SCR铜杆连铸连轧生产线渣箱事故分析及设计改进

张伟旗

（江西铜业集团铜材有限公司，江西　贵溪　335424）

SCR铜杆连铸连轧生产线渣箱事故分析及设计改进

张伟旗

（江西铜业集团铜材有限公司，江西贵溪335424）

针对SCR铜杆连铸连轧生产线关键设备渣箱设计原理和典型事故，详细分析了铜渣形成机理、影响因素及危害，改进了渣箱结构设计及应急预案，成功地解决了制约生产的技术“瓶颈”及同类型生产线浇注的“核心”问题。

渣箱；设计改进；除渣；高端铜细线;成本能耗水平

SCR铜杆连铸连轧生产线熔炼系统中，熔化铜液需经几次顺利疏导，方能保质保量地将连续熔化的铜液输送至下溜槽、中间包进行浇铸。目前国内外SCR生产线铜渣排放方式皆以渣箱为主，其正常运行、维修和调整，对连铸工序的安全高效、减少停机时间、保证浇注过程稳定可靠、改进铜液质量及提高成品铜杆品质极为关键。渣箱事故时，易使炉膛内料层厚度增加，需被迫调整多元燃料配比、竖炉风机风量及减负荷运行，操作难度增大，安全隐患大，严重时甚至导致整条机组停机，经济损失巨大。

江铜分别于2003年和2006年引进了SCR3000/4500两条连铸连轧生产线，因进口渣箱存在设计缺陷，造渣较多，易造成长流嘴堵塞、漏铜及高温腐蚀；内衬烧损、低温积渣或冻流；挡渣砖破损、腐蚀或流口堵塞；换系统时不再倾倒铜液；铜液突然井喷等，导致产品批量性空心、夹渣断线、麻点、毛刺及夹冷铜等，生产效率及产能低，质量投诉多，成本能耗高，设备综合效能和规模效益得不到充分体现和发挥，成为生产技术的“瓶颈”。

一、渣箱结构设计原理

SCR铜杆连铸连轧生产线渣箱是铜液导流、除渣、调节温度和氧含量的关键工序设备。熔融的铜液在重力作用下从竖炉出铜口流出，流经上溜槽后排入渣箱除渣，再通过保持炉、下溜槽、连注中间包，进入五轮浇注机浇注。渣箱内设挡渣砖，可挡住铜液表面的浮渣，铜渣堆积至一定的量后，需人工清除。渣箱结构设计图，如图1所示。它主要由本体、渣箱盖、流嘴、挡渣砖、支架及气动系统等部分组成，设计呈可旋转式且设有一个开口，以便及时坯去或撇掉铜渣；熔化停炉时，可完全倒尽渣箱内的铜液。

图1　渣箱结构设计图

二、铜渣形成机理、影响因素及危害

从铜渣形成机理可知，影响因素很多且极为复杂，随着造渣过程而形成，或混于铜液中，或沉积于上溜槽、保持炉及渣箱表面，对铜液质量及设备负面影响大。铜渣的主要来源有：①阴极铜板所含杂质被氧化成渣，漂浮于铜液表面；②竖炉内温度高，铜物料对炉体的冲击和铜液冲刷，导致炉料破损、脱落成渣；③竖炉大修后炉渣多，有的呈粉末状，有的呈粘糊状；④上溜槽和渣箱耐火材料烧损和脱落，混入铜液中；⑤混入铜液中的异物等。因无法彻底捞净铜渣，故铜渣在渣箱挡渣砖下方、进出流嘴处仍有部分堆积。

铜渣的主要危害是：①铜渣含量过高，易附着在铜杆上，形成内外夹杂、气缩等缺陷，夹杂严重时会引起线材拉丝过程中产生断线，有的甚至用肉眼即能看见断头，严重影响铜杆品质；②铜渣随铜液流入连注中间包，会破坏液面的稳定性，降低铜液质量，也会堵塞SPOUT，影响浇注量，降低铸轮寿命；③铜渣沉积于渣箱流嘴，会降低溜槽流量，沉积于烧嘴，易堵塞烧嘴；④铜渣是连铸过程中的固体废弃物，一些有用组分分散其中，既占用场地、污染环境，又使资源浪费大，生产成本增加，铜渣处置已成为企业可持续发展亟待解决的问题之一。

铜液温度控制恰当时，铜渣会始终悬浮于铜液的表面，一旦铜液温度过高时，铜液与铜渣并存且混杂在一起，因而有效地控制铜液的温度、及时去渣，是防止铜杆夹杂最有效的手段之一。以SCR4500生产线为例，据统计分析，2014年1～5月份期间，影响成品铜杆品质降级因素中，结冷铜现象约占4%，主要表现为夹杂、反断不良等现象，夹杂主要是指铜杆内夹有铜渣或其它金属及非金属异物等。而在电线电缆加工过程中，夹杂断线等是严重影响生产、降低微细线成品率的主要问题之一。

通常低氧铜杆质量缺陷可分为表面缺陷和内在缺陷二大类。其中表面缺陷包括表面有发黑、氧化层偏厚、大块氧化皮、耳子及折叠等现象，严重影响裸铜丝外观质量，难以消除黑斑，易产生表面裂纹，拉丝断线率高；内在缺陷主要包括铜杆夹杂；阴极铜纯度不高，影响线材电导率；含氧量过高、过低且不均匀；夹送棍、轧辊表面开裂，导致Fe粒子被压入轧件中等。

三、渣箱事故分析及控制技术研究

1.长流嘴堵塞、漏铜或高温腐蚀

（1）长流嘴堵塞、漏铜。渣箱长流嘴积冷铜堵塞时，若无法及时疏通，铜液易满出外溢，需停炉作烧氧枪处理，直至流嘴处疏通无冷铜为止。渣箱液位高或超过挡渣砖位置时，必须立即疏通。2014年9月16日，SCR4500正常换系统，因渣箱流嘴四周大量积冷铜，要求停机时保持炉吨位不得低于10t，8:00正常剪切更换系统，10:00过线生产，生产至16:20时，渣箱流嘴靠南侧突然大面积漏铜，使用压缩风冷却效果不佳，仍无法堵住漏铜。

为了解流嘴破损状况，浇空保持炉且对渣箱流嘴南边作烧氧枪处理，发现靠南边的渣箱流嘴已扭转破裂，无法将渣箱内铜液安全输送至保持炉内，被迫提前检修。其影响主因是渣箱与保持炉距离短，导致流嘴与保持炉之间易结冷铜；未及时巡检到位，渣箱流嘴内堆积渣子影响铜液流动。为杜绝类似事故，设计修改了原图纸，将上溜槽嘴割短15cm，且将上溜槽列入技改项目。

（2）长流嘴高温腐蚀。建厂初期，原设计SCR4500生产线从保持炉喷出的火焰猛烈且集中，导致渣箱长流嘴温度过高，使用仅1个月即完全腐蚀，而SCR3000渣箱长流嘴寿命则超过半年，导致无长流嘴或回收二手长流嘴可用，不得不直接从江铜广州台一公司紧急调运。长流嘴受到高温腐蚀后变软、弯曲及变短时，易导致保持炉处铜液四溢，完全隐患极大。

2.内衬烧损、低温积渣或冻流

（1）内衬烧损漏铜。渣箱经多次使用后，内衬耐火材料易烧损或冷铜熔化，漏铜时需及时采用风管冷却，用耐火料堵住漏点。漏点过大难在线操作时，需停炉倾倒铜液，清理冷铜，封堵漏点。其影响主因是渣箱耐火材料质量较差，侵蚀过快；渣箱涂抹料烘烤后，产生严重裂纹；铜液衔接紧张，多次低液面连注对内衬耐火材料侵蚀严重；下渣量大，渣线部位侵蚀严重；渣箱使用炉数超过规定炉数等。针对漏铜等事故，需采取有效、稳妥的应急措施，特制定了《渣箱区事故应急预案》。

（2）低温积渣。渣箱低温积铜。渣箱内铜液温度不够时，极易积渣，应采取必要措施增大渣箱热量，减少渣量。该事故主因是渣箱内温度低，上溜槽吹出的火焰使渣箱烧嘴火焰吹不到液面，将杂质和冷铜直接吹在挡渣砖和渣箱嘴前端，易积冷铜和铜渣。

渣箱处平台钢板有变形时，会造成渣箱出口处低于入口处，不利于铜液的顺流；渣箱气动千斤顶故障时，无法手动倾转，溢流的铜液未及时完全地倾倒入渣模内，冷铜包裹渣箱基座。渣箱积渣严重，操作人员虽处理了渣箱液位上升问题，但事故隐患却未根除，且未特别关注及增加检查频次；烧氧枪作业处理时未考虑渣箱不能倾倒因素，仍按常规作业导致渣箱底被烧穿。渣箱必须按《炉铸区岗位捞渣管理制度》要求及时捞渣，渣量多时增加捞渣频次。

（3）低温冻流。铜液温度低于目标温度时，冻流危险性增大。炉区操作人员应按照工艺上限控制铜液的温度，以保证连续浇注，适当提高拉速；适当增加测温次数，向渣箱内增大覆盖剂添加量；根据实测铜液的温度，调整拉坯速度；铜液低于目标温度时，拒绝浇注。

3.挡渣砖破损、腐蚀或流口堵塞

（1）挡渣砖破损。渣箱中若无挡渣砖或挡渣砖部分损坏，从竖炉流出铜液中的浮渣得不到及时清理，易在保持炉内大量堆积，使下道工序除渣困难，易夹杂、断线，且使铜液与保持炉火焰隔离，保持炉失去对铜液必要的调温功能。应严格巡检渣箱的挡渣状况，保持火力适中即30～50cm水柱，若过大时，挡渣砖寿命缩短；若过低时，易积渣；若挡渣砖底积渣较快，说明渣箱铜液温度偏低，可适当加大渣箱火力、竖炉红色复合管A排及上溜槽火力来提高渣箱铜液温度，点检上溜槽密封状况，确保无外泄火焰；挡渣砖有部分破损等异常状况时，宜设置临时挡渣砖，且通过加大巡检力度、增加捞渣频次来应对。

（2）挡渣砖腐蚀。哈铜腐蚀性强，造成渣箱腐蚀严重，挡渣砖不到半个月即被腐蚀成两半，连外方专家都诧异从未遇过该状况，SCR3000/4500原渣箱寿命分别为6个月、2～3个月。其针对性措施主要有：①调整上溜槽嘴或渣箱底座高度，减少上溜槽铜液的冲刷；②将CO值由0.5调整至1.0，增加还原性气氛；③设计分别将渣箱内溜槽和挡渣砖底部导流孔加宽加深，减缓流速；④将2个烧嘴优化设计为1个，适当调整烧嘴位置，使火焰无法正对挡渣砖，烧蚀较少；⑤加强捞渣密度，每月定期更换挡渣砖，充分发挥其挡渣功能，可确保渣箱寿命延长半年以上。

（3）挡渣砖流口堵塞。若挡渣砖流口堵塞，导致液位过满外溢时，应立即疏通挡渣砖流口；若效果不明显，必须停炉且倾倒完渣箱内铜液，再作烧氧枪疏通处理，确保所烧点可视，防止因烧氧枪作业不当导致渣箱烧穿而漏铜。

4.换系统时渣箱不再倾倒铜液

试产期间，SCR4500生产线更换系统频繁，每次渣箱皆需倾倒干净，铜损大，每次倾倒时渣箱溢流口易长“冷铜胡须”，或粘接于铁模上，或大量铜液流出铁模外，溅得到处皆是冷铜，甚至在倾转过程中会挤断上溜槽碳化硅流嘴，故障处理难。

SCR3000生产线熔铜能力小、流量小，故停炉时需倾倒干净，否则渣箱中未倾倒干净的铜液易吸收大量的氧，重新开炉生产后，会导致整个保持炉内铜液含氧较高，不得不长时间在浇铸剪切状态下除氧，致使成本增加；SCR4500生产线熔铜能力大、流量大，渣箱内铜液含氧很快被稀松。经长期摸索，宜适当调整渣箱CO值及火力，彻底改变倾倒方式，仅在检修前倾转1次即可。

5.渣箱铜液突然井喷

铜液脱氧不良或含氢超量时，铜液内的气体瞬间排出，易导致铜液井喷事故。应立即疏散现场作业人员；作业值班长需组织岗位人员尽快恢复生产，将损失降至最低程度；避免铜液过氧化，提高熔炼操作技术，必要时酌情脱氧；新渣箱烘干、烤透；渣箱安装到位后，及时盖上渣箱盖；一旦有井喷预兆时，应严格执行安全操作规程，快速关闭烧嘴，远离渣箱，避免受伤。

6.渣箱结构设计改进

（1）渣箱结构优化设计。在不改变渣箱原设计尺寸前提下，解决渣箱积渣、漏铜的关键在于保持炉与渣箱的间隙问题，原设计间隙小，易堆积冷铜，处理难；保持炉火力因间隙小，火力更集中，导致溜嘴烧损更大。为给渣箱与保持炉留足位置，宜改进渣箱两头间隙及盖板尺寸，设计将上溜槽截短15cm。

设计增加渣箱两头尺寸，将渣箱调高5～10cm，与上溜槽、保持炉距离分别扩大4cm、6cm，上溜槽嘴不易积冷铜，有利于观察和清理堆积铜渣。改进后，长流嘴寿命超过半年，年可节省长流嘴近10个；渣箱二手长流嘴还可利用于下溜槽嘴，年可节约3万多元。原倾倒渣模铜液含渣量大不能回炉，只得作废铜处理；停止倾倒后，年可为公司挽回百余吨废铜差价等损失。

该公司通过研发溜槽系统铜水溢流防护装置，对机架、地面分别采用石棉毡、细沙进行防护；月修时，更换渣箱处变形平台钢板，制作一套渣箱底座支架作为备用件；恢复渣箱气动千斤顶和限位开关；充分利用科研手段，取样化验分析粉末状、粘糊状铜渣及研究其形成机理，便于采取应对措施；设计改进渣模内胆的尺寸，扩大挡渣砖后的流道，便于铜液和铜渣的顺流。

（2）渣箱支架、渣箱盖等设计改进。渣箱工况恶劣，高温辐射强，渣箱支架造价高、吸热强，易被空气腐蚀，尤以与地面接触处更易腐蚀。宜设计特制渣箱支架，以防辐射罩为主，由复杂结构改为简单结构，采用特定的模具来浇筑渣箱及渣箱盖，以保证满足渣箱正常生产的要求。设计改进渣箱盖尺寸，可使上溜槽气流吹入渣箱，防止渣箱入口处积渣、盖板烧损。

（3）炉区系统溢流应急处理预案设计。炉区系统溢流事故主因是管理漏洞多，如修炉后各区域溜槽、渣箱间距调整不到位；备件考虑不周、供应不足及未及时修复故障设备；渣箱不能正常倾倒时，烧氧枪作业未作特殊处理；无应急处理预案，应急培训不到位、未及时跟进；设备异常时，未加密巡检等。对此，应遵循“预防为主，积极处置”的原则，进一步建立和完善渣箱事故管控机制，特设计系统溢流应急处理预案，从而提高突发事件应急保障能力。

[1]居敏刚.郭均华.SCR连铸连轧铜杆生产线温度的控制[J].铜加工.2003（3）：30-33.

[2]廖曾丽.唐谱，张波等.铜渣在中低温下氧化改性的实验研究[J].中国有色冶金.2012，41(2)：74-78.

TG335

B

1671-0711（2015）12-0066-03

（2015-10-16）