(57)【要約】【課題】  非鉄金属の電解精製または電解採取工程での繰り返し使用により発生したパーマネントカソードの歪を、カソード面の平滑性を損なうことなく充分に修正することが可能な歪修正装置を提供する。【解決手段】  パーマネントカソード１の歪を修正する歪修正装置は、パーマネントカソード１を懸垂するホイストクレーン２などの懸垂手段と、懸垂した状態のパーマネントカソード１のカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側から静荷重を加える油圧シリンダ３などの押込手段と、静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソード１を受け止める棒状部材４などの受止手段とを備えている。パーマネントカソード１および押込手段の少なくとも一方は、カソード面に対して縦方向および横方向に移動可能である。【選択図】  図３
2010007106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属の電解精製または電解採取工程での繰り返し使用により発生したパーマネントカソードの歪を修正する装置であって、パーマネントカソードを懸垂する懸垂手段と、懸垂した状態のパーマネントカソードのカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側から静荷重を加える押込手段と、静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソードを受け止める受止手段とを備え、パーマネントカソードおよび押込手段の少なくとも一方がカソード面に対して縦方向および横方向に移動可能であることを特徴とするパーマネントカソードの歪修正装置。
【請求項２】
前記懸垂手段がホイストクレーンであり、前記押込手段が油圧シリンダであり、前記受止手段が固定壁部に支持された棒状部材であることを特徴とする、請求項１に記載のパーマネントカソードの歪修正装置。
【請求項３】
非鉄金属の電解精製または電解採取工程での繰り返し使用により発生したパーマネントカソードの歪を修正する歪修正方法であって、懸垂した状態のパーマネントカソードのカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側からその略中心部分に静荷重を加えると共に、静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソードを受け止め、弾性変形の変位分が余分に押し込まれるようにパーマネントカソードを変位させることを特徴とするパーマネントカソードの歪修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属を電解精製または電解採取する工程に使用されるパーマネントカソードに発生する歪を修正する装置および修正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非鉄金属を電解精製または電解採取する工程において、乾式製錬によって製造した粗金属アノードと、電解液に対して不溶性のステンレスやチタンなどからなるカソードとの間に電解液を介して電流を流してカソード側に目的金属を電着させ、所定の厚みの目的金属が電着したときに目的金属をカソードから剥ぎ取ると共にカソードを再利用する、パーマネントカソード方式の電解精製または電解採取が行なわれている。
【０００３】
このようなパーマネントカソード方式で使用されるカソードはパーマネントカソードと称されており、前述したように、電着した目的金属を剥ぎ取ったあと再び使用することができるので、生産コストが低減して製錬操業の全般的な生産効率が向上するという特徴を有している。
【０００４】
更に、パーマネントカソードは、従来から行なわれてきた種板方式の電解精製または電解採取で使用される種板のカソードと比較すると、電解槽におけるカソードの垂直性が良好であることを特徴としている。
【０００５】
すなわち、種板のカソードは、種板製造用の電着工程と剥ぎ取り工程を経た電着金属の板をベースに作成されるため、特許文献１に示すような、コーナー部分の反りを修正するプレス工程などを経て垂直性を得るようにしたものであっても、比較的大きな歪が残存することは避けられない。これに対して、パーマネントカソードは、市販のステンレス板等をベースに作成されるため、新品であるか、繰り返し使用回数が比較的少ない間は、非常に良好な垂直性を備えている。
【０００６】
ここで、カソードの垂直性が良好であるとは、カソード全体に曲がりや反りといった歪が無く平坦な状態であり、また、カソード表面に凹凸が少なく平滑な状態であることをいう。
【０００７】
このような垂直性が良好なカソードを電解槽内に懸垂すると、直近に懸垂されたアノードとの距離のバラツキが少なくなり、アノードとカソード間の平均的な距離、すなわち極間距離を小さくすることが可能となる。更に、電流密度を比較的高くしても、カソードとアノードとの間の電流短絡が起こりにくいので電流ロスを低減することができ、単位時間当たりの生産量を増やすことができる。また、電着する目的金属の表面状態を平滑にすることができるので、品質の良好な電着金属を得ることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２５６３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、パーマネントカソード方式は種板方式のカソードに比べて垂直性に優れているが、繰り返し使用して電解槽への装入や電着した目的金属の剥ぎ取りが繰り返されるうちに、装入時に受ける外部からの衝撃や剥ぎ取り装置で受ける曲げの力により歪（塑性変形）が生じて、パーマネントカソードの垂直性は徐々に悪化してゆくことがある。
【００１０】
例えば、図１に示すように、概略のサイズが縦１２００ｍｍ×横１２００ｍｍ×厚さ３ｍｍ程度であって、材質がステンレスやチタンのパーマネントカソード１においては、繰り返し使用によって曲がりや反りが発生し、板の厚さ方向に距離Ｘの歪を生じる。この距離Ｘは、使用開始時には５ｍｍ以内程度であることが望ましいが、繰り返し使用することによって１３ｍｍを超えるようになると、歪を除去するための修正が必要となる。
【００１１】
パーマネントカソードの歪を修正するときは、パーマネントカソードは歪修正工程に移送され、その歪の状況により、ハンマーにより手作業で修正が施されたり、プレス機やレベラーを用いて機械的に修正が施されたりする。一般的にハンマーによる手作業およびプレス機、レベラー等の機械にてカソード歪を修正するときには、パーマネントカソードは固定された金属製等の台の上に、カソード面が上下方向を向くように載置される。
【００１２】
このとき、本来修正すべき歪（塑性変形）だけでなく、自重によるたわみ（弾性変形）が発生するため、歪を修正するために力を加えるべき箇所の特定が困難になる上、たわみ（弾性変形）と歪（塑性変形）とを比較したときに、無視できないほどたわみが大きい場合は、力を外したときに、たわみの戻り（スプリングバック）分だけ歪の修正が不足し、歪が残ってしまうという問題がある。特に、従来の０.６ｍｍ程度の厚みを有する種板方式のカソードに比べて、パーマネントカソードは厚みが３ｍｍ程度であるため、自重によるたわみの影響が大きい。
【００１３】
更に、パーマネントカソードには、金属がカソード面の両端部に回り込んで電着することによって電着金属の剥ぎ取りが困難になることを防ぐために、両端部にエッジストリップと称する絶縁材が取り付けられている。そのため、歪を修正する度にエッジストリップを取り外す必要があり、作業効率を低下させる原因の一つとなっている。
【００１４】
また、ハンマーによる手作業によって歪の修正を行う場合は、衝撃的な荷重が加えられるため、パーマネントカソードの表面に凹凸やキズがついて表面の平滑性が損なわれることが多く、そのまま再使用すると電着金属を剥ぎ取る際の剥離性が悪化するなどの問題が生じていた。
【００１５】
本発明は、このような状況を解決するためになされたものであり、パーマネントカソードのカソード面の平滑性を損なうことなく、パーマネントカソードの歪を充分に修正することが可能な、パーマネントカソードの歪の修正装置および修正方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記課題を解決するために、パーマネントカソードを懸垂した状態のままで修正する装置および方法について鋭意研究を重ねることにより、本発明を完成した。
【００１７】
すなわち、本発明が提供するパーマネントカソードの歪修正装置は、パーマネントカソードを懸垂する懸垂手段と、懸垂した状態のパーマネントカソードのカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側から静荷重を加える押込手段と、静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソードを受け止める受止手段とを備え、パーマネントカソードおよび押込手段の少なくとも一方がカソード面に対して縦方向および横方向に移動可能であることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明が提供するパーマネントカソードの歪修正方法は、懸垂した状態のパーマネントカソードのカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側からその略中心部分に静荷重を加えると共に静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソードを受け止め、弾性変形の変位分が余分に押し込まれるようにパーマネントカソードを変位させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のパーマネントカソードの歪の修正装置および修正方法によれば、パーマネントカソードのカソード面の平滑性を損なうことなく、パーマネントカソードの歪を充分に修正することが可能となるので、その工業的価値は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明のパーマネントカソードの歪の修正装置および修正方法を詳細に説明する。本発明の装置は、パーマネントカソードを懸垂するホイストクレーンなどの懸垂手段と、懸垂した状態のパーマネントカソードのカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側から静荷重を加える油圧シリンダなどの押込手段と、静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソードを受け止める、固定壁部に支持された棒状部材などの受止手段とを備えており、パーマネントカソードおよび押込手段の少なくとも一方がカソード面に対して縦方向および横方向に移動可能である。このように、本発明の歪修正装置は、パーマネントカソードを懸垂したままの状態で位置合わせおよび歪の修正を実施できるところに最大の特徴がある。
【００２１】
図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の歪修正装置の一具体例を示す正面図および側面図である。この歪修正装置は、懸垂した状態のパーマネントカソードの位置を、カソード面の縦方向および横方向、すなわち図２（ａ）で示す紙面上で上下左右に調整することが可能なホイストクレーン２と、パーマネントカソードの歪を修正するために、懸垂した状態のパーマネントカソードのカソード面に対して略垂直に押し込むように歪の凸部側から静荷重を加える油圧シリンダ３と、静荷重を加える際に、静荷重が加えられるカソード面の裏側から少なくとも２箇所でパーマネントカソードを受け止める固定された棒状部材４とを有している。歪修正装置は固定壁部５を有することが好ましく、これにより油圧シリンダ３の押し込み方向に直交する面上の実質的に任意の位置に棒状部材４を配置することができる。
【００２２】
次に、上記歪修正装置を用いてパーマネントカソードの歪を修正する方法を、図３を参照しながら説明する。まず、繰り返し使用されて歪の発生したパーマネントカソード１を、ホイストクレーン２の吊手２ａに懸垂し、パーマネントカソード１の歪の凸部側のカソード面１ａが油圧シリンダ３に対面するように、すなわち、歪の凹部側のカソード面１ｂが固定壁部５に対面するように、パーマネントカソード１を油圧シリンダ３と棒状部材４との間に装入する。
【００２３】
装入されたパーマネントカソード１は、ホイストクレーン２に懸垂されたままなので、パーマネントカソード１が電解槽内に設置されている状態と、歪修正のために歪修正装置に装入されている状態とを比較したとき、自重のたわみの影響による荷重を加える略水平方向の変位がほとんど無い。このため、修正のために荷重を加えるべき箇所である歪の中心部分、すなわち、図３（ｂ）に示す凸部頂点Ａの特定が容易となる。
【００２４】
次に、ホイストクレーン２を操作して、懸垂した状態のパーマネントカソード１を、そのカソード面の縦方向および横方向に移動させて、油圧シリンダ３の先端部３ａが凸部頂点Ａに対向するように位置合わせ（調整）する。尚、上記のようにしてパーマネントカソード１を移動させる代わりに、油圧シリンダ３をカソード面に対して縦方向および横方向に動かすことによって位置合わせを行ってもよい。更に、歪の凸部頂点が複数あるような場合には、必要に応じて複数の油圧シリンダをカソード面に対向するように設置してもよい。
【００２５】
ところで、パーマネントカソード１の歪を修正するためには、パーマネントカソード１を塑性変形させる必要がある。従って、後述するように、油圧シリンダ３でパーマネントカソード１に押し込み荷重をかける際は、パーマネントカソード１の弾性変形による戻り変位（スプリングバック）を考慮し、この戻り変位分だけ略平坦な状態よりも余分に固定壁部５側に押し込んで、油圧シリンダ３に対向するカソード面が凹状になるようにパーマネントカソード１を変形させる必要がある。
【００２６】
そのため、油圧シリンダ３で静荷重が加えられる際にカソード面１ｂから少なくとも２箇所でパーマネントカソード１を受け止めるように、静荷重が加えられるカソード面１ａの裏側に棒状部材４を設置し、いわゆる３点曲げ試験と同様の荷重が加えられる状態にする必要がある。これにより、略平坦な状態よりも更に固定壁部５側に押し込まれた状態となるようにパーマネントカソード１を変形させることが可能となる。このように、固定壁部５側に押し込まれた状態となるようにパーマネントカソード１を変形させることによって、油圧シリンダ３の荷重を取り去って弾性変形による戻り変位が発生したときに、パーマネントカソード１をちょうど略平坦な状態にすることができため、パーマネントカソード１の歪を充分に修正することができる。
【００２７】
尚、棒状部材４の材質、厚さ、長さ、および個数は、歪の状況により適宜選択すればよい。また、棒状部材４は垂直に立設した固定壁部５上に設置するのが好ましい。この固定壁部５上の棒状部材４の設置方法は、ボルトとナットによるネジ止め方式や、フックとレールによる懸垂方式など任意の方式を採用することができるが、図３に示すように、固定壁部５と棒状部材４の材質を鉄やニッケルなどの強磁性体から選択し、板状の磁石５ａを固定壁部５に設けて、棒状部材４を固定する磁力方式で設置することが、棒状部材４の設置位置をより自在に調整することが可能となるため好ましい。
【００２８】
また、図３に示すように、パーマネントカソード１の両端部を除いた中央部だけに棒状部材４が当接するように配置することによって、油圧シリンダ３による押し込みの際、パーマネントカソード１の両端部に棒状部材４から直接荷重がかからないようにできるので、前述のエッジストリップ（図示せず）を取り付けたまま、すなわち電解槽からパーマネントカソード１を取り出した後にエッジストリップの取り外し作業を行うことなくそのまま修正作業をすることができる。
【００２９】
パーマネントカソード１の歪に対しては、油圧シリンダ３による押し込み荷重を２回に分けて加えることによってほぼ平坦にすることができる。すなわち、第１回目の荷重として、油圧シリンダ３を作動させて先端部３ａを動かし、パーマネントカソード１がほぼ垂直になるまでパーマネントカソード１の凸部頂点Ａ付近に対して水平方向に押し込むように荷重を加え、この状態で塑性変形を終了させるために充分な時間保持する。その後、油圧シリンダ３の作動を止めて先端部３ａを元の位置まで戻す。
【００３０】
このとき、パーマネントカソード１は弾性変形分だけスプリングバックするので、凸状の歪が残存しているが、この変位を測定し、第２回目の荷重として油圧シリンダ３を作動させて、上記測定した変位の２倍程度までパーマネントカソード１の油圧シリンダ３に対面する側が凹状に変位するように静荷重を加え、２つの棒状部材４の間にパーマネントカソード１を押し込む。この状態で塑性変形を終了させるために充分な時間保持する。
【００３１】
このように、第１回目の荷重および第２回目の荷重を加えることにより、パーマネントカソード１の歪の大きさを使用開始時に許容されるレベル以下、例えば図１で示したサイズのパーマネントカソード１であれば、距離Ｘを５ｍｍ以内となるように修正することができる。
【００３２】
尚、弾性変形分の変位があらかじめ分っている場合には、上記の油圧シリンダ３による押し込み操作は必ずしも２回に分けて行う必要は無く、第１回目の荷重で弾性変形分の変位分を余分に押し込むことが可能であれば、第２回目の荷重をかけることなく上記と同様の修正を行うことができる。
【００３３】
また、距離Ｘおよび弾性変形分の変位の測定は、特に限定するものではなく、修正前の凸部頂点を通過して水平に保持したものさしを使用してもよいし、自動化のために赤外線やレーザー光などによる位置測定器を取り付けて使用しても良い。
【００３４】
上記のように、本発明によって歪修正作業をする際に重要なことは、カソード面に対して略垂直に押し込む荷重を解除したときに、パーマネントカソードがホイストクレーンによって懸垂された状態に戻ることである。パーマネントカソードは懸垂されたままであるので水平方向に力を受けておらず、歪修正の際に自重によるたわみによって生じる変位の影響が無いので、歪の修正が必要な位置および修正の程度の特定が容易となり、変位測定を簡易に実施することができる。
【００３５】
更に、水平な状態に保持してから荷重を加えるプレス機やレベラーを使用する場合には、歪修正の程度を確認するために、別途準備した専用のフックやハンガーなどにパーマネントカソードを懸垂させて測定を行わなければならないが、本発明の歪修正装置および歪修正方法によればその必要はない。これにより、作業時間および労力を削減できる。
【００３６】
また、全面をプレスおよびレベリングする場合には、歪の状態が違う複数のパーマネントカソードに対して、スプリングバックを相殺するためのクリアランス調整を、パーマネントカソードごとに実施する必要があるが、本発明の歪修正装置および歪修正方法によればそのような調整は不要であり、歪の状態が違うパーマネントカソードであっても連続して作業することが可能となる。
【００３７】
また、本発明によれば、実質的に静荷重によって歪を修正するため、ハンマーで修正する場合と比較して、パーマネントカソードの表面を傷つけたり、表面粗さを悪化させたりすることがない。よって、電着金属の剥離性が悪化することは無い。もちろん、ハンマーを使用した作業に比べて、作業者への負担は小さい。
【００３８】
また、プレス機、レベラー等の機械を用いる場合と比較しても、本発明の装置の機構は簡易であり、比較的安価であり、設置費用および設置面積を小さくすることが可能である上、作業者の身体の一部が挟まれたり、巻き込まれたりする労働災害上の危険性も少ないので、特殊な安全装置を準備する必要も無い。
【００３９】
以上、詳細に説明したように、本発明の歪修正装置および歪修正方法によれば、歪修正のための作業中に加えられる荷重を解除したときに、パーマネントカソードがホイストクレーンによって懸垂された状態に戻るので、簡易な機構の歪修正装置でありながら、パーマネントカソードの歪を修正する際の課題を解決するだけでなく、様々な優れた効果を得ることができる。
【実施例】
【００４０】
銅電解工程において繰り返し使用され、厚み方向の歪が、図１に示す距離Ｘにおいて１４ｍｍ以上となったステンレス製のパーマネントカソード１００枚に対して、本発明の歪修正装置および歪修正方法を用いて歪修正作業を実施した。
【００４１】
その結果、すべてのパーマネントカソードを、上記距離Ｘが５ｍｍ以下となるように歪修正するために必要とした作業工数は延べ１６時間×人程度であった。
【００４２】
［比較例］
パーマネントカソードの歪の状況に合わせて、ハンマー作業およびプレス作業を選択しながら従来の歪修正作業をしたこと以外は、上記実施例と同様に歪の修正作業を実施したところ、すべてのパーマネントカソードを、上記距離Ｘが５ｍｍ以下となるように歪修正するために必要とした作業工数は延べ４８時間×人程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】厚み方向に歪を有するパーマネントカソードを示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明によるパーマネントカソードの歪修正装置の一具体例を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の一具体例のパーマネントカソードの歪修正装置を用いて歪を修正する様子を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    パーマネントカソード
２    ホイストクレーン
３    油圧シリンダ
４    棒状部材
５    固定壁部
【図１】
2010007106.tif 000003
【図２】
2010007106.tif 000004
【図３】
2010007106.tif 000005