都敏生，李詩威，樊金金

(安徽楚江科技新材料股份有限公司，安徽 蕪湖 241000)

我國是銅資源匱乏國，原生銅供應(yīng)緊張，每年依靠大量進(jìn)口廢銅以滿足國內(nèi)市場(chǎng)的消費(fèi)需求[1-4]。近年來，國家大力支持再生銅產(chǎn)業(yè)發(fā)展，緩解這一緊張局面。再生銅已經(jīng)在銅及銅合金板帶、棒線材等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5-10]，技術(shù)成熟、可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但在銅桿加工行業(yè)，再生銅的應(yīng)用局限性大，以再生銅原料生產(chǎn)的光亮銅桿僅占銅桿總量的15%左右，核心原因在于產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障。

經(jīng)過廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)雖然利用再生銅生產(chǎn)光亮銅桿的企業(yè)很少，而且這類光亮銅桿在后續(xù)拉制細(xì)線的加工中，極易出現(xiàn)拉制斷線現(xiàn)象，造成這一現(xiàn)象的主要原因是銅桿存在夾渣、空心等質(zhì)量缺陷。

針對(duì)上述問題，筆者所在企業(yè)前期也采取了一系列措施來改善上述缺陷。如限制不同批次再生銅原料的混搭使用；規(guī)范出銅口扒渣操作，明確單位時(shí)間內(nèi)扒渣次數(shù)；在中間包增加過濾磚等，通過這些措施對(duì)夾渣、空心等改善效果并不明顯。本文通過采用設(shè)備優(yōu)化和質(zhì)量控制工藝等控制方法和措施，以期提高再生銅原料生產(chǎn)光亮銅桿的質(zhì)量。

1 質(zhì)量缺陷

1.1 夾渣

正常情況下，所有夾渣顆粒均上浮到銅水表面，經(jīng)過扒渣工序清除，但銅水流轉(zhuǎn)過程中仍然有夾渣顆粒裹入銅水進(jìn)入鑄錠，主要是前道除渣效果不理想，夾渣物從中間包中進(jìn)入鑄錠。銅水從流槽進(jìn)入中間包時(shí)，直接沖擊中間包銅水表面，造成大量夾渣物混入銅水內(nèi)部，未能及時(shí)上浮，同時(shí)受溫度影響，中間包中銅水的流動(dòng)性變差，從而帶入鑄錠。另一方面，中間包內(nèi)或者澆嘴在邊部氧化富集形成爐渣，也會(huì)進(jìn)入鑄錠，造成夾渣(圖1)。

圖1 鑄坯夾渣Fig.1 Casting billet slag

1.2 氣孔

豎爐連鑄連軋溶解于銅中的主要是氫和氧，由于現(xiàn)有技術(shù)條件很難避免氧化和吸氧，氧化和脫氧、吸氫和脫氫過程同時(shí)存在，因此銅水中會(huì)一直存在大量的氫和氧。當(dāng)銅水從液態(tài)冷卻至凝固溫度時(shí)，氫在銅中的溶解度陡然降低，過飽和的氫就會(huì)在結(jié)晶前沿邊界層析出，反應(yīng)生成的水泡會(huì)有一部分沒有及時(shí)排除而殘留在鑄坯中，形成氣孔(圖2)。

2 質(zhì)量控制措施

通過分析，當(dāng)前最核心的問題還是除渣和排氣的問題。而除渣最直接有效的方式是增加銅水的流動(dòng)性，提高銅水的浮渣能力，輔以有效的扒渣和濾渣措施，能夠徹底控制夾渣物。對(duì)于排氣，一方面增加銅水的流動(dòng)性，另一方面，適當(dāng)延長銅水暴露的時(shí)間，給與氣體充足的析出時(shí)間，也同樣可以降低氣孔發(fā)生的概率。因此，后續(xù)的改善措施主要還是圍繞如何提升除渣能力以及如何使氣體盡可能多的排出銅水進(jìn)行。

圖2 鑄坯氣孔Fig.2 Casting billet porosity

2.1 減小豎爐爐底傾斜角、增加出銅口尺寸

豎爐爐底如圖3所示。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，由于底部傾斜角的增大，設(shè)備運(yùn)行初期確實(shí)起到增大銅水流動(dòng)性的效果。但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，由于爐底到出銅的拐角較大，一些銅水的氧化渣開始在拐角聚集，慢慢形成渣壩，這種渣壩會(huì)導(dǎo)致非常有害的汪銅水現(xiàn)象，銅塊熔化掉落到汪銅水處，燒嘴易積銅堵塞。最終會(huì)使化銅的速度受到影響，且火焰變小，銅水溫降低，流動(dòng)性變差，不利于浮渣。

①豎爐；②出銅口；③上流槽圖3 豎爐爐底Fig.3 Bottom of vertical furnace

2.2 調(diào)整豎爐燒嘴火焰長度和氣氛

豎爐燒嘴分布如圖4所示。根據(jù)測(cè)算，從豎爐加料爐口到化銅起始點(diǎn)為預(yù)熱段，溫度為300℃～1083℃；化銅點(diǎn)到出銅口階段，使用短焰燒，出銅口溫度為1090℃～1100℃；使用長焰燒，出銅口溫度為1105℃～1115℃。因此，使用長焰時(shí)，銅水的流動(dòng)性會(huì)增加，低溫雜質(zhì)和部分高溫雜質(zhì)的氧化物，能隨沖擊的火焰散發(fā)到煙氣，并排出爐體。

當(dāng)燒嘴成微還原性氣氛時(shí)，火焰長、溫度低、噴射氣流猛；當(dāng)保持燒嘴成微還原氣氛且增加燒嘴個(gè)數(shù)時(shí)，則化銅起始點(diǎn)離底部就越高，銅水到達(dá)出銅口加熱時(shí)間更長，出銅口銅水溫度就會(huì)更高，流動(dòng)性更好。

①排燒嘴；②排燒嘴備注：①排燒嘴加大火焰；②排燒嘴角度向上增大5°圖4 豎爐燒嘴分布Fig.4 Distribution of burner of vertical furnace

2.3 增大豎爐與鑄機(jī)的垂直落差與流槽角度

前期設(shè)備安裝過程中，受現(xiàn)場(chǎng)條件影響，豎爐與鑄機(jī)的垂直落差未按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，較設(shè)計(jì)低0.5m。造成兩個(gè)問題，一是銅水的流動(dòng)性差，不及預(yù)期；二是上流槽觀察口位置與燒嘴重合，不方便觀察銅水情況。另一方面，出銅口與流槽拐角角度只有100°，導(dǎo)致渣在拐角處滯留，增加銅桿夾渣的風(fēng)險(xiǎn)。

豎爐整體抬高后，有利于澆嘴與鑄輪垂直距離的增加，在空氣中流動(dòng)時(shí)間長，有利于氣體析出(圖5)。而調(diào)整出銅口與流槽角度可以降低積渣的產(chǎn)生，降低銅桿夾渣風(fēng)險(xiǎn)(圖6)。

①豎爐；②保溫爐；③鑄機(jī)備注：豎爐整體抬高0.5m圖5 熔化、保溫、澆鑄系統(tǒng)Fig.5 Melting, heat preservation, casting systems

2.4 在中間包增加燒嘴，加大火焰

經(jīng)過前幾道處理以后，進(jìn)入到中間包的夾渣物有限，但仍不可避免會(huì)有些細(xì)小的氧化銅殘?jiān)约爸虚g包邊部的富集渣產(chǎn)生。因此，保證中間包銅水的溫度可以增加銅水的流動(dòng)性，使夾渣物及時(shí)上浮被擋渣磚清除，另一方面，也可以減少中間包邊部富集渣的產(chǎn)生(圖7)。

①豎爐；②上流槽備注：出銅口與流槽角度增加20°圖6 豎爐與上流槽結(jié)構(gòu)Fig.6 Vertical furnace and upper groove structure

①下流槽；②中間包；③鑄輪備注：中間包增加一個(gè)燒嘴；加大火焰圖7 中間包結(jié)構(gòu)Fig.7 Tundish structure

3 實(shí)施效果

通過上述優(yōu)化，根據(jù)近兩個(gè)月的生產(chǎn)記錄，夾渣、空心情況明顯好轉(zhuǎn)。未改善前，夾渣斷線次數(shù)20.78次/萬t，斷線嚴(yán)重；首次優(yōu)化后，夾渣斷線次數(shù)16.88次/萬t，略微好轉(zhuǎn)；設(shè)備優(yōu)化攻關(guān)后，夾渣斷線次數(shù)3.78次/萬t，效果明顯。夾渣斷線次數(shù)由未改善前的20.78次/萬t降低至3.78次/萬t，光亮銅桿的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升。

4 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐證明，對(duì)設(shè)備優(yōu)化和質(zhì)量控制工藝等改善控制方法和措施是有效的，但利用再生銅原料生產(chǎn)光亮銅桿如何進(jìn)一步提高質(zhì)量還需繼續(xù)探索，例如向銅水里加稀土或其他微量元素、流槽加長加深、增加自動(dòng)扒渣裝置等。