CN110237951A - 一种电解铜箔溶铜罐 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解铜箔溶铜罐，溶铜罐的顶部设有用于投入铜料的进料口，溶铜罐的底部设有出料口，出料口连接溶铜泵，溶铜泵连接喷淋管道，喷淋管道的出口端连接气液混合喷嘴，气液混合喷嘴通过射流产生真空将空气吸入与硫酸溶液混合形成富氧硫酸溶液，气液混合喷嘴经进料口向铜料表面喷洒富氧硫酸溶液，喷淋管道连接有检测铜离子含量的铜离子在线检测仪，铜离子在线检测仪将在线检测到铜离子含量的信号实时传回PLC，PLC根据信号控制溶铜泵流量。本发明实现铜离子含量的闭环控制，能有效改善原有溶铜工艺铜离子含量不稳定，影响铜箔品质的问题。

Description

一种电解铜箔溶铜罐
技术领域
本发明涉及铜箔加工技术，具体涉及电解铜箔溶铜罐。
背景技术
目前，公知的电解铜箔行业的溶铜工序溶铜罐铜离子含量控制是完全依靠人工控制溶铜罐的温度和溶铜罐的进风量，电解液循环流量、铜料与溶液接触面积等众多因素，溶铜罐铜离子含量波动范围大，工艺参数不稳定，直接影响铜箔的品质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种电解铜箔溶铜罐，解决溶铜罐铜离子含量波动范围大的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电解铜箔溶铜罐，所述溶铜罐盛装有硫酸溶液且顶部设有用于投入铜料的进料口，底部设有出料口，所述出料口连接溶铜泵，所述溶铜泵连接喷淋管道，所述喷淋管道的出口端连接气液混合喷嘴，所述气液混合喷嘴通过射流产生真空将空气吸入与硫酸溶液混合形成富氧硫酸溶液，所述气液混合喷嘴经进料口向铜料表面喷洒富氧硫酸溶液，所述喷淋管道连接有检测铜离子含量的铜离子在线检测仪，铜离子在线检测仪将在线检测到铜离子含量的信号实时传回PLC，PLC根据信号控制溶铜泵流量。
可选的，所述溶铜泵设有变频器，通过变频器调节溶铜泵的转速来控制溶铜泵的流量。
可选的，在铜离子含量高于设定值时，PLC控制溶铜泵减少泵送流量，在铜离子含量低于设定值时，PLC控制溶铜泵增加泵送流量。
可选的，所述气液混合喷嘴包括液体入口、与液体入口出口端相接通的射流腔、与射流腔出口端相接通的混气室、与混气室相连通的空气入口、与空气入口相连通的配气室、与混气室出口端相接通的溶解腔、与溶解腔出口端相接通的导向腔，电解液从溶液入口进入，经过射流腔加速后喷出，高速流动的电解液通过混气室时，会在混气室形成真空，将与进气口相通的配气室中的空气吸入，在混气室中，空气与电解液混合，在溶解腔中,空气中的氧溶解到溶液中,形成富氧气液混合体，经导向腔排出。
可选的，所述射流腔包括后端直径大前端直径小的圆锥腔段和与圆锥腔段前端相接的圆柱腔段。
可选的，所述混气室为后端直径大前端直径小的圆锥腔，所述圆柱腔段的直径小于混气室前端直径。
可选的，所述空气入口沿喷嘴径向延伸并与混气室前端连通。
可选的，所述导向腔为120-135°的锥口。
可选的，所述混气室、溶解腔以及导向腔设于喷头部，所述射流腔设于射流部，所述射流部与喷头部采用锥面对接并通过连接螺纹固定。
本发明采用上述技术方案，在喷淋管道加装一个铜离子含量在线检测传感器，将在线检测到铜离子含量的信号实时传回控制室的PLC,经过PLC的PID运算、比较输出信号控制驱动溶铜泵的变频器控制溶铜泵的转速，进而控制溶铜泵的流量。溶铜罐铜离子含量高于设定值时，PLC控制溶铜泵降低转速，反之PLC控制溶铜泵加速，从而实现铜离子含量的闭环控制。能有效改善原有溶铜工艺铜离子含量不稳定，影响铜箔品质的问题。
另外，气液混合喷嘴采用独特的混气室和溶解腔设计，高速电解液液与空气混合，使空气中的氧充分溶解在电解液中，实现了硫酸、空气与铜料表面的充分接触，最大限度提高溶铜过程的反应速度和放热量，而且高效反应产生的热量可完全代替传统的蒸汽加热，解决硫酸溶液中氧含量低，溶铜效率很低的缺陷。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为气液混合喷嘴的结构示意图；
图2中：1.液体入口；2.射流腔；3.空气入口；4.混气室；5.溶解腔；6.导向腔；7.配气室；8.连接螺纹。
具体实施方式
在电解铜箔的制造过程中，必须依靠硫酸将铜转化为硫酸铜水溶液:
Cu+H2SO4+O2→CuSO4+H2O
在正常情况下,如果没有O2存在,硫酸不会与铜反应。一般采用的浸入式溶铜或喷淋式工艺。浸入式溶铜，铜料完全浸入在硫酸液中，硫酸与铜料充分接触，但由于溶液中O2含量低，致使溶铜速率缓慢；喷淋式溶铜工艺采用环管式喷淋或传统的喷嘴，利用大型空压机通过管道将压缩空气从溶铜罐底部喷出，与铜料接触，发生氧化反应，硫酸溶液从罐顶喷淋管或喷嘴喷出，与铜料反应。大量的空气从溶液中穿过溢出，溶解在溶液中的氧很少，压缩空气利用率很低,溶铜效率不高。
针对现有技术中溶解在溶液中的氧很少的问题，本发明利用射流器与静态混合器组合而成溶铜罐用气液混合喷嘴。
溶铜罐的顶部设有用于投入铜料的进料口，所述溶铜罐的底部设有出料口，所述出料口连接溶铜泵，所述溶铜泵连接喷淋管道，所述喷淋管道的出口端连接气液混合喷嘴，所述气液混合喷嘴通过射流产生真空将空气吸入与硫酸溶液混合形成富氧硫酸溶液。
其中，参考图2所示，所述气液混合喷嘴包括液体入口1、与液体入口出口端相接通的射流腔2、与射流腔出口端相接通的混气室4、与混气室相连通的空气入口3、与空气入口相连通的配气室7、与混气室出口端相接通的溶解腔5、与溶解腔出口端相接通的导向腔6，电解液从溶液入口进入，经过射流腔加速后喷出，高速流动的电解液通过混气室时，会在混气室形成真空，将与进气口相通的配气室中的空气吸入，在混气室中，空气与电解液混合，在溶解腔中,空气中的氧溶解到溶液中,形成富氧气液混合体，经导向腔排出。
系统工作时，从溶铜罐的上部进料口放入铜料，溶铜罐中的硫酸溶液通过溶铜泵从罐底进入罐顶,由于气液混合喷嘴射流产生真空将空气吸入进行高效混合，形成富氧硫酸溶液，再喷淋到铜料表面，使氧化铜与硫酸进行反应生成硫酸铜溶液，提高溶液中的铜离子浓度。
该气液混合喷嘴，氧是溶解在溶液中,而不是简单的机械加裹在溶液中，实现了硫酸溶液、空气与铜料表面的充分接触，最大限度提高溶铜过程的反应速度和放热量，高效反应产生的热量完全代替传统的蒸汽加热。空气吸入是被动的，不需要外界动力，因此使空气自然引射进入罐体，无需借助大功率鼓风机，节能降耗成效显著。
优选的，所述射流腔包括后端直径大前端直径小的圆锥腔段和与圆锥腔段前端相接的圆柱腔段，从而使进入的溶液加速喷出。所述混气室为后端直径大前端直径小的圆锥腔，所述圆柱腔段的直径小于混气室前端直径，所述空气入口沿喷嘴径向延伸并与混气室前端连通，从而使较多空气引入混气室。所述导向腔为120-135°的锥口，使溶液向外扩张喷洒到铜料表面。所述混气室、溶解腔以及导向腔设于喷头部，所述射流腔设于射流部，所述射流部与喷头部采用锥面对接并通过连接螺纹固定，以方便加工和装配。
由于采用了上述的气液混合喷射技术，高效溶铜罐的溶铜速度很高，溶铜罐的溶铜速度与溶铜溶液循环量基本成线性关系，基于这一原理设计控制系统。本发明提供了一种溶铜罐铜离子自动控制装置，参考图1所示，所述喷淋管道连接有检测铜离子含量的铜离子在线检测仪，铜离子在线检测仪将在线检测到铜离子含量的信号实时传回PLC，PLC根据信号控制溶铜泵流量，从而实现铜离子含量的闭环控制。
铜离子在线检测仪采用在线检测，实时反馈。所述溶铜泵设有变频器，通过变频器调节溶铜泵(电机)的转速来控制溶铜泵的流量。在铜离子含量高于设定值时，PLC控制溶铜泵减少泵送流量，在铜离子含量低于设定值时，PLC控制溶铜泵增加泵送流量。因此能有效改善原有溶铜工艺铜离子含量不稳定的特点，彻底解决了传统溶铜工艺存在的问题和缺点。检测采用在线检测，实时反馈。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种电解铜箔溶铜罐，所述溶铜罐盛装有硫酸溶液且顶部设有用于投入铜料的进料口，底部设有出料口，其特征在于：所述出料口连接溶铜泵，所述溶铜泵连接喷淋管道，所述喷淋管道的出口端连接气液混合喷嘴，所述气液混合喷嘴通过射流产生真空将空气吸入与硫酸溶液混合形成富氧硫酸溶液，所述气液混合喷嘴经进料口向铜料表面喷洒富氧硫酸溶液，所述喷淋管道连接有检测铜离子含量的铜离子在线检测仪，铜离子在线检测仪将在线检测到铜离子含量的信号实时传回PLC，PLC根据信号控制溶铜泵流量。
2.根据权利要求1所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述溶铜泵设有变频器，通过变频器调节溶铜泵的转速来控制溶铜泵的流量。
3.根据权利要求2所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：在铜离子含量高于设定值时，PLC控制溶铜泵减少泵送流量，在铜离子含量低于设定值时，PLC控制溶铜泵增加泵送流量。
4.根据权利要求1所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述气液混合喷嘴包括液体入口、与液体入口出口端相接通的射流腔、与射流腔出口端相接通的混气室、与混气室相连通的空气入口、与空气入口相连通的配气室、与混气室出口端相接通的溶解腔、与溶解腔出口端相接通的导向腔，电解液从溶液入口进入，经过射流腔加速后喷出，高速流动的电解液通过混气室时，会在混气室形成真空，将与进气口相通的配气室中的空气吸入，在混气室中，空气与电解液混合，在溶解腔中,空气中的氧溶解到溶液中,形成富氧气液混合体，经导向腔排出。
5.根据权利要求4所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述射流腔包括后端直径大前端直径小的圆锥腔段和与圆锥腔段前端相接的圆柱腔段。
6.根据权利要求5所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述混气室为后端直径大前端直径小的圆锥腔，所述圆柱腔段的直径小于混气室前端直径。
7.根据权利要求4所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述空气入口沿喷嘴径向延伸并与混气室前端连通。
8.根据权利要求4所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述导向腔为120-135°的锥口。
9.根据权利要求6所述的一种电解铜箔溶铜罐，其特征在于：所述混气室、溶解腔以及导向腔设于喷头部，所述射流腔设于射流部，所述射流部与喷头部采用锥面对接并通过连接螺纹固定。
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