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第四章工艺技术方案4.1工艺技术方案本项目采用的原材料为含铜量99%的电解铜，选用目前国内先进的蓄热式熔化炉和中频炉，用上引法连铸工艺方法生产氧的含量不大于0.02%，杂质总含量不大于0.05%，含铜量99.5%以上无氧铜杆。4.2工艺流程简述1、生产准备本项目使用的电解铜在江西省内购买。图4-1项目生产工艺流程图合格原料熔化炉大气烟囱烟气烟尘（副产品）布袋收尘喷雾冷却水氧气熔剂烟气（外销）无氧铜杆装盘重油原料准备中频炉结晶出杆还原脱氧、保温电解铜2、上引法连铸工艺流程本项目采用上引法连铸工艺生产无氧铜杆。上引法连铸铜杆的基本特点是“无氧”，即氧含量在10ppm以下。上引法与连铸连轧和浸涂法相比，其特点是：1）由于拉扎工艺和铸造工艺不是连续的，拉扎是在常温下进行的，不需要气体保护，钢材也不会被氧化。因此设备投资小，厂房布置也灵活。2）单机产量变化范围大，年产量可以从几百吨到几万吨，可供不同规模的厂家选用不同型号的上引机组。此外，由于连铸机是多头的，可以很容易的通过改变铸造规格（铸杆直径），来改变单位时间的产量，因此其产量可视原材料的供应情况和产品的需求情况来确定，便于组织生产、节约能源。3）只需更换结晶器和改变石墨模的形状，即可生产铜管、铜排等异型铜材，并可在同一机器上上产不同规格、品种的铜材，灵活机动，这是上引法的中最大特点。上引法连铸工艺流程：原料通过加料机加入融化炉进行熔化、氧化、扒渣处理后，熔融的铜液经过一段时间的静置还原脱氧并达到一定的温度后，通过有CO气体保护的流槽经过渡腔（铜液在此进一步还原脱氧、清除渣质），进而平稳的流入中频炉保温静置，铜液的温度由热电偶测量，温度值由仪表显示，温度控制在1150℃±10℃。连铸机固定于中频保温炉的上方，连铸机铜液在结晶器中快速结晶连续不断地生产出铜杆，最后经双头挠杆机等辅助设备装盘成产品。⑴加料：原料一般用加料机加入，炉头多加、炉尾少加。加冷料时要使铜料距炉顶及烟道口有一定距离，以保证燃料燃烧和炉气流动的顺畅。加料时要保证炉膛有足够高的温度，一般应达到1300℃以上，炉内应保证零压或微负压。⑵熔化：熔化作业系在氧化气氛下进行，一般炉膛温度保持在1300～1400℃以加速冷铜料的熔化，在熔化过程中定期向炉内已熔化的铜液中插入一根风管，鼓入压缩空气剧烈地搅动熔体以加速熔化过程，这时也会有部分杂质熔化，形成炉渣于熔体表面，待熔体大部分熔化完，即可进行氧化操作。⑶氧化：其要点是增大烟道抽力（-80～-100Pa），提高炉内空气过剩系数（ξ=1.2～1.4），使炉内成氧化性气氛。用直径为ф18～50mm的钢管2～3根向熔体内鼓入0.3～0.5MPa的压缩空气，进行氧化作业，为减少钢管熔入铜中的消耗，钢管外用耐火材料包裹。为增加氧的利用率，钢管应尽可能深插，插入角度为45°～60°，插入深度为铜熔体深度的2/3。氧化期的炉膛温度在1250℃左右，以保证铜液温度为1150℃～1180℃，有利于杂质的氧化。⑷扒渣：扒渣是将造渣后的杂质通过扒渣过程将其除去，铜面控制是扒渣操作的关键。铜液面过低，给以后扒渣作业造成困难，床能率低；铜液面过高，易出现侧门、渣口跑铜事故。为控制好渣含铜，应及时进行扒渣作业，避免干渣转变为稀渣，生产过多的氧化亚铜。⑸保温静置：熔融的铜液流入中频炉保温静置、还原脱氧并达到一定的温度后，进而处于保温状态，铜液的温度由热电偶测量，温度值由仪表显示，温度控制在1150℃±10℃。中频保温炉引杆腔铜液表面用焦炭覆盖，覆盖厚度为40-60mm，结晶器周围厚度为80-100mm。⑹结晶出杆、装盘：连铸机固定于中频保温炉的上方，连铸机铜液在结晶器中快速结晶连续不断地生产出铜杆，最后经双头挠杆机等辅助设备装盘成产品。1）结晶器准备a．对新的和使用期超过半月的结晶器，进行水压试验，水压为0.5-0.6Mpa，保持15分钟不漏水。b．装配石墨模：把检验合格的石墨模，旋入结晶器，端面到位。c．结晶器头部包上8mm厚硅酸铝纤维毯或隔热套，用玻璃纤维带扎紧，端面垫上一层硅酸铝纤维毯圈，然后装护套，在石墨模与护套的缝隙用填料或石棉线填实，以防铜液钻入。填料配方：耐火粘土95%+水玻璃3%，并合成团。d．结晶器上口装上石棉盘根，并用装有引锭头的前半节引杆通过，拧紧压套，引锭头端面距石墨模端面5-10mm。e．结晶器进出水管接上，通少量冷却水，检查管路系统是否畅通，然后放在炉口上预热10分钟以上安装使用。２）连铸机准备：调整液位跟踪系统的位置，保证结晶器安装后石墨模插入液面的深度为140-160mm。操作时确认铜液液面离碳化硅保护套上沿距离为30-40mm左右。３）引杆操作程序：a．结晶器就位，插入铜液，接上后半节引棒，压紧牵引轮，开始引棒。b．调节冷却水量，￠14.4-￠20mm结晶器进出水温保持在15℃左右。￠8mm结晶器进出水温保持在6-10℃左右，进水温度最高不能超过35℃，在30℃左右为宜。c．铜杆引出后，将引棒分节拆下，并通过导轮进入收线系统。４）铸杆日常操作：a．￠14.4-￠20mm铜杆牵引速度400-700mm/min为宜，￠8mm铜杆牵引速度1800-2800mm/min为宜。b．经常检查铜杆表面质量，监测冷却水温度，结晶器插入深度，液位跟踪系统工作状况，如遇异常情况，及时排除。（7）收线１）收线时将引锭头头部切除，将铜杆通过限位装置，穿过并夹紧收线导轮，引入收线框内。２）经常注意限位装置工作情况，在限位装置失灵情况下，临时利用收线机上的操作按钮进行人工操作，并及时排除故障。３）收线框装满后，吊出铜杆，挂上产品跟踪卡，标明日期、炉次、生产班组、重量等项。（8）水系统控制１）水系统供水，￠14.4-￠20mm结晶器水压为0.2-0.3Mpa，水套、线圈为0.18-0.2Mpa。￠8mm结晶器水压为0.28-0.35Mpa，水套、线圈为0.18-0.2Mpa。２）水池水温用冷却塔调整，进水温度控制在30±5℃。３）当临时停电或水泵发生故障，应在一分钟内打开备用水阀门，并关闭原来水阀门，以保证结晶器及水套和线圈的冷却水不间断。（8）气压控制对新式￠8上引机组，其上引连铸机铸杆压紧、收线机收线、排线，采用气缸压紧。其气压控制在：连铸机：0.15-0.25Mpa收线机收线：0.2-0.3Mpa，排线：0.15-0.25Mpa。（9）安全生产１）操作者应按规定穿戴好劳动防护用品，遵守设备安全操作规程。２）打开炉盖后不要太靠近炉口，以防一氧化碳气体燃烧时火焰伤人（每次待一氧化碳气体燃烧过后再上去操作）。３）每班应经常检查机组设备运行是否安全可靠。４）严禁将潮湿未烘干的工具浸入铜液，以免铜水爆炸造成事故。５）结晶器安装和取下时，注意防止冷却水进入炉内。６）发生事故应立即采取措施，并报告有关人员及时处理。（10）检查铜杆质量就符合GB3952-2008《电工用铜线坯》中无氧铜杆规定。4、余热回收利用为提高清洁生产水平，贯彻国家关于节能减排的要求，本项目应对熔化炉烟气和中频炉烟气进行余热回收。一般地，熔化炉出口烟气温度在1000-1200℃，中频炉出口烟气温度在800-1000℃，均具明显的热回收价值。对没有蒸汽需求的再生铜工厂，通常采用“预热助燃风（纯氧/空气），立足降低本体消耗，节约一次能源”的余热利用方式。熔化炉烟气余热利用方案：采用两段式换热器进行出炉烟气与入炉助燃风的热交换，降温（降至200℃）后的烟气再进入布袋收尘器。通过两段式换热器预热入炉助燃风，不但可节省燃料消耗，而且还可缩短熔化炉的操作周期，提高设备利用率。据统计，两段式换热器可将入炉助燃风预热至400℃左右，节省约20％的燃料消耗和缩短1.5小时的操作周期（一般总时间为18小时）。中频炉烟气余热利用方案：与熔化炉烟气余热利用方案类似，但因为烟气温度相对较低，通常采用一段管式空气预热器进行烟气与入熔化炉助燃风的热交换。据统计，经预热器的入熔化炉助燃风温度可达300℃，可节省能源消耗约10%。4.3主要生产设备方案4.3.1设备选择的基本原则1、生产性原则：选择生产设备时，注重设备的模块化、标准化、高速化、自动机械化，以提高设备的生产率；2、可靠性原则，设备要求安全可靠，零件的耐用性好、通用性强，设备能够生产高质量产品，要求设备故障率小，准确性高；3、维修性原则，选择可修性、设备的结构简单，零部件模块化设计，零部件通用性强，可迅速拆卸，易于检查，实现标准化和通用化；4、节能性原则，设备要节约能源消耗；5、成套性原则，机器设备要配套，形成整条生产线，尽量选择同一厂家产品；6、环保性原则，设备的噪音和排放的有害物质应达到国家环保限制指标和要求；7、灵活性原则，尽可能做到设备结构紧凑，重量体积小、轻，操作灵活方便，通用性强，可适应工艺相近的产品转换，转换操作简单方便。4.3.2主要设备方案本项目采用蓄热式熔化炉作为本项目的主要生产设施，其燃料为重油，该项目原料为电解铜，设备能进一步去除电解铜中的氧和其它杂质，不含硫，因此，选用蓄热式熔化炉处理是可行的，且选择蓄热式熔化炉作为熔炼炉具有适应性强、回收率高等特点，符合《铜冶炼行业准入条件》的要求。上引法无氧铜杆连铸机组用于生产长度光亮的无氧铜杆。和传统的铜锭压延生产黑铜杆相比，上引法无氧铜杆新工艺具有工艺技术先进，产品质量很好，单位能耗低，生产品种及规格灵活多样，适应性强，没有三废污染，投资少等特点。本项目选用主要设备清单见表4-1。工艺设备优点如下：⑴加料、扒渣方便。可在炉体侧面靠近平台处设置加料门和渣门，炉料可用加料车方便快速的加入。炉渣门靠近渣线设置，既可倒渣，也可方便扒渣；⑵热效率高。炉体紧凑、密闭，氧化管道固定在炉体上，作业时不需要打开炉门操作，热量外泄少，漏入的冷空气少。在炉体上布置了多块透气砖，通入氮气搅拌，加速了传热传质，缩短操作时间，节省燃料消耗；⑶安全性高。由于炉体可以转动且氧化、还原管道固定在炉体上，避免了人工持管操作可能发生的安全事故，减少了工人的劳动强度；遇到故障时炉子可迅速转到安全位置，避免“跑铜”事故的发生，操作安全；⑷环保条件好。炉体密闭性能好，氧化时不需要打开炉门操作，减少了烟气外逸；借助炉体转动可以控制氧化管道的埋入深度，加上透气砖的氮气搅拌作用可提高还原剂的利用率，减少黑烟生成；在炉后设置有完善的烟气处理系统，烟气通过烟罩导入双体结构的二次燃烧室，烧尽可燃物后进余热锅炉回收余热，再进入布袋收尘达标后排放；⑸熔化炉采用富氧助燃的燃烧器。采用富氧助燃，烟气量仅为空气助燃时的20%，烟气带走的热量少，燃料消耗低，烟气处理系统可大为缩小，减少投资和运行费用。⑹连铸机是实现上引连铸的主要设备。它由牵引机构、液位跟踪和结晶器三大部分组成。牵引机构由交流伺服电机和牵引辊轮等组成，它可实现每分钟0～1000次的间歇运动并通过牵引辊轮将铸杆连续上引出来，每组牵引机构可带动5付牵引辊轮，分别牵引5根铸杆，并通过更换结晶器生产其它规格的铜杆；液位跟踪系统可保证连铸机上结晶器插入铜液的深度相对稳定，确保连铸生产的连续性；结晶器可将液态的铜快速冷却成固态铜并实现热交换，每根结晶器都能单独更换和控制而不影响其它结晶器的正常工作。⑺导轮架:导轮架布置在连铸机的上方，主要由平台、支架、竖导轮和滚筒组成，它使铸杆平滑地导入各组双头挠杆机，互不干扰。⑻限位装置：是在导轮架和双头挠杆机之间设置的两台装置，它由6组24V低压上、下限位，通过铜杆与上下限位的接触来控制双头挠杆机的速度。⑼双头挠杆机是由牵引辊轮、成圈装置和收线转盘组成，每组双头挠杆机由二台电动机分别驱动两套装置收圈两根铜杆，曲率自动调整。⑽水冷系统是一个独立的循环供水系统，保证一以0.2～0.4Mpa的冷却水供结晶器、水套和线圈冷却，它由120m3水池、循环水泵、管道组成，保证进水温度在20～30℃，流量在50m3/d左右。⑾电器系统：由电源系统、控制系统组成，电源系统通过若干电源柜将电源分别供给每个感应器，控制系统保证机组正常生产。⑿加料系统：采用机械加料机，保证合格原材料连续供给熔化炉。表4-1主要设备一览表序号设