一種陽極板定量澆鑄的方法與流程
2023-09-12 17:47:45 1
本發明涉及陽極板澆鑄技術領域，特別涉及一種通過監測陽極板模具型腔內熔體厚度變化對陽極板進行定量澆鑄的方法。
背景技術：
在鎳、銅、鉛、錫等電解精煉生產中，將粗金屬料、殘極等進行配料熔化，然後在特定形狀的模具中鑄成陽極板，並與陰極板交叉放置在電解槽中通直流電進行電解，陽極上的金屬和比其活潑的雜質元素發生氧化溶解進入溶液，精鍊金屬元素則在陰極板上還原沉積，得到純度更高的陰極產品。
陽極板上金屬及其它活潑金屬不斷氧化溶解進入溶液，而不活潑的元素會殘留在極板上或者部分沉積到槽底形成陽極泥。電解過程中維持合理經濟指標的電解工藝要求保留一定量的殘極返回熔煉爐中與新的原料一起再熔煉、澆鑄成陽極進入下一個電解周期。陽極板的均勻性是保證電解精煉過程獲得高質量陰極產品、均勻電流分布、低的產品直流電耗和低的殘極回收率的重要因素，而陽極板厚度是澆鑄過程中控制的最主要參數之一。目前一般通過電子秤稱重方法控制澆鑄金屬熔體重量來對陽極進行定量澆鑄。
與銅、鉛等電解精煉相似，硫化鎳電解精煉生產金屬鎳過程中，使用的陽極含75％左右的鎳和約25％的硫。硫化鎳熔體粘度大、流動性差，澆鑄過程特別容易結渣，使用電子秤稱重方法來控制陽極板質量無法保證厚度的一致性，效果不好，而硫化鎳陽極的厚度對電解指標的影響更為嚴重，亟需採用新的控制陽極澆鑄質量的方法。
技術實現要素：
為了解決現有電子秤稱重方法控制陽極板質量效果不好的問題，本發明提供了一種通過監測陽極板模具型腔內熔體厚度變化對陽極板進行定量澆鑄的方法，包括：
將非接觸式測距裝置安裝於澆鑄位置的正上方區域；
根據所述測距裝置測量的數據，確定澆鑄機上的模具型腔是否到達所述澆鑄位置；
當所述模具型腔到達所述澆鑄位置時，停止澆鑄機運行，並向所述模具型腔中澆鑄高溫液態陽極熔體；
當所述模具型腔到達所述澆鑄位置，且所述測量裝置測量的數據與澆鑄時所述測距裝置測量的數據的差值達到陽極板澆鑄厚度預設值時，停止澆鑄。
所述根據所述測距裝置測量的數據，確定澆鑄機上的模具型腔是否到達所述澆鑄位置的步驟具體包括：
根據所述測距裝置測量的數據，建立測量距離與時間的變化曲線；
根據所述變化曲線中出現表示兩個模具之間間隙的距離尖峰、模具型腔的上邊緣距離和模具型腔的底面距離，確定澆鑄機上的模具型腔到達所述澆鑄位置。
所述陽極板澆鑄厚度預設值通過如下公式計算：
hs＝eaT+bγ+cη+dδ
其中，T為陽極熔體溫度、γ為陽極熔體密度、η為陽極熔體粘度、δ為澆鑄口與模具型腔之間的高度，a、b、c和d均為常量係數。
所述非接觸式測距裝置包括雷射測距儀、超聲波測距儀和X射線測距儀中的任意一種，或者由它們組成的測距儀陣列。
本發明提供的陽極板定量澆鑄的方法，通過非接觸式測量方式準確控制澆鑄模具中陽極熔體的厚度，從而大幅度提高了陽極板澆鑄的質量，不僅實現了對鎳電解用陽極和銅、鉛、錫等精煉陽極的澆鑄，而且還廣泛適用其他需要使用澆鑄陽極進行電解的金屬生產過程。本發明由於採用遠離高溫的非接觸式測量方法，使得澆鑄系統的製造和控制得到大幅度簡化，維護成本大幅降低，顯著地提高了鎳陽極板澆鑄的控制精度。
附圖說明
圖1是本發明實施例提供的陽極板定量澆鑄的工作原理示意圖；
圖2是本發明實施例未進行澆鑄時的距離-時間變化曲線(橫軸為時間，縱軸為距離)；
圖3是本發明實施例進行澆鑄時的距離-時間變化曲線(橫軸為時間，縱軸為距離)。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明技術方案作進一步描述。
本發明實施例採用非接觸式測距裝置連續測量測距裝置到模具表面或模具型腔內熔體表面的距離變化，實現對陽極板的定量澆鑄。如圖1所示，在澆鑄機1的澆鑄位置4的正上方區域安裝非接觸式測距裝置7，用於連續測量測距裝置7到模具2的表面3或者模具型腔內熔體表面固定點4的距離。測距裝置7包括雷射測距儀、超聲波測距儀和X射線測距儀中的任意一種，或者由它們組成的測距儀陣列。當澆鑄模具運動且未進行澆鑄時，測距裝置7的測量數據是測距裝置到澆鑄機上模具表面的距離，該距離隨時間變化的曲線如圖2所示。在圖2中，標記9表示測距裝置7到兩個模具之間間隙的距離尖峰，標記10表示測距裝置7到兩個模具型腔上邊緣的距離，標記11表示測距裝置7到模具的兩個型腔底面的距離，標記12表示測距裝置7到模具的兩個型腔之間的上邊緣距離。如圖3所示，經過時間τ後，模具型腔中部與澆鑄口中線對準，此時開始澆鑄過程。澆鑄時，測距裝置7到熔體表面距離隨時間變化的曲線(也稱澆鑄線)由圖3中的標記13表示；澆鑄任意時刻的熔體厚度(也即陽極板澆鑄厚度)為標記11表示的距離與澆鑄線13上的點的距離差值。當熔體厚度達到陽極板澆鑄厚度預設值hs(對應圖3澆鑄線13上的A點)時，抬起澆鑄包，停止澆鑄。澆鑄機上的模具型腔具有固定的幾何形狀，當陽極板的澆鑄厚度被準確控制後，陽極板的重量、尺寸也得到準確的控制，從而實現定量澆鑄。
參見圖1和圖3，本發明實施例提供的陽極板定量澆鑄的過程為：在進行澆鑄時，澆鑄機運動，測距裝置7將實時測量的距離通過數據線8發送到控制系統；控制系統根據收到的數據，建立距離-時間曲線；當距離-時間曲線上出現如圖3所示的距離尖峰9和模具型腔上邊緣的距離10時，第一個模具型腔出現並經過時間τ後，第一個模具型腔中部與澆鑄口中線對準，澆鑄機停止運動；澆鑄包5向第一個模具型腔中注入陽極熔體6，此時測距裝置7測量的距離按澆鑄線13變化；當標記11表示的距離與澆鑄時測量的距離的差值達到陽極板澆鑄厚度預設值hs時，抬起澆鑄包，停止澆鑄，最終得到厚度為H的第一塊陽極板；澆鑄機再繼續運動，當距離-時間曲線出現兩個模具型腔之間的上邊緣距離12時，第二個模具型腔出現並經過時間τ後，第二個模具型腔中部與澆鑄口中線對準，澆鑄機停止運動，澆鑄包5向第二個模具型腔中注入陽極熔體，此時測距裝置7測量的距離仍按澆鑄線13變化，當標記11表示的距離與澆鑄時測量的距離的差值達到陽極板澆鑄厚度預設值hs時，抬起澆鑄包，停止澆鑄，最終得到厚度為H的第二塊陽極板；之後，澆鑄機再繼續運動，開始下一個模具的澆鑄過程，如此循環直至完成所有陽極熔體的澆鑄工作。需要說明的是：由於澆鑄包5的澆鑄口抬起停止澆鑄是個動態過程，以及液態熔體的流動性，導致陽極板的最終澆鑄厚度大於陽極板澆鑄厚度預設值；陽極板的最終澆鑄厚度H為標記11表示的距離與澆鑄線13上最低點B的距離的差值。陽極板澆鑄厚度預設值hs按照公式hs＝eaT+bγ+cη+dδ來設定，其中：T為陽極熔體溫度、γ陽極熔體密度、η陽極熔體粘度、δ為澆鑄口與模具型腔之間的高度；a、b、c和d均為常量係數，取決於具體的陽極材質和澆鑄工藝制度。下面通過幾個典型的應用實施來進一步闡述陽極板定量的澆鑄過程。
實施例1：硫化鎳電解陽極板定量澆鑄方法
1)在硫化鎳陽極板澆鑄機澆鑄點位置的正上方3米以上位置安裝雷射測距儀，對澆鑄過程進行連續的距離測量，記錄距離隨時間變化的曲線。
2)控制澆鑄機向前運動，在距離-時間曲線上先發現對應模具之間間隙的尖峰，然後是模具型腔上邊緣、模具型腔底面平臺，直至第一個模具型腔與澆鑄包澆鑄口對中。
3)澆鑄機停止運動，放下澆鑄包澆鑄口，向第一個模具型腔中注入硫化鎳熔體，直到熔體厚度達到陽極板澆鑄厚度預設值hs時，抬起澆鑄包，流入到第一個模具型腔中的硫化鎳熔體迅速減少直至停止，完成第一塊陽極板澆鑄。
4)澆鑄機向前運動至模具的第二個模具型腔與澆鑄口對中，按步驟2)和3)開始澆鑄第二塊陽極板澆鑄並完成澆鑄。
5)啟動澆鑄機運動，重複步驟2)、3)和4)進行下一個模具中兩個陽極板的澆鑄，直至完成所有硫化鎳陽極板的澆鑄。
實施例2：銅電解精煉陽極板定量澆鑄方法
1)在銅陽極板圓盤澆鑄機澆鑄點位置的正上方3米以上位置安裝超聲波測距儀，對澆鑄過程進行連續的距離測量，記錄距離隨時間變化的曲線。
2)控制澆鑄機向前轉動，在距離-時間曲線上先發現對應模具之間間隙的尖峰，然後是模具型腔上邊緣、模具型腔底面平臺，直至模具型腔與澆鑄包澆鑄口對中。
3)澆鑄機停止轉動，放下澆鑄包澆鑄口，向模具型腔中注入粗銅熔體，直到熔體厚度達到陽極板澆鑄厚度預設值hs時，抬起澆鑄包，流入到模具型腔中的粗銅熔體迅速減少直至停止，完成陽極板澆鑄。
4)啟動澆鑄機運動，按步驟2)和3)開始下一個模具中陽極板的澆鑄，直至完成所有粗銅陽極板的澆鑄工作。
實施例3：鉛電解精煉陽極板定量澆鑄方法
1)在鉛陽極板圓盤澆鑄機的澆鑄點位置正上方3米以上位置安裝X射線測距儀，對澆鑄過程進行連續的距離測量，記錄距離隨時間變化的曲線。
2)控制澆鑄機向前轉動，在距離-時間曲線上先發現對應模具之間間隙的尖峰，然後是模具型腔上邊緣、模具型腔底面平臺，直至模具型腔與澆鑄包澆鑄口對中。
3)澆鑄機停止轉動，放下澆鑄包澆鑄口，向模具型腔中注入粗鉛熔體，直到熔體厚度達到陽極板澆鑄厚度預設值hs時，抬起澆鑄包，流入到模具型腔中的粗鉛熔體迅速減少直至停止，完成陽極板澆鑄。
4)啟動鑄機向前轉動，按步驟2)和3)開始下一個模具中陽極板的澆鑄，直至完成所有粗鉛陽極的澆鑄工作。
本發明實施例提供的陽極板定量澆鑄的方法，通過非接觸式測量方式準確控制澆鑄模具中陽極熔體的厚度，從而大幅度提高了陽極板澆鑄的質量，不僅實現了對鎳電解用陽極和銅、鉛、錫等精煉陽極的澆鑄，而且還廣泛適用其他需要使用澆鑄陽極進行電解的金屬生產過程。與現有普遍採用的電子秤秤量進行的定量澆鑄相比，由於採用遠離高溫的非接觸式測量方法，使得澆鑄系統的製造和控制得到大幅度簡化，維護成本大幅降低，顯著地提高了鎳陽極板澆鑄的控制精度。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。