有色金屬冶煉(銅電解、鋁鑄造、鋅合金壓鑄)過程中,高溫冶煉爐、鑄造模具會產(chǎn)生大量熱量,溫度失控會導(dǎo)致金屬純度下降(如銅電解雜質(zhì)超標(biāo))、鑄件開裂(如鋁型材縮孔),甚至引發(fā)設(shè)備燒毀事故。專用有色金屬冶煉冷水機(jī)通過高溫耐受、大負(fù)荷冷卻設(shè)計,滿足 GB/T 13586-2022、YS/T 419-2021 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,保障冶煉過程穩(wěn)定與產(chǎn)品品質(zhì)。
1. 銅電解精煉槽恒溫冷卻
針對銅電解精煉工序(粗銅提純至 99.99% 純銅),電解槽電解液需穩(wěn)定在 55±2℃(溫度過低會降低電解效率,過高則導(dǎo)致硫酸揮發(fā)、極板腐蝕)。冷水機(jī)采用 “電解槽蛇形盤管冷卻系統(tǒng)”,通過嵌入槽內(nèi)的鈦合金盤管(耐硫酸腐蝕,使用壽命≥5 年),將電解液溫度精準(zhǔn)控制在 55±1℃,同時配備 “電流 - 流量聯(lián)動” 功能:當(dāng)電解電流從 2000A 提升至 3000A 時,自動加大冷卻流量(從 5m3/h 增至 8m3/h),抵消電流增大產(chǎn)生的額外熱量。例如在 10 萬安培銅電解槽中,穩(wěn)定的電解液溫度可使電流效率提升至 95% 以上(傳統(tǒng)冷卻僅 90%),陰極銅純度達(dá) 99.995%,雜質(zhì)含量(如鐵、鎳)≤0.003%,符合《陰極銅》(GB/T 467-2010)高純銅標(biāo)準(zhǔn),避免因溫度波動導(dǎo)致的極板鈍化、電解槽結(jié)垢問題。
2. 鋁型材鑄造模具降溫
鋁型材擠壓鑄造(如建筑用鋁型材、工業(yè)鋁部件)中,模具溫度需控制在 300±5℃(溫度過高會導(dǎo)致型材表面氧化、脫模困難,過低則引發(fā)鑄件冷隔、縮孔)。冷水機(jī)采用 “模具分區(qū)冷卻系統(tǒng)”:通過模具內(nèi)預(yù)設(shè)的多組冷卻水路,對模具進(jìn)料口(溫度 320±5℃)、成型區(qū)(300±5℃)、出料口(280±5℃)進(jìn)行分區(qū)控溫,同時配備 “紅外測溫聯(lián)動”:實(shí)時監(jiān)測模具表面溫度,當(dāng)局部溫度超限時,自動調(diào)整對應(yīng)區(qū)域冷卻流量。例如在 6063 鋁合金型材鑄造中,分區(qū)冷卻可使模具壽命延長至 8000 模次(傳統(tǒng)冷卻僅 5000 模次),型材表面粗糙度 Ra≤1.6μm,尺寸精度誤差≤0.1mm,避免因模具過熱導(dǎo)致的型材變形、表面氣泡問題。
3. 鋅合金壓鑄快速冷卻
鋅合金壓鑄(如汽車零部件、五金配件)需將熔融鋅合金(450-480℃)注入模具后快速冷卻至 150℃以下定型,冷卻時間過長會延長生產(chǎn)周期(傳統(tǒng)自然冷卻需 30 秒 / 件),過快則導(dǎo)致鑄件應(yīng)力集中(開裂率超 5%)。冷水機(jī)采用 “壓鑄模噴霧 - 水冷復(fù)合系統(tǒng)”:第一階段通過高壓水霧(水溫 25℃)將模具溫度從 400℃降至 200℃(冷卻時間 8 秒),第二階段通過模具內(nèi)冷卻水路降至 150℃(冷卻時間 5 秒),總冷卻時間縮短至 13 秒 / 件。例如在鋅合金汽車門把手壓鑄中,復(fù)合冷卻可使鑄件成型效率提升 2 倍,應(yīng)力開裂率控制在 0.5% 以內(nèi),鑄件硬度達(dá) HB 80-90(符合《鋅合金壓鑄件》GB/T 13821-2009),同時減少模具熱疲勞損傷,降低維護(hù)成本。
4. 耐高溫腐蝕與防爆設(shè)計
有色金屬冶煉環(huán)境含強(qiáng)酸(硫酸、鹽酸)、高溫金屬液,冷水機(jī)接觸腐蝕介質(zhì)的部件采用哈氏合金 C276(耐 80% 硫酸腐蝕,耐溫≤650℃),管路接口采用氟橡膠密封墊(耐高低溫 - 20℃至 200℃,防酸液滲漏);針對鋅合金壓鑄車間的鋅蒸汽(易燃易爆),設(shè)備電氣部件采用 Ex d IIB T4 Ga 級防爆設(shè)計,符合《有色金屬冶煉廠安全設(shè)計規(guī)范》(GB 50986-2014),避免蒸汽遇電火花引發(fā)爆炸事故。同時配備 “高溫預(yù)警” 功能,當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度超過 60℃時,自動啟動備用冷卻回路,防止設(shè)備過熱損壞。

有色金屬冶煉對生產(chǎn)效率與產(chǎn)品純度要求極高,冷水機(jī)操作需兼顧高溫適配與防腐蝕規(guī)范,以冶煉專用水冷式冷水機(jī)為例:
1. 開機(jī)前系統(tǒng)與工藝適配檢查
? 系統(tǒng)檢查:確認(rèn)冷卻介質(zhì)(工業(yè)防凍液,濃度 40%-50%,耐溫 - 30℃至 100℃,添加緩蝕劑)液位達(dá)到水箱刻度線的 90%,檢測水泵出口壓力(穩(wěn)定在 0.8-1.2MPa),查看電解槽盤管、模具冷卻水路接口密封狀態(tài)(無酸液、金屬液滲漏);檢測冷卻介質(zhì) pH 值(7-8,防止管路腐蝕),不達(dá)標(biāo)則添加緩蝕劑;
? 工藝適配:根據(jù)冶煉類型設(shè)定基礎(chǔ)參數(shù)(銅電解電解液溫度 55℃,鋁模具 300℃,鋅壓鑄冷卻時間 13 秒),安裝溫度傳感器(電解槽傳感器深入電解液 1/2 處,模具傳感器貼附表面),校準(zhǔn)傳感器精度(誤差≤0.5℃)。
1. 分工序參數(shù)精準(zhǔn)設(shè)定
根據(jù)有色金屬不同冶煉工序需求,調(diào)整關(guān)鍵參數(shù):
? 銅電解精煉:電解槽冷卻水溫 35±2℃,水流速度 5-8m3/h,開啟 “電流 - 流量聯(lián)動” 模式,電流每增加 500A,流量提升 1.5m3/h;
? 鋁型材鑄造:模具進(jìn)料口冷卻水溫 25±2℃、成型區(qū) 30±2℃、出料口 35±2℃,水流速度 3-5m3/h,開啟 “紅外聯(lián)動” 模式,溫度偏差報警閾值 ±5℃;
? 鋅合金壓鑄:水霧冷卻水溫 25±1℃,噴霧壓力 0.6-0.8MPa,水路冷卻水溫 20±1℃,水流速度 2-3m3/h,開啟 “復(fù)合冷卻” 模式,設(shè)定冷卻時間 13±1 秒;
? 設(shè)定后開啟 “權(quán)限分級” 功能,僅持冶煉操作資質(zhì)人員可調(diào)整參數(shù),操作記錄自動上傳至冶煉生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MES)。
1. 運(yùn)行中動態(tài)監(jiān)測與調(diào)整
通過冷水機(jī) “有色金屬冶煉監(jiān)控平臺”,實(shí)時查看電解液溫度、模具溫度、鑄件冷卻時間等數(shù)據(jù),每 15 分鐘記錄 1 次(形成冶煉質(zhì)量臺賬)。若出現(xiàn) “銅電解電流效率下降”(多因電解液溫度偏低),需提升冷卻水溫 2-3℃,同時檢測電解液濃度(維持 180-200g/L 硫酸);若鋁型材表面出現(xiàn)氣泡(多因模具局部過熱),需加大對應(yīng)區(qū)域冷卻流量,重新測試模具溫度分布;若鋅合金鑄件開裂(多因冷卻過快),需延長水霧冷卻時間 2 秒,降低水路冷卻流量 0.5m3/h。
2. 換產(chǎn)與停機(jī)維護(hù)
當(dāng)生產(chǎn)線更換冶煉品種(如從銅電解換為鋁鑄造)或模具時,需按以下流程操作:
? 換產(chǎn)前:降低冷水機(jī)負(fù)荷,關(guān)閉對應(yīng)工序冷卻回路,排空電解槽盤管內(nèi)的殘留電解液(用清水沖洗 3 次,避免腐蝕管路),根據(jù)新工序重新設(shè)定溫度與流量參數(shù)(如鋁鑄造模具溫度提升至 300℃);
? 換產(chǎn)后:小批量試生產(chǎn)(如銅電解試產(chǎn) 1 槽,鋁鑄造試產(chǎn) 10 根型材),檢測產(chǎn)品純度、表面質(zhì)量,確認(rèn)無問題后恢復(fù)滿負(fù)荷運(yùn)行;
? 日常停機(jī)維護(hù)(每日生產(chǎn)結(jié)束后):關(guān)閉冷水機(jī),清理設(shè)備表面的酸液、金屬碎屑(用堿性清洗劑擦拭),更換冷卻介質(zhì)過濾器濾芯,檢查哈氏合金部件是否有腐蝕痕跡(如點(diǎn)蝕、壁厚減?。?。
1. 特殊情況應(yīng)急處理
? 冷卻介質(zhì)泄漏(銅電解中):立即停機(jī),關(guān)閉電解槽電源與冷卻回路閥門,用堿性中和液(5% 氫氧化鈉溶液)處理泄漏的電解液,更換損壞的管路或密封件后,重新注入冷卻介質(zhì)并檢測 pH 值;已生產(chǎn)的陰極銅需重新檢測純度,不合格產(chǎn)品重新電解;
? 突然停電(鋁鑄造中):迅速關(guān)閉冷水機(jī)總電源,斷開與模具的連接,手動打開模具泄壓閥(防止鋁液凝固堵塞模具),啟動備用發(fā)電機(jī)(30 秒內(nèi)恢復(fù)供電),優(yōu)先恢復(fù)模具冷卻系統(tǒng);恢復(fù)供電后,重新校準(zhǔn)模具溫度,試生產(chǎn) 3-5 根型材檢測質(zhì)量;
? 模具超溫報警(鋅壓鑄中):立即停止鋅液注入,啟動備用冷卻水泵(流量提升至正常的 1.5 倍),同時向模具表面噴灑降溫劑(如石墨乳),待模具溫度降至 300℃以下后,檢查冷卻水路是否堵塞(用壓縮空氣吹掃),排除故障前禁止繼續(xù)壓鑄。
? 日常維護(hù):每日清潔設(shè)備表面與過濾器,檢測冷卻介質(zhì)液位、pH 值;每 2 小時記錄電解效率、鑄件合格率數(shù)據(jù);每周用檸檬酸溶液(濃度 3%)清洗冷卻管路(去除水垢、電解液結(jié)晶),檢查防爆部件密封狀態(tài);每月校準(zhǔn)溫度傳感器(溯源至國家計量標(biāo)準(zhǔn)),對水泵、壓縮機(jī)添加耐高溫潤滑油;每季度對哈氏合金部件進(jìn)行壁厚檢測,評估腐蝕程度;每年對換熱器進(jìn)行打壓測試(保壓 1.2MPa,30 分鐘無壓降);
? 選型建議:銅電解精煉選 “電解槽專用冷水機(jī)”(制冷量 50-100kW,耐硫酸腐蝕),鋁型材鑄造選 “分區(qū)控溫冷水機(jī)”(支持多水路獨(dú)立控溫),鋅合金壓鑄選 “復(fù)合冷卻冷水機(jī)”(帶噴霧 + 水冷模塊);大型冶煉廠建議選 “集中供冷系統(tǒng)”(總制冷量 200-500kW,支持多車間并聯(lián));選型時需根據(jù)冶煉規(guī)模與熱負(fù)荷匹配(如 10 萬安培銅電解槽需配套 80-100kW 冷水機(jī),6000 噸 / 年鋁型材廠需配套 150-200kW 冷水機(jī)),確保滿足有色金屬高效冶煉需求,保障產(chǎn)品品質(zhì)與生產(chǎn)安全。
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