(57)【要約】【課題】  軽量化された耳部を有するアノードを効率よく作製する方法を提供する。【解決手段】  矩形板状部１とその上部左右の両隅部からそれぞれ左右に突出する両耳部２とからなる電解精製用アノードの製造方法であって、該アノードの自重が両耳部２にかかった時に両耳部２の複数の特定部位Ａ１〜Ａ３に生ずる応力を応力解析ソフトウェアを用いて求める応力算出工程と、得られた複数の特定部位Ａ１〜Ａ３の応力の値の中の最大値に基づいて両耳部２の形状を調整する耳部形状調整工程とを有し、この両耳部の形状の調整は、好ましくは該最大値が所定の上限値を超えている場合は該最大値を示す部位に肉盛加工を施し、前記最大値が所定の下限値よりも小さい場合は少なくとも該応力の値の最少値を示す部位に切削加工を施す。【選択図】  図２
2019059979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形板状部とその上部左右の両隅部からそれぞれ左右に突出する両耳部とからなる電解精製用アノードの製造方法であって、該アノードの自重が前記両耳部にかかった時に該両耳部の複数の特定部位に生ずる応力を応力解析ソフトウェアを用いて求める応力算出工程と、得られた複数の特定部位の応力の値の中の最大値に基づいて該両耳部の形状を調整する耳部形状調整工程とを有することを特徴とする電解精製用アノードの製造方法。
【請求項２】
前記両耳部の形状の調整が、前記最大値が所定の上限値を超えている場合は該最大値を示す部位に肉盛加工を施し、前記最大値が所定の下限値よりも小さい場合は少なくとも前記応力の値の最少値を示す部位に切削加工を施すことを特徴とする、請求項１に記載の電解精製用アノードの製造方法。
【請求項３】
前記耳部形状調整工程で両耳部の形状が調整されたアノードに対して引張試験機を用いて該耳部に前記アノードの自重がかかる時の方向に様々な力をかけて該耳部の変形量を測定する変形量測定工程と、
前記変形量測定工程により得たデータに基づいて該耳部の弾性変形限界における耐力を求め、前記耐力が該アノードを該両耳部で支持する時の負荷を超えているか否かを評価する評価工程とを更に有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のアノードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量化された耳部を有する電解精製用アノードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属として代表的な銅の電解精製では、精製炉において粗銅を酸化、還元することで得た純度約９９.５％の精製粗銅を板状に鋳造し、これにより得た略矩形の銅板を陽極（以下「アノード」と称する）に用いている。このアノードに対向させる陰極（以下「カソード」と称する）には、パーマネントカソード法（ＰＣ法）の場合はステンレス製の薄板を、コンベンショナル法（種板法）の場合は高純度の銅からなる矩形薄板状の種板を用いている。
【０００３】
これらアノードとカソードは、電解槽内に貯められている電解液内に交互に並んだ状態で浸漬される。そしてアノードとカソードの間に所定の電圧を印加することで上記ステンレス製の薄板又は銅製の種板からなるカソードの表面に銅を電着させる。電着完了後は、ＰＣ法の場合は電着した電気銅をステンレス製の薄板から剥ぎ取ることにより製品とし、銅製の種板の場合は電着したままの状態で製品として出荷される。一方、減肉したアノードはスクラップとして製錬工程に繰り返される。
【０００４】
上記のように、アノードは銅電解精錬時に電解液内に浸漬されるため、特許文献１に示すように、当該電解液に浸漬される矩形板状部の上部左右の両隅部には、自身を支えるためにそれぞれ左右に突出する両耳部が形成されている。この両耳部は、アノードの運搬時や電解時に支持部としての役割を担う他、電解槽の側壁上端部に設けられたいわゆるブスバーとの電気的接点としての役割も担っている。このように両耳部は電解液に浸漬されないため電解されず、よってアノードの電解精製後は減肉した矩形板状部と共にそのままスクラップとして製錬工程に繰り返される。このスクラップとして製錬工程へ戻される量の電解槽に載置装入される量に対する割合はスクラップ率と称されている。銅電解精製では、このスクラップ率を減少させることが求められており、これにより電気銅を低コストに生産することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平０３−００３７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スクラップ率を減少させることは両耳部の軽量化によって実現できるが、前述したようにアノードは両耳部によって支えられているので、両耳部を軽量化しすぎると、強度が低下して運搬時や電解時に該耳部が大きく変形し電解槽の底部に落下するおそれがあった。そのため、従来は当該落下のリスクをおそれて徐々に軽量化するか現形状のアノードをそのまま採用するしかなく、複数個所の減肉や増肉を組み合わせるような軽量化が難しいことから、上記のスクラップ率を減少させるのは容易ではなかった。本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、効率よく軽量化された耳部を有するアノードを作製する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の電解精製用アノードの製造方法は、矩形板状部とその上部左右の両隅部からそれぞれ左右に突出する両耳部とからなる電解精製用アノードの製造方法であって、該アノードの自重が前記両耳部にかかった時に該両耳部の複数の特定部位に生ずる応力を応力解析ソフトウェアを用いて求める応力算出工程と、得られた複数の特定部位の応力の値の中の最大値に基づいて該両耳部の形状を調整する耳部形状調整工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アノードの耳部を効率よく軽量化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のアノードの製造方法で作製されるアノードの一具体例の正面図である。
【図２】本発明のアノードの製造方法の実施形態において行われる応力解析の対象となるアノードの片方の耳部の正面図である。
【図３】本発明の実施例で作製した試料１のアノードの片方の耳部の正面図である。
【図４】本発明の実施例で作製した試料２のアノードの片方の耳部の正面図である。
【図５】本発明の実施例で作製したアノードから切り出した片方の耳部に対して引張試験を実施している様子を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るアノードの製造方法の実施形態について説明する。この本発明の実施形態のアノードの製造方法は、応力解析ソフトウェアを使用して行った応力解析の結果に基づいて、軽量化された両耳部を有するアノードを作製するものである。具体的に説明すると、先ず有限要素法による応力解析を行うことが可能な汎用のシミュレーションソフトウェアを用意し、このソフトウェアに応力解析対象として、図１に示すような矩形板状部１と、その上部左右の両隅部から左右にそれぞれ突出する両耳部２とからなるアノードの寸法データを、比重などのアノードの材質の物性データと共に入力する。
【００１１】
この応力解析対象のアノードは、電解精製工場で使用されているアノードでもよいし、設計段階のアノードでもよい。次に電解槽内において、このアノードがその両耳部の下側の先端部に設けられた水平方向に平坦な部分で支持されることを想定して応力解析シミュレーションを開始し、アノードの両耳部にアノードの自重が負荷として均等にかかった時に各耳部に発生する応力を算出する。
【００１２】
この応力の算出は、一方の耳部２において予め特定しておいた複数の部位で行う。この複数の部位は、耳部２のうちの湾曲部の中から選択するのが好ましい。本実施形態では、図２に示すように、過去の実績からひび、割れなどの破損が生じやすい３ヶ所の部位Ａ１〜Ａ３を特定している。具体的には、特定部位Ａ１の位置は耳部２の下側湾曲部２ａのほぼ中間地点であり、特定部位Ａ２及びＡ３の位置は耳部２の上側湾曲部２ｂの両端部である。
【００１３】
上記のシミュレーションの結果、これら特定部位Ａ１〜Ａ３のそれぞれについて応力が求まるので、これらのうち最も応力の値が大きい部位を選択する。そして、この選択した部位の応力の値が所定の上限値を超えている場合は、この部位には局所的な負荷がかかりすぎていると判断できる。そこで、この選択した部位を含む近傍領域に肉盛りを行った形状とすることにより、アノードの強度を底上げできる。この場合の近傍領域とは、下側湾曲部２ａに位置する部位Ａ１の場合は下側湾曲部２ａのほぼ全体をカバーする領域とするのが好ましい。一方、上側湾曲部２ｂの先端側の部位Ａ２の場合は、当該部位Ａ２から耳部２の先端部までの直線領域とし、上側湾曲部２ｂを挟んで基端側の部位Ａ３の場合は、上側湾曲部２ｂの全領域と、部位Ａ３から矩形板状部１との境界部２ｃまでの直線領域とするのが好ましい。
【００１４】
この肉盛りの要否の判定基準となる上記の所定の上限値は、後述する引張試験による評価結果などから適宜定めることができ、例えば３０ＭＮ／ｍ２を基準として使用することができる。また、肉盛りを行う場合は、アノードを正面から見た時の耳部２の幅が０〜３０％程度広くなるように肉盛りするのが好ましい。この場合、耳部２の厚み方向に均一な程度に肉盛りしてもよいし、アノード作製時に金型の底側とは反対側となる面に向って徐々に多く肉盛りしてもよいし、その逆でもよい。なお、図２の平面図では、アノードの作製時に金型の底側となる面が紙面手前側に描かれており、金型からアノードを容易に取り出せるように、金型の底側に行くに従って耳部２の幅が徐々に狭くなっていることが分かる。
【００１５】
一方、上記シミュレーションの結果、上記特定部位Ａ１〜Ａ３の応力のうち最も大きい値が所定の下限値よりも低い場合は、アノードの耳部に過大な設計余裕が有ると判断できる。そこで、少なくとも最も小さい応力の値を示す特定部位を含む近傍領域に切削を行うことにより、アノードの実質的な強度を損なうことなく軽量化できる。この場合の近傍領域も、前述した肉盛りを行う場合の近傍領域と同様の領域にするのが好ましい。また、切削を行う場合は、アノードを正面から見た時の耳部２の幅が０〜３０％程度狭くなるように切削するのが好ましい。この場合、耳部２の厚み方向に均一な程度切削してもよいし、アノード作製時に金型の底側となる面に向って徐々に多く切削してもよいし、その逆でもよい。なお、この切削の要否の判断基準となる上記の所定の下限値は、前述した上限値の場合と同様に引張試験による評価結果などから適宜定めることができ、例えば２０ＭＮ／ｍ２を基準として使用することができる。
【００１６】
このように肉盛り又は切削を両耳部に施した形状のアノードに対して、再度上記と同様にシミュレーションを行い、アノードの両耳部にアノードの自重が負荷として均等にかかった時に各耳部に発生する応力を算出する。そして、得られた特定部位の応力のうちの最大値が前述した上限値と下限値との範囲内にあるか否かを評価する。この評価の結果、該最大値が該上限値と下限値との範囲内にある場合はより適切な耳部形状が得られたと判断することができる。
【００１７】
一方、該最大値が該上限値と下限値との範囲内から依然として外れている場合は、肉盛り又は切削が不十分と考えられるので、更なる肉盛り又は切削による耳部の形状の調整と、この調整後の耳部形状を有するアノードに対する応力解析シミュレーションと、得られた応力の最大値の評価とからなる前述した一連の操作を、該最大値が該上限値と下限値との範囲内に入るまで繰り返せばよい。なお、応力解析シミュレーションで算出した特定部位の応力の全てが上記の上限値と下限値との範囲内に入るまで上記の一連の操作を繰り返してもよい。これにより、耳部の形状をバランスよく最適化することができる。
【００１８】
上記にて形状が決定された耳部形状を有するアノードが形成されるようにアノードの金型を作製する前に、引張試験により実際の強度を確認するのが好ましい。具体的には、上記にて決定した耳部形状となるように実際にアノードの耳部に肉盛り加工又は切削加工を行った後、図５に示すように引張試験機を用いて弾性変形限界時の応力の値（耐力）を測定する。そして、得られた弾性変形限界時の耐力が、当該アノードをその両耳部で支持する時の負荷に所定の設計余裕（運搬・載置する際の加速度を考慮した大きさとする）を加えたものを超えていれば、強度上の問題がなく且つ経済的な設計がなされていると判断できる。なお、上記の引張試験は、アノードから切り出した片方の耳部に対して行うのが好ましく、これにより耳部にかかるアノード荷重やその向きを特に考慮せずに済み、また、取り扱いも容易になる。
【実施例】
【００１９】
ソリッドワークス・ジャパン株式会社製の応力解析用シミュレーションソフトウェアであるＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ（登録商標）を使用してアノードの両耳部にアノードの自重がかかった時の応力の値を算出した。なお、シミュレーションソフトウェアに入力するアノードの寸法には、銅電解精製で実際に使われているものを使用した。また、応力値の算出は、図２に示す特定部位Ａ１〜Ａ３において行った。
【００２０】
その結果、特定部位Ａ１での応力は１７.８ＭＮ／ｍ２、特定部位Ａ２での応力は１４.２ＭＮ／ｍ２、特定部位Ａ３での応力は１１.３ＭＮ／ｍ２となった。この場合、特定部位Ａ１〜Ａ３のうち特定部位Ａ１の応力が最も大きく、且つその値は基準となる下限値２０ＭＮ／ｍ２より小さかった。そこで、図３（ａ）の切削前の一点鎖線から切削後の実線で示すように、応力が最も小さかった特定部位Ａ３を含む近傍領域、すなわち上側湾曲部２ｂと、部位Ａ３から矩形板状部１との境界部２ｃまでの直線領域において、図３（ａ）の紙面手前側の金型の底部側に向って徐々に大きく切削し、これに合わせて特定部位Ａ２から耳部２の先端部までの直線部を少しだけ切削した。
【００２１】
これにより、図３（ｂ）に示すような、特定部位Ａ３を含む近傍領域において厚み方向の傾斜がより緩やかな耳部１２を有する試料１のアノードを作製した。この切削された耳部を有する試料１のアノードの寸法を再度シミュレーションソフトウェアに入力し、上記と同様にシミュレーションを行った。その結果、特定部位Ａ１での応力は２０.３ＭＮ／ｍ２、特定部位Ａ２での応力は１４.５ＭＮ／ｍ２、特定部位Ａ３での応力は１３.５ＭＮ／ｍ２となった。この結果から、特定部位Ａ３及びその近傍領域において厚み方向の傾斜がより緩やかになるように切削加工することで、特定部位Ａ３のみならずその対向部分となる特定部位Ａ１において上限値３０ＭＮ／ｍ２を超えることなく応力の値が増加しており、切削加工前に比べてより経済的な設計（すなわちスクラップ率が小さい）がなされていることが分かる。
【００２２】
更に、特定部位Ａ３及びその近傍領域に対して、図４（ａ）の切削前の一点鎖線から切削後の実線で示すように、金型の底部側とは反対側の面に向って徐々に大きく切削し、これに合わせて特定部位Ａ２から耳部２の先端部までの直線部を少しだけ切削した。これにより、図４（ｂ）に示すような、特定部位Ａ３を含む近傍領域において厚み方向の傾斜がより急な耳部２２を有する試料２のアノードを作製した。この試料２のアノードについて、上記の試料１と同様に再度シミュレーションしたところ、特定部位Ａ１での応力は２３.４ＭＮ／ｍ２、特定部位Ａ２での応力は２３.１ＭＮ／ｍ２、特定部位Ａ３での応力は１７.３ＭＮ／ｍ２となった。この結果から、特定部位Ａ３及びその近傍領域において厚み方向の傾斜がより急になるように切削加工することで、上限値３０ＭＮ／ｍ２を超えることなく特定部位Ａ１〜Ａ３の応力の値が全て増加しており、上記の試料１の場合に比べてより経済的な設計（すなわちスクラップ率が小さい）がなされていることが分かる。
【００２３】
次に、これら試料１、試料２、及び切削加工前のアノードからそれぞれ片方の耳部を切り出して、図５に示すような引張試験機を用いて、アノードを電解槽に装入して耳部で支持した時にかかる荷重の向きに力をかけて弾性変形限界時の応力値を測定した。その測定結果をシミュレーション結果の特定部位Ａ１〜Ａ３のうち最大であったＡ１の応力値と共に下記表１に示す。
【００２４】
【表１】
2019059979.tif 000003
【００２５】
上記表１から、シミュレーションによる応力解析結果と引張試験による耐力の傾向が良く一致していることが分かる。具体的には、最大応力値が増加する割合と耐力が減少する割合が良く一致しており、上記のシミュレーションソフトウェアを用いた応力解析によって得られる最大応力値に基づいて実際のアノードの耳部の強度を予想することが可能であることが分かる。
【符号の説明】
【００２６】
１      矩形板状部
２      耳部
２ａ    下側湾曲部
２ｂ    上側湾曲部
２ｃ    境界部
Ａ１〜Ａ３    特定部位
【図１】
2019059979.tif 000004
【図２】
2019059979.tif 000005
【図３】
2019059979.tif 000006
【図４】
2019059979.tif 000007
【図５】
2019059979.tif 000008