稳定地加酸装液。1改造之前的输酸管路现况分析1.1改造之前的输酸管路结构分析系统改造之前所使用的输酸管路采用的是增强聚丙烯球阀作为单组控制阀门，外接一根橡胶软管作为主要的手动操作输酸管路，通过焊接和铁丝捆扎的方式连接在一起。输酸软管结构示意图与输酸管路平面布局示意图如下图1 与图2 所示。增强聚丙烯球阀钛管图1 改造之前的输酸软管结构示意图电解槽L输酸软管电解槽图2 改造之前的输酸管路平面布局示意图1.2存在的问题分析1.2.1环保方面电解槽面加酸装液作业的时候，移动橡胶软管易造成酸液跑冒滴漏的情况发生，不仅会对电解槽体下部位置的设备设施造成污染与腐蚀，而且电解液在循环系统中是一种导电体，其电位在阴阳电位之间 8-9 1，酸液的泄漏流动至集液槽与地面构成了电路，从而产生漏电 1 0，酸液的泄露会造成电能的损失 1 1 7。同时酸液透过腐蚀开裂处渗透到地下，在持续压差作用下慢慢向厂房外扩散，导致车间厂房废水排口检测屡屡超标，给车间和工厂的环保治理带来巨大的压力，也造成了周边环境的污染。1.2.2安全方面贵冶电解车间曾发生过几次加酸橡胶软管爆裂喷酸的事件，这极大的威胁到生产操作人员的身体健康和生命安全，是车间目前意识到但是仍未根治的重大安全隐患，急需彻底清除。Sichuan Metallurgy1.2.3操作方面电解槽面槽组总长度较长，橡胶软管随之亦长，目前采用的拖动橡胶软管逐槽加酸装液的方式给液，工作量大，操作工的劳动强度大，所需给液的时间也较长。每加满一生产槽的电解液需要30 分钟，一组电解生产槽有1 6 个槽体，则一共需要8 个小时的加酸装液作业，严重影响电解生产作业速度。1.2.4维护方面现场的橡胶软管长度较长，摆置不便，胶管表面常有异常外伤，容易硬化、软化、变色等，中间腐蚀破损点较多，短接口松动漏点较多。根据日常生产对加酸软管使用的频率以及现场作业状况的考察，目前需要平均每两个月更换一次槽面的橡胶软管，劳动强度较大，消耗的成本费用也较多，不利于工厂降扎丝橡胶软管67.本增效的原则。2辅输酸管路系统优化改造设计与工程实施2.1设计方案每个电解槽体配备固定输酸管路和控制阀门，形成输酸管网。拆除原有橡胶软管，改为在每两组电解槽体中间增加一根输酸主管路，从输酸主管路左右两边各接分支支管伸入电解槽内用于加酸装液，在主管路上安装总控制阀门,在各个支管安装增强聚丙烯球阀作为单槽控制阀门。每日进度需根据生产作业计划提前完成作业槽组所需的输酸管路安置，所有输酸管路制安完成后必须试漏。2.2管道布局以充分利用车间生产现场现有设备，减少材料消耗为原则，对厂房现有的设备布局进行深度考量，该车间一系列传统电解厂房针对老7.5 万吨年产能系统、新7.5 万吨年产能系统、5 万吨年产能系统、东扩南北电解系统四个小系统的原有管道与槽体的分布格局进行不同的统筹规划。2.2.1管道布局方案一老7.5 万吨年产能系统的电解槽整体布局是每两组电解槽串联一台电、气动短路器，东扩南北电解系统的电解槽也是每两组电解槽串联一台悬挂式短路器，因此老7.5 万吨年产能系统与东扩南北电解系统的电解槽组之间都有充分的空间可安置优化后的输酸管路。老7.5 万吨年产能系统与东扩南北电解系统的槽面输酸管路平面示意图和截剖图如下图3 与图 4所示。68电解槽输酸管路电解槽图3老7.5 万吨年产能系统与东扩南北系统输酸管路平面示意图电解槽输酸管路图4老7.5 万吨年产能系统与东扩南北系统输酸管路截剖示意图2.2.2管道布局方案二新7.5 万吨年产能系统与5 万吨年产能系统槽体布局是一样的，每单组电解槽并联一台电、气动短路器，每两组电解槽体中间布有铜母线排与母线盖板，占据了槽组中间的大部分面积，导致输酸管路无法装置，需要重新布局。根据车间生产现场的观察，电解槽组给酸管路的边侧具有适当的空间可安装输酸管路，完美解决了此项问题。新7.5 万吨年产能系统和5 万吨年产能系统的输酸管路平面示意图与截剖示意图如下图5 与图6 所示。输酸管路电解槽铜母线排电解槽图5 新7.5 万吨年产能系统与5 万吨年产能系统输酸管路平面示意图2.3改造工程与实施步骤老7.5 万吨年产能系统与东扩南北电解系统输酸管路按照每两组一根主管道制安，新7.5 万吨年四川冶金产能系统与5 万吨年产能系统输酸管路按照每一组一根主管道制安，根据生产作业计划提前天数完成作业槽组所需输酸管路，所有管道制安完成后必须试漏。主要的使用材料统计如下表1 所示，主要的项目改造概算如下表2 所示。电解槽过道板母线盖板输酸管路上酸管路图6 新7.5 万吨年产能系统与5 万吨年产能系统输酸管路截剖示意图表1 主要的使用材料数据统计输酸管路支架序号123456789101112131415161718序号1234567输酸管路工程主要实施步骤如下：(1)安装新增加酸管钢衬PE管道支架8 6 0 件，钢衬PE管道固定支架间隔必须适当均匀，其作用不仅仅是使管线固定，还要求能承受管线因线性膨胀而产生的膨胀力 1 2 。(2)安装新增DN100聚丙烯输酸管路主管道第45 卷过道格栅铜母线材料名称规格不锈钢法兰DN65 PN10不锈钢阀门DN65PN10不锈钢U型螺栓M16 D114不锈钢螺栓M16聚丙烯9 0 弯头DN50 dg63聚丙烯9 0 弯头DN65 dg75聚丙烯法兰DN50PN10聚丙烯法兰DN100 PN10聚丙烯管DN50 dg63聚丙烯管DN65 dg75聚丙烯管DN100 dg114PVC-U90弯头DN50 dg63PVC-U管DN50 dg63PVC-U法兰DN50PN10增强聚丙烯球阀DN50PN10增强聚丙烯钢衬PE支架橡胶垫片玻璃钢格栅板表2 主要项目改造概算总表工程和费用名称设备购置费管道安装工程费现场原有设施拆除费监理费设计费预算编制费总计材质316L316L316L316LFRPPFRPPFRPPFRPPFRPPFRPPFRPPPVC-UPVC-UPVC-UDN50,DN65橡胶玻璃钢平方米750概算价值（万元）0189.210.875.688.520.85205.13单位数量块166件83套860套22656件2676件156块2676块146米2400米110米2250件4756米2900块2676件2476件860件5800第4期2250米，主管DN65不锈钢阀门8 3件，按照指定位置铺设，法兰连接处螺杆紧固到位，弯头、直接连接处焊接牢固。(3)输酸管路主管左右两边各接DN50聚丙烯支管供电解生产槽体内加酸装液，支管累计2 40 0米,并安装DN50聚丙烯球阀控制各生产槽加酸装液，球阀累计2 47 6 件。（4)现场实际测量尺寸，制作安装DN50PVC-U硬管伸人电解生产槽内加酸装液，DN50PVC-U管累计2 9 0 0 米。(5)所有输酸管道阀门安装结束后试漏。3输酸管路系统优化改造之后效果检验(1)输酸管路系统改造优化之后，只需要开、关阀门,即可实现电解槽单槽加酸给液与多槽加酸给液同时进行，并且保证了每个电解槽均匀装液，大大降低了岗位人员的劳动强度，也使得电解循环系统体积合格率达到9 9.5%以上。图7 与图8 分别是车间一系列在输酸管路改造优化前后一个月的电解液铜酸浓度单日波动值的对比数据记录曲线。由图7和图8 可以看出，进一步稳定电解液循环系统总体积，电解液成分也随之更稳定。3.532.521.510.502 6 10 14 18 22 26 30图7 一系列输酸管路改造优化前后一个月电解液铜浓度单日波动值（g/L）数据记录曲线543210+2610 1418 2226 30图8 一系列输酸管路改造优化前后一个月电解液酸浓度单日波动值（g/L）数据记录曲线Sichuan Metallurgy期总时间的百分比就是铜电解生产的作业率。在通电电流和生产槽数不变的条件下，提高电解槽作业率可以增加阴极铜的产量。之前每加满一槽电解液需要30 分钟，输酸管路系统改造优化之后平均每个电解槽加酸装液的时间相比改造之前节约了6 分钟左右，一组电解槽以1 6 个槽子计算输酸管路系统改造优化之后，一组电解槽的加酸装液时间可节约9 6分钟。图9 是该车间生产一系列在输酸管路系统改造优化前后一年内每月作业率对比数据记录曲线。由图9 数据分析可得，车间生产一系列输酸管路系统改造优化后一年的平均作业率相比较改造前一年的平均作业率上升了0.2 6 个百分点。98.59897.59796.59695.5468 10 12 14图9 生产一系列输酸管路改造优化前后一年内每月作业率（%）数据记录曲线(3)通过观察近期的生产运行，改造后的加酸装液方式大大缩短了给液时间，降低了操作工劳动强一改造前一个月度，提高工作效率，同时又消除了安全隐患，保证酸+一改造后一个月液不外泄，废水外排不达标次数大幅减少，加酸装液安全得到保证，改造优化之后每年喷液伤人的安全问题次数降为零。4结论阴极铜的生产是电解精炼生产工艺，具有强腐蚀性液相和气相介质，对于安全生产和环境保护方面有着非常严格的要求。贵冶电解车间的输酸管路系统优化改造工程完成后，经过生产实践验证，此项一改造前一个月系统改造既可以保证循环系统环境的相对稳定，提+一改造后一个月高了生产作业率，安全生产顺行，又能保证缓解工厂环保治理的压力，而且效果显著，为今后的铜电解生产、管理以及电铜质量的提高做出了扎实的保障。参考文献：1张鹏飞.铜电解精炼工艺分析 J.中国金属通报，2 0 2 1(1):910.2黎邹江，李栋，许志鹏，等.旋流电积在有色冶金中的应用 J.有色金属科学与工程，2 0 1 9（5）：1 一7.69(2)铜电解生产槽面通电总时间占整个电解周一一改造前一个月一一改造后一个月.703侯娟奇.铜电解电耗因素影响分析及研究 J.铜业工程，2 0 2 0(3)：2 7 30.4曾箐雨.铜电解精炼极间短路行为研究 D.北京：北方工业大学，2 0 2 0.5占焕武，魏涛，叶栋，等.双向平行流铜电解生产实践J.有色金属（冶炼部分），2 0 2 2（1 0）：43一47.6方亚超，潘明熙，黄惠，等.铜电解沉积过程中添加剂的影响研究现状及展望 J.矿冶，2 0 2 1，30（5）：6 1 一6 9.7朱朱红，后洁琼，李中建，等.铜酸比例对铜电解阴极铜质量的影响机理分析 J.中国有色冶金，2 0 2 1，5 0（4）：2 9一35.四川冶金8方支灵.高电流密度铜电解工业化试验研究 J.广州化工,2 0 2 1,49(1 6):7 47 6.9徐鑫，范翔，程艮艮.30 万吨铜电解系统的工艺技术优化 J.有色冶金节能，2 0 2 1，37（2）：2 4一2 6.10孔德颂，罗劲松，王有维，等.铜电解阳极钝化及漂浮阳极泥控制技术研究进展 J.中国有色冶金，2 0 2 1，5 0(1):1-8.11李鸿程，李继元，刘商海.浅谈永久阴极铜电解生产管理.中国有色冶金，2 0 2 0，49（5）：5 3一5 6 十7 4.1 2 程鹏.无机物填充聚丙烯复合材料自增强机理及实验研究 D.北京：北京化工大学，2 0 2 0.第45 卷(上接第 5 1 页）另外，连铸过程中结晶器钢液面波动相对较大，甚至卷入了保护渣。根据原因分析并结合实际工艺，提出如下改进措施：在电炉出钢过程中,将电炉调整Mn元素的原料改为LF炉精炼的锰硅合金和高碳锰铁，避免高锰生铁中氧化物污染钢水。在LF精炼过程中,精炼岗位应注重操作,严格执行作业指导书中LF终点温度的规定范围，避免一次升高温，再加废钢降温操作，如确实LF终点温度高于规程要求，需加入调温废钢，应相应延长LF过程吹氩时间。在连铸过程中，通过优化结晶器浸人式水口插入深度，降低结晶器钢液面波动，避免卷渣。在轧钢红检过程中，首先将“黑线”缺陷维护到热轧带肋钢筋表面、外观质量检查及判定标准中,其次对红检人员进行针对性培训、增加产品红检过程表面检查频次，来加强产品表面质量检验。(3)通过上述措施后，某厂7 0 t电炉生产的HRB400E螺纹钢在高倍显微镜的直读法观测下未发现夹杂物,且18mm规格的钢筋力学性能明显提升、稳定，产品表面未发现“黑线”缺陷，改进效果显著。参考文献：1杨才福.高强度建筑钢筋的最新技术进展 J钢铁，2010,45(11):1-11.2刘朋飞.HRB400E螺纹钢冷弯断裂原因分析及改进措施J.山西冶金，2 0 2 3，46（1）：37 39.3李维华，林致明.耐海洋腐蚀螺纹钢HRB400cE电炉冶炼生产实践 J.中国高新科技，2 0 2 0（2 0）：33一34.4全太钦.淮钢短流程生产线生产高强度螺纹钢的工艺实践 J.现代冶金，2 0 0 1，2 9（6）：30 33.5涂传江，林晏民.CONSTEEL电炉生产的螺纹钢屈服强度不确定性的研究 J.钢铁研究，2 0 0 2，30（4）：3942.6上官方钦，殷瑞钰，李煜，等.论中国发展全废钢电炉流程的战略意义 J.钢铁，2 0 2 1，5 6（8）：8 6 一9 2.信息欧委会宣布向41 个大型绿色低碳项目资助超36 亿欧元近日，欧盟委员会宣布通过欧盟创新基金向该地区41 个大型绿色低碳项目资助超36 亿欧元，该项目范围涵盖了水泥、钢铁、先进生物燃料、可持续航空燃料、风能和太阳能等领域。据悉，上述项目地点分布在欧盟的1 5 个成员国，包括奥地利、比利时、克罗地亚、丹麦、芬兰、法国、德国等。受资助的项目将在2 0 30 年前全部投入运营，投用后的1 0 年之内，可帮助欧盟减排2.2 1 亿吨二氧化碳。具体来看，上述41 个项目中包括：1 3个工业电气化和氢能项目，资助金额近1 2 亿欧元；清洁生产技术项目1 1 个（包括4个电解槽制造项目、4个电池回收项目、3个光伏电池板及模块项目），资助金额近8 亿欧元；一般性脱碳项目8 个（包括3个炼油厂项目和5 个水泥和石灰行业项目），资助金额为1 4亿欧元；中型中试项目9 个，资助金额为2.5 亿欧元。（来源：中国钢铁新闻网）