四川煤田地质局141机械厂 四川 德阳
摘要：本文介绍国产预混式熔铜炉（以下简称：竖炉）的现状，阐述了我国熔铜竖炉的节能降耗及提高产品质量的方法。
关键词：预热式熔铜竖炉、高纯阴极铜、微还原气氛、
近二十年来，电工用铜线坯国内连铸连轧生产线，在中国得到了快速的发展，根据熔化方法不同，分别配以固定式反射炉和预热式竖式熔化炉两种，前期以反射炉为主，以废电线电缆、漆包线等紫杂铜为原料，生产民用建筑为主的低氧铜杆，含铜量达99.65～99.86%； 近几年，开始以高纯阴极铜、1#电解铜为原料，以竖炉为熔炉，生产优质低氧铜杆，产品质量达到T2R ￠8.0 GB/T 3952-2008，用于生产高压电缆、通信光缆等高端产品。
过去十几年，由于反射炉占地面积少，设备简单，建设周期短，得到了许多民营企业家的青睐，但是，由于它是以紫杂铜为原料，并配以余热锅炉和除尘设备，在氧化、还原节奏、除尘设备抽力等主要工艺还是依靠经验操作，使产品质量稳定性差。随着国家对环保、产品质量的要求越来越法律化，用反射炉生产电工用铜线坯，将逐步得到限制，而竖炉将会被逐步推广。
竖炉介绍：
竖炉是垂直的熔化炉，它的断面是圆形的，有耐火材料衬和焊接钢结构外壳。钢壳的顶部有一个加料口，电解铜和其它原料通过加料机的卷扬机从加料口加入。在炉内加料区沿炉壁周围砌有铜块，用以保护炉内壁在电解铜加入时缓冲，避免撞坏炉体。
喷嘴沿圆周设置在炉子底部（见附图3），因而铜料在靠近炉底处熔化，较上部的铜料由燃烧气体预热。熔融铜从出铜口流出炉外，该出铜口与炉床高度相同。随着铜料的熔化，熔化炉内铜料向下移动，因此能连续供给熔化铜液。
竖炉的结构优点：
1、加料机械化，采用叉车运输，卷扬机自动加料；
2、能耗低，一般反射炉的热能利用率约30%，而竖炉的热能利用率可以达到55%～58%；
3、开、停炉方便，开炉两个小时即可以生产；停产时，吹扫热空气十分钟即可以实现停炉；
4、铜损耗率低，竖炉是在微还原性气氛下熔化的，铜的损耗率低至：0.2‰；
5、操作方便，由于竖炉燃烧气由预混系统组成，只要控制各段燃烧速率和CO%，即可控制铜液的流量和温度、含氧量；
6、安全可靠，配套有燃气快速切断电磁阀、燃气高压、低压报警、阻火器、防爆膜片。
目前，通过对国内使用竖炉厂家进行调查，发现国产竖炉在实际生产过程中存在以下不足：
1、能耗高，体现在炉壳外壁温度高，达100℃；同时，竖炉项部铜防碰块温度高，温度达到650℃，浪费了能源；
2、容易卡炉现象，卡炉时，为了保证铜液的正常供应，一般的操作方法是：增大A、B排烧咀的燃烧速率并降低烧咀气氛CO%，会导致铜液温度高、含氧量高，产品质量波动；并且，此操作方法，会导致烧咀砖容易烧烂，竖炉提前进行检修期。
3、炉项容易掉砖，顶部SiC砖彻筑时，由于预留膨胀缝不适或者选用彻泥不适，在加料过程中，由于电解铜块对防碰块的冲击，容易造成顶部SiC砖松块动、脱落。
由于进口竖炉价格昂贵，故必须对国产竖炉进行优化，使之能与国产连铸连轧设备配套，生产出能拉丝到￠0.16mm的高质量电工用铜坯。四川煤田地质局141机械厂2013年参考了国内、外竖炉，将之改造成用于熔化紫杂铜为主的竖式熔化炉，经过这几年对国内、外竖炉的研究，应东南亚等各地客户需求，不断对竖炉设计进行改进，现将改进方法浅述如下：
1、竖炉型号的选择
目前，国产连铸连轧设备的最新的型号是：UL+Z-1900+350/2+255/10，产能：15吨/小时，故选用竖炉的熔化能力：额定熔化速度：16吨/小时，最高熔化速度：20吨/小时。
2、车间增设天然气二次调压器
由于地域差别，有些地方天然气管道压力波动大，故竖炉要求厂区天然气调压站压力：0.1～0.15 Mpa，流量：1200m3/h，车间竖炉区域30米范围内增加一个二次调压阀，DN100，可调压力：0.01～0.06Mpa，确保气源压力稳定。安装时，在调压阀前面须增加过滤器，以免管道焊渣、铁锈等杂物堵塞调压器阀蕊。见附
Figure 1车间二次调压器 Figure 2青铜管热交换器
3、燃气预热热交换器
竖炉燃气助燃风机为多级高压风机，压缩空气压力可达30～35KP，温度可达70～90℃；而车间内管道天然气的温度一般低于25℃，所以，必须对天然气进行热交换，故设计一个DN450，长度为800的传热性能良好的青铜管热交换器，确保烧咀“空气--燃气比例” 稳定，热交换器的图片见-附图2。
4．天然气预混和燃烧控制系统
Figure 3竖炉净高图 Figure 4竖炉砌砖图
整个预混系统包括：多级风机一台、送风管道、风阀、缓冲、热交换器、总紧急切断阀（手工复位）、混气机和混气分配装置，混气系统有三套，B排四个烧咀一套，A排靠出铜口A1、A2、A7三个烧咀一套，A3、A4、A5一套。
燃烧系统由燃气快速切断电磁阀、调节阀、零平衡随动阀、燃气比例调节阀、空气和燃气调节阀和燃气流量精调阀（带远程数字控制）、显示仪表、显示屏等组成。
５、竖炉炉膛耐火材料的高度
竖炉炉膛耐火材料的高度,目前国内一般6.0米(不计铜防碰块高度)，比较矮，加料口防碰铜块温度高达600多度(烟气温度高，热能的损耗大)，实际操作中，经常有卡炉现象，为此，141机械厂设计成6.62米，可以有效地降低能耗，约5%，并且卡炉现象得到有效解决。竖炉高度设计见附图3
6、耐火材料的选择
为了适合熔炉的的特点，操作延长竖炉的使用寿命、不污染铜液，对炉内耐火材料提出更高的要求。
内衬SiC砖：
性能要求：耐激冷急热性能、抗冲刷耐磨、抗氧化性能好。
材质： 高温区(炉底及炉壁41匹以下)：为氮化物结合的碳化硅砖；Carborundum Carbofrax.或Norton的 Crystolon? CN163。
成份：SiC ≥75%; Si3N4≥23%; Fe3O4≤0.3%; Al2O3≤0.3%，密度≥2.6 g/cm3；
低温区(炉壁第41-71匹)：可用含SiC%≥90%的宜兴或怀化产的碳化硅砖。
砌泥∶60-71炉壁应使用陶化温度低于940℃的砌泥；其全部份均用陶化温度为1220℃的碳化硅4#砌泥（或与4#砌泥等同) 。
捣打料∶炉底周边与烧嘴四周的填料以及修炉填补洞穴用料均为与#捣打料或相当的碳化硅捣打料。
保温料: 应具有很好的保温性能，这对节能是有效的。
竖炉的砌砖见附图4
结论：
经过改造后的竖炉，将与本厂最新五轮式铸机配套，该铸机结晶器直径￠1950，铸坯断面积：2500mm2，削边后2380 mm2；轧机为255/12三辊式，该轧机配有国内最先进的乳化液真空过滤系统，能对乳化液内铜粉、氧化皮循环过滤，提高轧辊、齿轮及承轴的使用寿命，并保障铜杆拉丝至￠0.16mm铜丝时断头率低。
该生产线将为国产竖炉连铸连轧生产线，生产电工用铜线坯提供优质的设备，并将在国内外得到进一步推广。
参考文献：
[1]我国铜杆连铸连轧生产线设备制造技术现状和发展趋势.赵海生（南昌有色冶金设计研究院）
论文作者:黄琴
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/3
标签：热交换器论文; 反射炉论文; 温度论文; 燃气论文; 熔化炉论文; 调压器论文; 电解铜论文; 《基层建设》2016年9期论文;