節能型上引爐筑爐技術探究

姚迎國 章繼名

摘 要：隨著電氣工業的蓬勃發展，對電線電纜制品的質量要求也隨之提高，需要使用更多的雜質含量少，含氧量低的高純銅，高純銅的特點在于高導電率、高密度、極優的塑性和良好的抗疲勞強度。上引連鑄法生產技術作為傳統銅桿生產關鍵技術之一，在銅桿產業發展初期起到了很大的推動作用，然而隨著科技進步與發展其他同類產品不斷替代了上引爐，但是作為無氧銅桿生產關鍵設備來說，其仍有不可替代性，特別是中小規模、高品質無氧銅桿生產更是不可或缺的。本設計通過對上引法連鑄機的工作原理進行研究，具體包括：爐體結構、熔溝參數設計、線圈匝數設計等，通過研究達到爐體使用壽命增加50%，能耗降低10%，產能提升38%功效。

關鍵詞：線圈;匝數;上引法;熔溝

一、上引法工藝綜述

（一）設備工作原理

電解銅經剪切（或整塊），用人工（或機械）加入工頻感應熔化爐（或連體爐的熔化部分），熔化是在木碳覆蓋保護下進行的，熔融的銅液經過一段時間的靜止還原脫氧并達到一定的溫度后，通過有CO氣體保護的流槽（或連體爐的溢流口）經過渡腔（銅液在此進一步還原脫氧、清除渣質），進而平穩地流入保溫爐（或連體爐的保溫腔），銅液的溫度由熱電偶測量，溫度值由儀表顯示。爐子輸入功率可以根據設定的溫度自動調節，也可根據銅液的實際溫度電動調節，以控制銅液的溫度在一定的范圍內。

連鑄機固定于保溫爐的上方，有6頭、8頭、多至20多頭等多種形式，分兩排各自固定在連鑄機的兩側，每根鑄桿有上、下兩對輥輪間歇向上牽引、輥輪由一臺（或多臺）直流電動機（或步進電機或伺服電機）驅動，每根結晶器可單獨裝拆而不影響其他結晶器的正常工作。根據保溫爐內銅液液位的高低，連鑄機可上、下自行運動，以保證結晶器和保溫爐內銅液液位相對位置恒定。每根鑄桿都有一控制器和撓桿機，鑄桿經導輪裝置從連鑄機引到控制器和撓桿成圈，成圈完畢后把鑄桿剪斷，并把成圈鑄桿吊運走，供下道工序加工。

（二）上引法工藝特點

由于拉軋工藝與鑄造工藝不是連續的，拉軋是在常溫下進行的，不需氣體保護，銅材也不會被氧化。因此設備投資小，廠房布置也靈活。單機產量變化范圍大，年產量可以從幾百噸到幾萬噸，可供不同規模的廠家選用不同型號的上引機組。此外，由于連鑄機是多頭的，可以很容易地通過改變鑄造規格（鑄桿直徑），來改變單位時間的生產量，因此其產量可視原材料的供應情況和產品的需求情況來決定，便于組織生產，節約能源。只需更換結晶器和改變石墨模的形狀，即可生產銅管，銅排等異型銅材，并可在同一機器上生產不同規格、品種的銅材，靈活機動，這可說是上引法的最大特點了。如果采用分體爐，即熔化和保溫在二個感應爐中進行，則就比較容易實現用上引法生產合金銅材。

工藝原理上引法連鑄銅桿的基本特點是”無氧”，即氧含量在10ppm以下，在電解銅熔化，銅液轉移，結晶成型的整個工藝過程中，采用木碳還源和鱗片石墨覆蓋、隔氧等措施。氧在熔融銅液中是以氧化銅（CuO）和氧化亞銅（CuO2）的形式存在的，木碳（C）在高溫下與其作用，可以脫氧，使其氧含量小于10ppm，反應方程式如下：CuO+CuO2+C→Cu+CuO+CO→2Cu+CO2↑在反應過程中產生的CO保護氣氛和鱗片石墨的隔氧作用，使銅液在熔化腔向保溫腔的轉移及結晶過程中，銅液不再被氧化。

二、節能型上引爐筑爐技術研究思路

（一）產能提升方案研究

從改變線數匝數的角度著手，增大電流動提升熔化能力，將原有年產5000噸爐體標配的62匝線數，變更為58匝，同時減少熔溝尺寸，在輸入電流、電壓不變的情況下，實現熔化能力的提升，進而提高產能。

考慮到上引法引桿速度受結晶速度的限制，為了實現產能的提升，計劃將原來10個結晶器的引鑄架增加到12個。

（二）節能方案研究

通過改變爐體中3個熔溝的參數，將原設計的總高度600mm減少到560mm;熔溝的溝體部份由原來厚度330mm，減少到320mm，實現輸入電流增加，提升熔化能力。在總產能上提升了20%，而實現節能10%以上。

（三）使用壽命提升方案研究

爐體的使用壽命取決于熔溝及搗打料的壽命，在日常使用中，因熔溝長時間運行，沖擊搗打的石英砂，使石英砂的厚度變薄而產生能耗降低甚至漏銅導致爐體報廢的現象，本研究方案的實施因減小了熔溝的體積，進而增加了搗打層的厚度，能有效的減少或避免漏銅的現象，從而使爐體的使用壽命得到了提升。

熔溝體積減少，避免了降檔，停爐時因體積大，熱脹系數大而造成的熔溝斷裂導致爐體報廢的問題。

（四）產品性能提升方案的研究

對過對爐體結構進行研究發現，傳統設計的爐體只有熔化滬和保溫爐兩部份，而銅在熔煉過程中，因本身帶有的雜質，加料時融入的氧氣，木炭、石墨鱗片中含有的其它金屬會直接從熔化爐進入到保溫爐，就會直接進入結晶器，影響銅桿的純度、氧含量，對銅桿電性能、機械性能產生影響。

本研究方案計劃從爐體結構入手，在熔化爐與保溫爐之間增加一個過度倉，過度倉的寬度為250-300mm，過度倉中沒有熔溝，熔煉好的銅液經過過度倉時可因溫度的降低而實現脫氧和雜質分離的作用，進而使進入保溫爐中的銅液的純度更高，含氧量更低，實現產品性能提升。

三、實踐驗證數據

通過改變線圈匝數、爐體結構、熔溝尺寸等相關參數，通過實踐證明其產能、使用壽命、產品性能均能得到有效提升，具體數據如下：

產能提升方面：線圈匝數改為58匝，實現進項電流達由原來的400A，提高到520A，單位產能由原來17噸/天提高到21.5噸/天;

爐體壽命：由原來平均使用壽命12個月提升到18個月以上;

單位能耗：由原來的355kwh/噸降低到320kwh/噸;

產品性能：電性能由0.01720Ωmm2/m降低到0.01680Ωmm2/m以下，機械性能的伸長率由35%提升到45%。

綜上，上引法生產工藝通過改變爐體結構、線圈匝數、熔化爐的熔溝尺寸后在不改變原有爐體的設計結構可實現使用壽命、產品性能、單位能耗等均有所降低，對于無氧銅桿生產企業來說是實現節能降耗、提升產品性能、降低生產成本的有效方法。

參考文獻

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