硅碳棒电源连接带在银锭浇铸机中的应用改进

夏先敏， 谢太李，雷 刚，马坚刚，夏志薇

（江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

随着我国经济社会发展与工业技术的进步，人民生活水平日益提高，白银的消费量逐年上升，尤其是工业用银量。因此，市场对白银的生产能力和产品质量提出更高要求。

银锭在生产过程中，30kg和15kg的银锭浇铸机作为电银粉浇铸银锭的重要设备[1］。该种设备采用的是18根硅碳棒，分为三组连接加热方式，通常使用铜电源带作为导热连接。然而，在生产过程中，时常出现硅碳棒电源连接带因高温氧化而导致电流异常，温度提升缓慢，甚至无法达到银熔解温度。在生产中需要经常检修，平均每60炉就要停炉对硅碳棒电源连接带进行检修、更换，连续性银锭生产受到了很大的影响。

2 连接带烧断的因素分析

银锭浇铸机生产环境复杂。结合实际生产过程，主要从人员操作、原料纯度、生产温度、连接带材料、生产环境等五方面来进行分析，以确定造成连接带烧断的主要因素。

（1）人员操作影响。银锭在生产过程中，从原料添加到冷却成型再到后期水洗等工艺流程都需要人工参与，人工操作过程会对产品质量和设备安全运行产生影响[2］。因此，岗位人员操作标准化是重要影响因素。

（2）原料纯度影响。在银电解过程中，保证银粉纯度至关重要。铜、铋、锑等金属元素与银电位相接近，对银电解危害最大[3］。铋在电解过程中，一部分会以碱式盐形式进入阳极泥；一部分会以硝酸铋进入溶液，硝酸铋在溶液中积累后会在阴极上析出，进而影响银粉的质量。因此，电银粉杂质含量的异常波动会对银锭浇铸的质量以及设备的运行产生影响。

（3）生产温度影响。银的熔点为961.93℃，但熔炼炉温度在工业生产中一般需要控制在1100℃左右。赵蕾等[4］采用电阻炉开展了高温氧化试验，并研究了不同温度下连接带氧化的变化规律。结果表明，随着加热温度的升高，氧化速率的增加，氧化层厚度明显增加。

（4）电源连接带材料分析。目前主要使用铜电源连接带，当浇铸机长周期运行会将其氧化烧断，导致电流下降为零，而造成生产中断。

（5）生产环境影响。浇铸机在实际作业中会产生工业烟尘，而且具有一定的腐蚀性，从而对生产设备产生诸多影响。另外，烟尘环境对机械散热也有较大影响，加剧温度对生产过程的影响。

3 确认连接带烧断的要因

通过对以上五种生产因素进行探讨，确认结果如表1。

表 1 要因确认表

通过分组对照实验，确认造成硅碳棒电源连接带断裂的主要因素为硅碳棒电源连接带在高温下容易氧化烧断。

4 连接带的重新选型及优化改进

4.1 寻找新型耐高温连接带

目前电源连接带主要是铜、高铝耐热纤维等材料。铜纤维的耐融化热：13.26kJ/mol，电阻率：1.75×10-8Ω·m，热导率：401W/(m·K），纯铜的熔点为1083℃。因此，铜电源连接带在生产温度（1100℃）下容易氧化。高铝耐火高铝纤维：加热线收缩小于2%（1200℃，6h）或小于3%（1400℃，6h），热导率0.13W/(m·K)(热面温度1200℃)，耐火度大于1790℃[5］。从数据上看，高铝纤维的耐火性远高于铜。对铜与高铝纤维两种连接带进行导电性测试，实验结果见图1。在不同温度下，对铜和高铝纤维连接带浇铸炉次进行对比实验，实验结果见图2。

图 1 铜与高铝的电阻随温度的变化图

图 2 铜与高铝的浇铸炉次随温度变化图

由图1可知，在高温下，高铝纤维连接带电阻值低于铜连接带，高铝纤维连接带自身所产生的热量低，不容易烧断。由图2可知，在不同温度下，高铝纤维连接带的浇铸炉数远高于铜连接带，在高温下表现良好。高铝纤维属于耐火纤维一种，有耐高温及耐腐蚀性两大特点，并且具有一定抗拉强度和弹性[6］。因此，最终选定使用高铝纤维电源连接带替代铜电源连接带。

4.2 硅碳棒密封隔热

硅碳棒作为主要发热元件、主要发热源，在高温加热下存在着易氧化烧损的弊病。在硅碳棒加热炉的设计和维护中，可以通过抽真空及氮气氛保护、电加热、温控等方式控制温度。氮气氛保护可以实现温度保护以延长使用寿命[7］。电源连接带与硅碳棒相连接，会受到硅碳棒的发热影响。因此，使用隔热材料加强对硅碳棒周围密封隔热，减少对连接带的热伤害，是提升连接带使用寿命的另一种方法。

高强度耐高温有机纤维具有高强高模和良好的热稳定性,可在200～300℃长期使用[8］。耐火纤维因其热熔低、热阻大、热敏性高等特点被广泛用作保温绝热材料。普通硅酸铝使用温度为980℃，高铝耐火纤维的最高使用温度为1400℃，长期使用温度为1200℃[9］。鉴于本次银锭浇铸机的工作环境，采用高铝纤维棉（耐温1600℃），对硅碳棒周边进行密封隔热。电源带的工作温度得到了有效控制，从600℃降低至350℃。

4.3 电源连接带涂抹降温涂料

通过采用涂刷保护层和增加元件两端电压的方式，研究硅碳棒表面负荷密度、加热元件两端电压的变化。研究结果表明涂刷保护层弥补了老化导致负荷密度降低的不足,硅碳棒使用寿命延长1.5倍；增加了加热元件两端电压，使发热效果不变，保持了熔化炉的恒温特性[10］；有效改善了硅碳棒的使用性能，延缓加热元件的老化。因此，尝试在电源连接带上，增涂降温涂料以减少温度对连接带氧化的影响，降低更换次数。

5 效果

通过更换耐高温连接带，对硅碳棒周边进行密封隔热，并涂抹降温材料三种方式降低高温对连接带的影响。硅碳棒电源连接带检修炉次由原来的60炉/次提升到现在的180炉/次，电源连接带改进应用后，180 d内未出现断裂情况。

6 结论

（1）银锭浇铸机在运行过程中，其硅碳棒电源连接带断裂主要原因是高温氧化作用，实际生产时温度1100℃左右，而铜制电源带在该温度下容易氧化，易断裂。

（2）通过采用高铝耐热纤维作为新型电源连接带、涂抹降温涂料，可以有效提升电源连接带的耐热性，提升电源连接带的使用寿命。

（3）通过对硅碳棒进行密封隔温处理，可以减少硅碳棒产热对电源连接带造成的热伤害，降低检修次数。