CN111334849A - 一种阴极辊研磨后的保护方法、装置、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极辊研磨后的保护方法、装置、应用；属于电解铜箔生产技术领域；其技术要点在于：S1:将阴极辊从生箔机吊起，移至研磨机，进行研磨；S2:研磨后，采用纯水清洗：研磨机对阴极辊研磨结束后，采用纯水对阴极辊表面进行清洗；S3:停止清洗后，阴极辊继续转动1‑10分钟；S4:在阴极辊表面构造保护层：S4‑1，阴极辊表面吹干后，在阴极辊面上均匀喷淋硫酸铜溶液；S4‑2，待阴极辊的表面均有硫酸铜溶液时，停止硫酸铜溶液喷淋；S4‑3，待阴极辊表面形成硫酸铜晶体，阴极辊辊面保护完成。采用本申请的一种阴极辊研磨后的保护方法、装置、应用，保护研磨后的阴极辊辊面从而保证电解铜箔的各项性能。

Description

一种阴极辊研磨后的保护方法、装置、应用

技术领域

本发明涉及在电解铜箔生产领域，特别的，涉及一种阴极辊研磨后的保护方法、装置、应用。

背景技术

阴极辊是电解铜箔生产中的核心设备，亦被称为电解铜箔生产的心脏，起着非常重要的作用。现在的生产电池行业，对储能的要求越来越高，同时对铜箔的要求也越来越高，对铜箔的长度要求也是越来越长，阴极辊的表面质量直接影响电解铜箔表面质量及视觉效果，在铜箔生产过程中，生产一定长度的铜箔后，阴极辊表面会逐渐氧化，需通过在线抛磨，将表面的氧化层去除，而进行多次在线抛光后，阴极辊辊面的氧化层不能有效地去除，必须通过研磨才能清除辊面氧化层。

现有技术中，对于阴极辊研磨有诸多研究：

如：申请人在CN107009207A公开了一种阴极辊用研磨设备；其技术要点包括设置在阴极辊辊面侧边的支座，所述支座上设有导轨，在导轨上设有轴向滑动座，轴向滑动座螺纹连接有驱动丝杆，驱动丝杆连接有第一驱动电机，驱动丝杆与导轨平行设置，在支座沿长度方向的两端分别设有与驱动丝杆相配合的支承座，所述驱动丝杆连接有位移检测机构；在轴向滑动座上活动设置有径向滑动座，径向滑动座连接有径向驱动机构；在径向滑动座上设有安装台，在安装台上沿阴极辊轴向安装有第二驱动电机，第二驱动电机的动力输出轴连接有研磨轮；本发明旨在提供一种结构合理、使用安全性高且使用方便的阴极辊用研磨设备；用于研磨阴极辊。

又如：青海电子材料产业发展有限公司在CN 207139534 U公开了一种电解铜箔阴极辊边部研磨装置，包括限位轮、限位固定板、支撑盒、螺杆、张紧弹簧和研磨块，所述限位轮通过固定轴连接在限位固定板下部，所述限位固定板与支撑盒连接；所述螺杆的上端安装有旋转钮和上限位片，下端安装有下限位片和研磨固定夹，所述张紧弹簧穿过螺杆并位于上限位片和下限位片之间，所述上限位片和研磨固定夹通过支撑盒支撑；所述研磨固定夹固定所述研磨块，通过研磨块研磨阴极辊边部，使阴极辊边部表面光滑、无杂质，减小了由于阴极辊表面氧化造成的铜箔针孔、渗透、面密度不均匀等缺陷，提高了铜箔的质量和生产效率。

再如：申请人在CN104002204A公开了一种电解铜箔生产甚低轮廓铜箔用阴极辊的研磨方法，其技术要点包括下述步骤：(1)将阴极辊放置在阴极辊转动架上，启动阴极辊转动架，转速10～15r/min，阴极转动架直径2700mm～2900mm；(2)依序采用粒度为400目～800目的若干个绿碳化硅平行砂轮片对阴极辊进行研磨，研磨时绿碳化硅平行砂轮片的转速为2000～3600r/min，绿碳化硅平行砂轮片与阴极辊之间的工作压力为0.1～0.18MPa；(3)研磨完成后，再采用固定安装的含砂粒度为1000～1200目百洁布进行抛磨，抛磨时百洁布与阴极辊之间的工作压力为1.2～1.5MPa，阴极辊的转速为10～15r/min。

从已有的技术可以知晓，现有技术中对研磨的研究方向主要为以下几方面：

1)研磨过程中对阴极辊的保护。

2)研磨方法，即如何提高研磨效率以及如何保证研磨效果。

3)研磨设备。

而通过研磨后的阴极辊，在吊回生箔机前，某些时候要做长时间的保存(两种情形：一是作为备用辊；二是将阴极辊研磨后随即吊至机台安装至生箔机进液开机，此过程需要几个小时左右，如有因其他事项耽误，时间会继续延长)；而在上述等待的过程中，因辊面与空气接触，及容易对辊面造成二次氧化，在使用时还需要进行二次研磨或者作在线消哑抛光；以消除表面氧化层，消耗大量的人力物力与时间。

申请人在中文专利库“阴极辊、研磨、保护”中，并未发现对阴极辊研磨后的保护有相关的研究。

申请人在EPO的检索“roll，polish or abrade，protect”，也未发现对阴极辊研磨后的保护有相关的研究。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种阴极辊研磨后的保护方法。

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供。

一种阴极辊研磨后的保护方法，包括以下步骤：

S1:将阴极辊从生箔机吊起，移至研磨机，进行研磨；

S2:研磨后，采用纯水清洗：研磨机对阴极辊研磨结束后，采用纯水对阴极辊表面进行清洗；

S3:停止清洗后，阴极辊继续转动1-10分钟；

S4:在阴极辊表面构造保护层：

S4-1，阴极辊表面吹干后，在阴极辊面上均匀喷淋硫酸铜溶液；

S4-2，待阴极辊的表面均有硫酸铜溶液时，停止硫酸铜溶液喷淋；

S4-3，待阴极辊表面形成硫酸铜晶体，阴极辊辊面保护完成。

进一步，所述的S4-1步骤中，在磨床上，在阴极辊辊面的上方设置有喷淋装置，喷淋装置与硫酸铜溶液连接管连接，硫酸铜溶液连接管的另一端与耐酸泵的一端连接，耐酸泵的另一端与硫酸铜溶液贮存装置连接；通过耐酸泵将硫酸铜溶液加压送至喷淋装置，经过喷淋装置将硫酸铜溶液喷到阴极辊辊面，而阴极辊在连续的转动，从而将硫酸铜溶液均匀地覆盖在阴极辊辊面；

所述的S4-2与S4-3步骤中，待阴极辊面均有硫酸铜溶液后，停止喷淋，然后继续转动阴极辊，直至阴极辊上的硫酸铜溶液结晶后，停止转动阴极辊，阴极辊辊面保护完成。

进一步，在S4步骤中的喷淋之前，首先计算喷淋流量，喷淋装置的喷淋流量Q计算方法如下：

Q＝aπDL

Q表示喷淋装置的喷淋流量，单位L/分钟(即升/分钟)；

D表示阴极辊的直径，单位为m；

L表示阴极辊的幅宽，单位为m；

a表示常数，具体为:0.37～0.45，单位：mm/分钟；

然后，调节耐酸泵的功率，使得喷淋装置的流量为Q。

进一步，喷淋在喷淋装置的表面设置转动喷头，在S4步骤中的喷淋之前，调节转动喷头的转动角：

首先，计算转动喷头与水平面的目标夹角δ：

转动喷头的转动圆心距离阴极辊圆心的水平距离为x、竖向距离为y，转动喷头与水平面的目标夹角为δ，转动喷头朝向与阴极辊的切线之间的夹角为β：

即，根据x、y、β来求得δ；

然后，调节转动喷头，使得转动喷头与水平面的夹角变为δ。

进一步，在硫酸铜溶液连接管安装流量传感器。

进一步，所述的硫酸铜溶液为硫酸浓度90-130g/L，铜含量75-90g/L；

进一步，所述的硫酸铜溶液贮存装置中的硫酸铜溶液的温度在50°～60°。

进一步，喷淋时，阴极辊的转速为：6－12圈/每分钟，硫酸铜溶液喷淋时间为2分钟。

进一步，喷淋装置的喷射角度与阴极辊的切线之间的夹角为45°～60°(即β角)。

一种采用前述的保护方法保护的阴极辊恢复生产的方法，将阴极辊吊到阳极槽中，安装好后，在阳极槽中循环有硫酸铜溶液，阴极辊与阳极槽不通电的情况下，阴极辊转动，直至阴极辊表面的硫酸铜晶体消失；然后在给阴极辊与阳极槽通电，生产电解铜箔。

一种阴极辊研磨后的保护装置，包括：喷淋装置、硫酸铜溶液连接管、耐酸泵、硫酸铜溶液贮存装置；

所述喷淋装置采用管状结构，且其与硫酸铜溶液连接管的一端连接，硫酸铜溶液连接管的另一端与耐酸泵的一端连接，耐酸泵的另一端与硫酸铜溶液贮存装置连接；

所述硫酸铜溶液贮存装置用于存储硫酸铜溶液；

所述耐酸泵用于将硫酸铜溶液贮存装置中的硫酸铜溶液抽取，通过硫酸铜溶液连接管，送至喷淋装置。

进一步，还包括：流量传感器、控制器；所述流量传感器安装在硫酸铜溶液连接管；

流量传感器的输出端与控制器的输入端连接；

所述控制器的输出端与耐酸泵的输出端连接。

进一步，喷淋装置2距离阴极辊表面的距离在5～15cm。

进一步，喷淋装置的喷射角度与阴极辊的切线之间的夹角为45°～60°。

本申请的优点在于：

(1)本申请的第一个发明点在于：本申请提出了在阴极辊表面喷淋硫酸铜溶液，解决了阴极辊在研磨后如何保护的问题；这一点打破了现有技术的偏见，现有技术中，均是研究如何防止出现硫酸铜晶体，而本申请恰恰是让阴极辊表面出现硫酸铜晶体，以便隔绝空气，保护阴极辊表面。

而采用硫酸铜晶体保护阴极辊的前提在于，硫酸铜晶体是阴极辊生产铜箔的原料之一，且置于阳极槽中，阴极辊转动后，表面的硫酸铜晶体会溶解到阳极槽的硫酸铜溶液中。也即，并非任何物质都适合阴极辊表面的保护层。

(2)本申请的第二个发明点在于：采用硫酸铜晶体作为阴极辊表面的保护层，但是对于如何在阴极辊表面形成保护层却没有相关参考资料可以借签。

发明人在INCOPAT中基于下述检索式：“硫酸铜结晶阴极辊”，没有找到相关的技术知识；在EPO中“Cu or copper，crystallization，roller”，也没有找到相关的技术知识。

申请人在给出“喷淋法”之前，还研究过“浸泡法”，即将阴极辊全部浸入硫酸铜溶液中，然而该法，然而该方法很难避免阴极辊两端的PVC盘也粘附硫酸铜溶液，因此，该法无法适用。

(3)本申请的第三个发明点在于：采用喷淋的方法喷淋到阴极辊表面，对于具体的相关参数进行了研究，如阴极辊的转速、喷淋时间、喷淋流量如何确定、硫酸铜溶液的温度等。对于相关的生产工艺是摆在技术人员面前的重点与难点，在现有技术中未找到相关知识。发明人

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本申请的一种阴极辊研磨后的保护装置的设计图。

图2是本申请的转动喷头-硫酸铜溶液-阴极辊示意图。

图3是本申请的一种阴极辊研磨后的保护方法的步骤设计图。

附图标记说明如下：

阴极辊1、喷淋装置2、硫酸铜溶液连接管3、耐酸泵4、硫酸铜溶液贮存装置5。

具体实施方式

一种阴极辊研磨后的保护方法，包括以下步骤：

S1:将阴极辊从生箔机吊起，移至研磨机，进行研磨；

S2:研磨后，采用清水清洗：研磨机对阴极辊研磨结束后，采用纯水对阴极辊表面进行清洗；

S3:停止清洗后，阴极辊继续转动1-10分钟(即阴极辊表面无流动的水分即可)；

S4:在阴极辊表面构造保护层：

首先，阴极辊表面吹干后，在阴极辊面上均匀喷淋硫酸铜溶液(电解铜箔行业中，又称：硫酸铜-硫酸液)；

其次，待阴极辊的表面均有硫酸铜溶液时，停止硫酸铜溶液喷淋；

然后，待阴极辊表面形成硫酸铜晶体(化学成分是：五水硫酸铜)，阴极辊辊面保护完成。

其中，S4步骤中，

在磨床上，在阴极辊辊面的上方设置有喷淋装置2，喷淋装置2与硫酸铜溶液连接管3连接，硫酸铜溶液连接管3的另一端与耐酸泵4的一端连接，耐酸泵4的另一端与硫酸铜溶液贮存装置5连接；通过耐酸泵4将硫酸铜溶液加压送至喷淋装置2，经过喷淋装置2将硫酸铜溶液喷到阴极辊辊面，而阴极辊在连续的转动，从而将硫酸铜溶液均匀地覆盖在阴极辊辊面；

待阴极辊面均有硫酸铜溶液后，停止喷淋，然后继续转动阴极辊，直至阴极辊上的硫酸铜溶液结晶后，停止转动阴极辊，阴极辊辊面保护完成。

其中，阴极辊的转速为：6－12圈/每分钟，硫酸铜溶液喷淋时间为2－4分钟；

其中，在喷淋之前，首先计算喷淋流量，喷淋装置2的喷淋流量Q计算如下：

Q＝aπDL

Q表示喷淋装置2的喷淋流量，单位m³/分钟；

D表示阴极辊的直径，单位为m；

L表示阴极辊的幅宽，单位为m；

a表示常数，具体为:0.37×10^-3～0.45×10^-3，单位：m/分钟；

然后，在硫酸铜溶液连接管3安装流量传感器

调节耐酸泵4的功率，使得喷淋装置2的流量为Q。

其中，所述的硫酸铜溶液为硫酸浓度90-130g/L，铜含量75-90g/L；

其中，所述的硫酸铜溶液贮存装置5中的硫酸铜溶液的温度在50°～60°。

一种采用前述的保护方法保护的阴极辊恢复生产的方法，将阴极辊吊到阳极槽中，安装好后，在阳极槽中循环有硫酸铜溶液，阴极辊与阳极槽不通电的情况下，阴极辊转动，阴极辊表面的硫酸铜结晶溶解到阳极槽中的硫酸铜电解液中。

一种阴极辊研磨后的保护装置，包括：喷淋装置2、硫酸铜溶液连接管3、耐酸泵4、硫酸铜溶液贮存装置5；

所述喷淋装置2采用管状结构，且其与硫酸铜溶液连接管3的一端连接，硫酸铜溶液连接管3的另一端与耐酸泵4的一端连接，耐酸泵4的另一端与硫酸铜溶液贮存装置5连接；

所述硫酸铜溶液贮存装置5用于存储硫酸铜溶液；

所述耐酸泵4用于将硫酸铜溶液贮存装置5中的硫酸铜溶液抽取，通过硫酸铜溶液连接管3，送至喷淋装置2。

其中，还包括：流量传感器、控制器；所述流量传感器安装在硫酸铜溶液连接管3；

流量传感器的输出端与控制器的输入端连接；

所述控制器的输出端与耐酸泵4的输出端连接。

另外的，喷淋装置2也可以采用板状结构(在板下表面开设若干喷孔)。

需要说明的是，喷淋装置2距离阴极辊表面最近的距离在5～15cm。

喷淋装置2的喷射角度与阴极辊的切线之间的夹角为45°～60°。

在喷淋装置2的表面设置转动喷头2-1，转动喷头2-1的转动圆心距离阴极辊圆心的水平距离为x、竖向距离为y，转动喷头2-1与水平面的夹角为δ，转动喷头2-1朝向(可视为喷出的硫酸铜溶液朝向)与阴极辊的切线之间的夹角为β；

R表示阴极辊的半径。

上述给出了转动喷头2-1角度调节的方法。

实施例1：

针对1.4m幅宽、直径2.7m的阴极辊研磨后，进行保护。

在采用纯水对阴极辊洗净且干燥后，采用喷淋装置对阴极辊喷淋硫酸铜溶液。

具体参数见下表。

表1

实施例1的阴极辊，保护层形成后，吊运到阳极槽中，安装好后开启硫酸铜电解液循环，待阴极辊表面的硫酸铜晶体融化后，表面未发现氧化层，采用该阴极辊剥离出来的铜箔，未发现色差等质量问题。

对比例1：

针对1.4m幅宽、直径2.7m的阴极辊研磨后，进行保护。

在采用纯水对阴极辊洗净且干燥后，采用喷淋装置对阴极辊喷淋硫酸铜溶液。

具体参数见下表。

表2

对比例1采用的高温硫酸铜溶液，按照原有的理解：硫酸铜溶液的温度越高，硫酸铜的溶解量越大，单位溶液析出的晶体越高，对于阴极辊的保护也越好。然而，上述高温的硫酸铜溶液毕竟含有硫酸(即溶液为酸性)，滴在钛辊上，对钛辊(即阴极辊)会造成色差。对比例1的喷淋时间很短，因为，发现温度过高的溶液在阴极辊表面产生色差，所以对比例1的试验时间很短，即停止喷淋。

实施例2：

针对1.4m幅宽、直径2.7m的阴极辊研磨后，进行保护。

在采用纯水对阴极辊洗净且干燥后，采用喷淋装置对阴极辊喷淋硫酸铜溶液。

具体参数见下表。

表3

实施例2的阴极辊，保护层形成后，吊运到，阳极槽中，安装好后通硫酸铜电解液循环，待阴极辊表面的硫酸铜晶体溶解到硫酸铜电解液后，表面未发现氧化层，采用该阴极辊剥离出来的铜箔，未发现色差等质量问题。

对比例2：

针对1.4m幅宽、直径2.7m的阴极辊研磨后，进行保护。

在采用纯水对阴极辊洗净且干燥后，采用喷淋装置对阴极辊喷淋硫酸铜溶液。

具体参数见下表。

表4

对比例2硫酸浓度更高，其铜含量可以适当提高；按照原有的理解：硫酸铜含量越高，析出的晶体越多。然而，上述浓度过高的硫酸，也会导致钛辊的腐蚀。

从实施例1、对比例1、实施例2、对比例2可知，对于阴极辊表面喷淋硫酸铜溶液，以形成硫酸铜晶体，其需要采用合适的溶液温度、溶液浓度，才能取得较好的效果。

保护层形成时间，与溶液浓度、喷淋时间、流量关系不大，基本上是喷淋结束后10分钟之内可以析出晶体(即硫酸铜溶液降到室温的时间)。

阴极辊转速、喷淋时间、喷淋流量，三者是相关联的参数，例如：喷淋流量较低时，转速应该适当较慢、喷淋时间适当增加；喷淋流量较高时，转速适当加快、喷淋时间可以适当减少。同时，喷淋流量较大时，可以保证阴极辊表面布满硫酸铜溶液，可以节约喷淋时间；但是，喷淋流量超过一定值时，对于阴极辊保护层没有显著的效果。

采用本申请给出的生产工艺参数，可以满足需求。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种阴极辊研磨后的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:将阴极辊从生箔机吊起，移至研磨机，进行研磨；

S2:研磨后，采用纯水清洗：研磨机对阴极辊研磨结束后，采用纯水对阴极辊表面进行清洗；

S3:停止清洗后，阴极辊继续转动1-10分钟；

S4:在阴极辊表面构造保护层：

S4-1，阴极辊表面吹干后，在阴极辊面上均匀喷淋硫酸铜溶液；

S4-2，待阴极辊的表面均有硫酸铜溶液时，停止硫酸铜溶液喷淋；

S4-3，待阴极辊表面形成硫酸铜晶体，阴极辊辊面保护完成。

2.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述的S4-1步骤中，在磨床上，在阴极辊辊面的上方设置有喷淋装置，喷淋装置与硫酸铜溶液连接管连接，硫酸铜溶液连接管的另一端与耐酸泵的一端连接，耐酸泵的另一端与硫酸铜溶液贮存装置连接；通过耐酸泵将硫酸铜溶液加压送至喷淋装置，经过喷淋装置将硫酸铜溶液喷到阴极辊辊面，而阴极辊在连续的转动，从而将硫酸铜溶液均匀地覆盖在阴极辊辊面；

所述的S4-2与S4-3步骤中，待阴极辊面均有硫酸铜溶液后，停止喷淋，然后继续转动阴极辊，直至阴极辊上的硫酸铜溶液结晶后，停止转动阴极辊，阴极辊辊面保护完成。

3.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，在S4步骤中的喷淋之前，首先计算喷淋流量，喷淋装置的喷淋流量Q计算方法如下：

Q＝aπDL

Q表示喷淋装置的喷淋流量，单位L/分钟；

D表示阴极辊的直径，单位为m；

L表示阴极辊的幅宽，单位为m；

a表示常数，具体为:0.37～0.45，单位：mm/分钟；

调节耐酸泵的功率，使得喷淋装置的流量为Q。

4.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述的硫酸铜溶液为硫酸浓度90-130g/L，铜含量75-90g/L。

5.如权利要求2所述的保护方法，其特征在于，所述的硫酸铜溶液贮存装置中的硫酸铜溶液的温度在50°～60°。

6.如权利要求2所述的保护方法，其特征在于，喷淋时，阴极辊的转速为：6－12圈/每分钟，硫酸铜溶液喷淋时间为2分钟。

7.如权利要求2所述的保护方法，其特征在于，喷淋装置的喷射角度与阴极辊的切线之间的夹角为45°～60°。

8.一种采用如权利要求1至7任意一项所述的保护方法保护的阴极辊恢复生产的方法，其特征在于，将阴极辊吊到阳极槽中，安装好后，在阳极槽中循环有硫酸铜溶液，阴极辊与阳极槽不通电的情况下，阴极辊转动，直至阴极辊表面的硫酸铜晶体消失；然后在给阴极辊与阳极槽通电，生产电解铜箔。

9.一种阴极辊研磨后的保护装置，包括：喷淋装置、硫酸铜溶液连接管、耐酸泵、硫酸铜溶液贮存装置；

所述喷淋装置采用管状结构，且其与硫酸铜溶液连接管的一端连接，硫酸铜溶液连接管的另一端与耐酸泵的一端连接，耐酸泵的另一端与硫酸铜溶液贮存装置连接；

所述硫酸铜溶液贮存装置用于存储硫酸铜溶液；

所述耐酸泵用于将硫酸铜溶液贮存装置中的硫酸铜溶液抽取，通过硫酸铜溶液连接管，送至喷淋装置。

10.如权利要求9所述的一种阴极辊研磨后的保护装置，其特征在于，还包括：流量传感器、控制器；所述流量传感器安装在硫酸铜溶液连接管；

流量传感器的输出端与控制器的输入端连接；

所述控制器的输出端与耐酸泵的输出端连接。

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