硅碳棒電源連接帶在銀錠澆鑄機中的應用改進

夏先敏， 謝太李，雷 剛，馬堅剛，夏志薇

（江西銅業股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

隨著我國經濟社會發展與工業技術的進步，人民生活水平日益提高，白銀的消費量逐年上升，尤其是工業用銀量。因此，市場對白銀的生產能力和產品質量提出更高要求。

銀錠在生產過程中，30kg和15kg的銀錠澆鑄機作為電銀粉澆鑄銀錠的重要設備[1］。該種設備采用的是18根硅碳棒，分為三組連接加熱方式，通常使用銅電源帶作為導熱連接。然而，在生產過程中，時常出現硅碳棒電源連接帶因高溫氧化而導致電流異常，溫度提升緩慢，甚至無法達到銀熔解溫度。在生產中需要經常檢修，平均每60爐就要停爐對硅碳棒電源連接帶進行檢修、更換，連續性銀錠生產受到了很大的影響。

2 連接帶燒斷的因素分析

銀錠澆鑄機生產環境復雜。結合實際生產過程，主要從人員操作、原料純度、生產溫度、連接帶材料、生產環境等五方面來進行分析，以確定造成連接帶燒斷的主要因素。

（1）人員操作影響。銀錠在生產過程中，從原料添加到冷卻成型再到后期水洗等工藝流程都需要人工參與，人工操作過程會對產品質量和設備安全運行產生影響[2］。因此，崗位人員操作標準化是重要影響因素。

（2）原料純度影響。在銀電解過程中，保證銀粉純度至關重要。銅、鉍、銻等金屬元素與銀電位相接近，對銀電解危害最大[3］。鉍在電解過程中，一部分會以堿式鹽形式進入陽極泥；一部分會以硝酸鉍進入溶液，硝酸鉍在溶液中積累后會在陰極上析出，進而影響銀粉的質量。因此，電銀粉雜質含量的異常波動會對銀錠澆鑄的質量以及設備的運行產生影響。

（3）生產溫度影響。銀的熔點為961.93℃，但熔煉爐溫度在工業生產中一般需要控制在1100℃左右。趙蕾等[4］采用電阻爐開展了高溫氧化試驗，并研究了不同溫度下連接帶氧化的變化規律。結果表明，隨著加熱溫度的升高，氧化速率的增加，氧化層厚度明顯增加。

（4）電源連接帶材料分析。目前主要使用銅電源連接帶，當澆鑄機長周期運行會將其氧化燒斷，導致電流下降為零，而造成生產中斷。

（5）生產環境影響。澆鑄機在實際作業中會產生工業煙塵，而且具有一定的腐蝕性，從而對生產設備產生諸多影響。另外，煙塵環境對機械散熱也有較大影響，加劇溫度對生產過程的影響。

3 確認連接帶燒斷的要因

通過對以上五種生產因素進行探討，確認結果如表1。

表 1 要因確認表

通過分組對照實驗，確認造成硅碳棒電源連接帶斷裂的主要因素為硅碳棒電源連接帶在高溫下容易氧化燒斷。

4 連接帶的重新選型及優化改進

4.1 尋找新型耐高溫連接帶

目前電源連接帶主要是銅、高鋁耐熱纖維等材料。銅纖維的耐融化熱：13.26kJ/mol，電阻率：1.75×10-8Ω·m，熱導率：401W/(m·K），純銅的熔點為1083℃。因此，銅電源連接帶在生產溫度（1100℃）下容易氧化。高鋁耐火高鋁纖維：加熱線收縮小于2%（1200℃，6h）或小于3%（1400℃，6h），熱導率0.13W/(m·K)(熱面溫度1200℃)，耐火度大于1790℃[5］。從數據上看，高鋁纖維的耐火性遠高于銅。對銅與高鋁纖維兩種連接帶進行導電性測試，實驗結果見圖1。在不同溫度下，對銅和高鋁纖維連接帶澆鑄爐次進行對比實驗，實驗結果見圖2。

圖 1 銅與高鋁的電阻隨溫度的變化圖

圖 2 銅與高鋁的澆鑄爐次隨溫度變化圖

由圖1可知，在高溫下，高鋁纖維連接帶電阻值低于銅連接帶，高鋁纖維連接帶自身所產生的熱量低，不容易燒斷。由圖2可知，在不同溫度下，高鋁纖維連接帶的澆鑄爐數遠高于銅連接帶，在高溫下表現良好。高鋁纖維屬于耐火纖維一種，有耐高溫及耐腐蝕性兩大特點，并且具有一定抗拉強度和彈性[6］。因此，最終選定使用高鋁纖維電源連接帶替代銅電源連接帶。

4.2 硅碳棒密封隔熱

硅碳棒作為主要發熱元件、主要發熱源，在高溫加熱下存在著易氧化燒損的弊病。在硅碳棒加熱爐的設計和維護中，可以通過抽真空及氮氣氛保護、電加熱、溫控等方式控制溫度。氮氣氛保護可以實現溫度保護以延長使用壽命[7］。電源連接帶與硅碳棒相連接，會受到硅碳棒的發熱影響。因此，使用隔熱材料加強對硅碳棒周圍密封隔熱，減少對連接帶的熱傷害，是提升連接帶使用壽命的另一種方法。

高強度耐高溫有機纖維具有高強高模和良好的熱穩定性,可在200～300℃長期使用[8］。耐火纖維因其熱熔低、熱阻大、熱敏性高等特點被廣泛用作保溫絕熱材料。普通硅酸鋁使用溫度為980℃，高鋁耐火纖維的最高使用溫度為1400℃，長期使用溫度為1200℃[9］。鑒于本次銀錠澆鑄機的工作環境，采用高鋁纖維棉（耐溫1600℃），對硅碳棒周邊進行密封隔熱。電源帶的工作溫度得到了有效控制，從600℃降低至350℃。

4.3 電源連接帶涂抹降溫涂料

通過采用涂刷保護層和增加元件兩端電壓的方式，研究硅碳棒表面負荷密度、加熱元件兩端電壓的變化。研究結果表明涂刷保護層彌補了老化導致負荷密度降低的不足,硅碳棒使用壽命延長1.5倍；增加了加熱元件兩端電壓，使發熱效果不變，保持了熔化爐的恒溫特性[10］；有效改善了硅碳棒的使用性能，延緩加熱元件的老化。因此，嘗試在電源連接帶上，增涂降溫涂料以減少溫度對連接帶氧化的影響，降低更換次數。

5 效果

通過更換耐高溫連接帶，對硅碳棒周邊進行密封隔熱，并涂抹降溫材料三種方式降低高溫對連接帶的影響。硅碳棒電源連接帶檢修爐次由原來的60爐/次提升到現在的180爐/次，電源連接帶改進應用后，180 d內未出現斷裂情況。

6 結論

（1）銀錠澆鑄機在運行過程中，其硅碳棒電源連接帶斷裂主要原因是高溫氧化作用，實際生產時溫度1100℃左右，而銅制電源帶在該溫度下容易氧化，易斷裂。

（2）通過采用高鋁耐熱纖維作為新型電源連接帶、涂抹降溫涂料，可以有效提升電源連接帶的耐熱性，提升電源連接帶的使用壽命。

（3）通過對硅碳棒進行密封隔溫處理，可以減少硅碳棒產熱對電源連接帶造成的熱傷害，降低檢修次數。