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浇铸的过程中如何使用脱模剂

更新日期:2015-04-21 | 点击: 次 | 一键收藏本论文

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  奥托昆普圆盘浇铸是当前国内外铜冶金行业均广泛应用于阳极板浇铸的主要工艺,[1]该工艺属于自动连续浇铸工艺,与传统的人工浇铸相比其具有铜板重量波动小,浇铸过程连续,浇铸效率高等优点,其使用的模具分为钢模和铜模。在企业的生产实践中,钢模不会发生阳极板与模具粘连的现象不需要使用脱模剂,但是也存在钢模损坏生产企业无法自行修复与加工生产成本高昂的缺点,而铜模损坏后可入炉由生产企业自行浇铸,大大提高生产便利,有效降低成本,因此铜模得以被更多地运用于浇铸工艺中。由于浇铸时铜水和铜模存在较大的温度梯度,因此浇铸时存在铜水喷溅,产生飞边毛刺,冷却和脱模时阳极板产生弯曲变形,阳极板耳部断裂,铜模耳部扭曲,阳极板表面平整度差等一系列问题,再加上繁重的连续作业压力使得铜模的使用寿命受到严重的影响容易变形损坏失效,故在浇铸的过程中如何使用脱模剂就显得非常重要。

  1 脱模剂的使用现状

  阳极铜的浇铸过程是一个高温铜水冷却凝固成形的过程,用于浇铸过程中的脱模剂首先要求高温下具有很强的稳定性,与铜水不会发生化学反应,当铜水凝固成铜阳极板后能够顺利的实现铜模与铜板的分离。其次合理喷涂脱模剂是在阳极板浇铸过程中降低铜模失效因素、延长铜模使用寿命的有效手段,由于浇铸时铜水和铜模之间存在较大的温度梯度,从而使铜模局部熔化与阳极板粘合在一起,脱模剂的存在可以优化铜模和阳极板脱离情况减少或避免粘模现象的发生,覆模平整的脱模剂可以有效提高阳极板的物理规格,同时还能在铜模和阳极板之间形成良好的隔离层起到隔热作用,从而减少铜模由于温度场反复升高降低而造成的失效影响。

  目前,国内外使用的脱模剂主要有硫酸钡、骨粉、粘土粉等[2].其中硫酸钡为使用最为广泛生产效果最良好的脱模剂。脱模剂的使用方法分为两种,一种是直接将脱模剂干粉均匀涂抹于铜模上,另一种是把含脱模剂的乳浊液喷洒到提前预热的铜模表面,待水分蒸发后又成粉状或片状敷在铜模面上形成隔离层,起到完成铜模与铜阳极板分离的作用[3].目前我国两种方法均有企业在运用,云铜赤峰使用的是干粉,云南铜业集团使用的是喷涂乳浊液的方法,都一定程度上完成了脱模的功效,但也都存在阳极板粘模和产生气孔的、鼓泡还有破坏铜模寿命的问题。

  2 粒度对脱模剂使用的影响

  脱模剂的附着力好坏直接决定着脱模剂能否在铜模上有效形成隔离层从而保护铜模并实现铜模与铜阳极板的分离,粒度是改变脱模剂附着力的重要手段,粒度越小颗粒表面比表面积越大,表面自由能越强[4],与其他颗粒间接触角越大。如果脱模剂粒度不合适附着能力不佳的话,铜水入模区域的脱模剂极易被铜水冲刷脱离,特别是直接涂抹干粉的脱模剂,不但使铜模与铜水直接接触容易形成粘模,使得铜模出现顶凸或者顶凹的破坏现象,脱模剂由于被冲刷脱落还会漂到阳极板表面对阳极板表面质量造成破坏,因此脱模剂的附着力好坏是浇铸时最直观的要求。表 1 为在云南铜业集团进行的使用不同粒度的脱模剂的实验。

   实验结果表明,当使用的硫酸钡粒度范围为 800 目时,脱模剂形成的隔离层起到了隔热的作用避免了铜水和铜模的直接接触,但因为附着力有限,使得铜水可能把局部的脱模剂冲散发生阳极板与铜模粘黏的现象,而粒度范围为 1200 目时,脱模剂明显附着效果更好,但大量附着于阳极板背面如图 1 所示。

  生产企业称该种现象为白板,大量带入的脱模剂在后续电解工业中会增加阳极泥的重量以云铜现有生产水平为例阳极泥重量增加了 30%,降低金银在阳极泥中的比重,而且附着的脱模剂会增加电解的残极率,残极在反炼过程中也会造成金银等贵金属的损失。

  3 添加物对脱模剂使用的影响

  目前被广泛作为脱模剂的硫酸钡是一种白色无定型粉末,其化学性质稳定,1400℃才会分解,可以很好地满足作为脱模剂的要求。但是单纯使用硫酸钡存在使用量大、生产成本高、带入阳极泥的量大的问题,以云铜现有生产水平为例,浇铸 1 吨铜水脱模剂的单耗为 3kg.而且硫酸钡非常稳定不会发生任何反应,粉末会被铜水冲刷使颗粒抱团形成小球造成浇铸的阳极板表面不平整有鼓包和凹陷等缺陷降低阳极板的物理规格。加入添加物可以使脱模剂的效果得到优化。在云铜现有工艺基础上对硫酸钡脱模剂加入添加物进行实验,如表 2 所示。

  须要求所加入脱模剂的添加物均不能与铜电解液反应而进入溶液。研究发现在硫酸钡中加入少量低熔点物质,可以使原本粉状的脱模剂在高温铜水浇入瞬间发生局部烧结形成小片状而更好的分散更平整的覆盖在铜模表面,使得浇铸的阳极板更为平整,而且降低了脱模剂的使用量,实验结果显示相比云铜现有硫酸钡单耗加入添加物后脱模剂的单耗只有 1.8kg 至 2.5kg,实验显示除了使阳极板更为平整外,烧结成的小片状脱模剂在过水冷却时容易脱落,不会带入电解进入阳极泥,如图 2 所示。

  4 水 分 对 脱 模 剂使用的影响

  水分是冶金浇铸环节都需要严格控制的因素,在阳极铜浇铸的过程中水分的存在会使得高温铜水发生剧烈喷溅可能造成安全事故,水分的蒸发还会使得阳极板冷却成型后存在大量气孔和鼓包现象以及飞边毛刺等物理规格缺陷,对后续点解工艺造成危害,使得电解残极率提高。在整个阳极铜浇铸的环节中,水分主要有两个来源,一个是脱模剂乳浊液中带入的外来水,另一个是添加物中的结晶水。实验发现,在生产中通过对浇铸铜模的预热道 200℃-220℃可以使脱模剂乳浊液中的外来水充分蒸发,避免此部分水分造成危害。而添加物中的结晶水则不容易脱除,以云铜曾使用的添加物膨润土为例,其差热差重分析如图 3 所示。

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