摘 要：随着电气工业的蓬勃发展，对电线电缆制品的质量要求也随之提高，需要使用更多的杂质含量少，含氧量低的高纯铜，高纯铜的特点在于高导电率、高密度、极优的塑性和良好的抗疲劳强度。上引连铸法生产技术作为传统铜杆生产关键技术之一，在铜杆产业发展初期起到了很大的推动作用，然而随着科技进步与发展其他同类产品不断替代了上引炉，但是作为无氧铜杆生产关键设备来说，其仍有不可替代性，特别是中小规模、高品质无氧铜杆生产更是不可或缺的。本设计通过对上引法连铸机的工作原理进行研究，具体包括：炉体结构、熔沟参数设计、线圈匝数设计等，通过研究达到炉体使用寿命增加50%，能耗降低10%，产能提升38%功效。
　　关鍵词：线圈;匝数;上引法;熔沟
　　一、上引法工艺综述
　　（一）设备工作原理
　　电解铜经剪切（或整块），用人工（或机械）加入工频感应熔化炉（或连体炉的熔化部分），熔化是在木碳覆盖保护下进行的，熔融的铜液经过一段时间的静止还原脱氧并达到一定的温度后，通过有CO气体保护的流槽（或连体炉的溢流口）经过渡腔（铜液在此进一步还原脱氧、清除渣质），进而平稳地流入保温炉（或连体炉的保温腔），铜液的温度由热电偶测量，温度值由仪表显示。炉子输入功率可以根据设定的温度自动调节，也可根据铜液的实际温度电动调节，以控制铜液的温度在一定的范围内。
　　连铸机固定于保温炉的上方，有6头、8头、多至20多头等多种形式，分两排各自固定在连铸机的两侧，每根铸杆有上、下两对辊轮间歇向上牵引、辊轮由一台（或多台）直流电动机（或步进电机或伺服电机）驱动，每根结晶器可单独装拆而不影响其他结晶器的正常工作。根据保温炉内铜液液位的高低，连铸机可上、下自行运动，以保证结晶器和保温炉内铜液液位相对位置恒定。每根铸杆都有一控制器和挠杆机，铸杆经导轮装置从连铸机引到控制器和挠杆成圈，成圈完毕后把铸杆剪断，并把成圈铸杆吊运走，供下道工序加工。
　　（二）上引法工艺特点
　　由于拉轧工艺与铸造工艺不是连续的，拉轧是在常温下进行的，不需气体保护，铜材也不会被氧化。因此设备投资小，厂房布置也灵活。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，可以很容易地通过改变铸造规格（铸杆直径），来改变单位时间的生产量，因此其产量可视原材料的供应情况和产品的需求情况来决定，便于组织生产，节约能源。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，并可在同一机器上生产不同规格、品种的铜材，灵活机动，这可说是上引法的最大特点了。如果采用分体炉，即熔化和保温在二个感应炉中进行，则就比较容易实现用上引法生产合金铜材。
　　工艺原理上引法连铸铜杆的基本特点是”无氧”，即氧含量在10ppm以下，在电解铜熔化，铜液转移，结晶成型的整个工艺过程中，采用木碳还源和鳞片石墨覆盖、隔氧等措施。氧在熔融铜液中是以氧化铜（CuO）和氧化亚铜（CuO2）的形式存在的，木碳（C）在高温下与其作用，可以脱氧，使其氧含量小于10ppm，反应方程式如下：CuO+CuO2+C→Cu+CuO+CO→2Cu+CO2↑在反应过程中产生的CO保护气氛和鳞片石墨的隔氧作用，使铜液在熔化腔向保温腔的转移及结晶过程中，铜液不再被氧化。
　　二、节能型上引炉筑炉技术研究思路
　　（一）产能提升方案研究
　　从改变线数匝数的角度着手，增大电流动提升熔化能力，将原有年产5000吨炉体标配的62匝线数，变更为58匝，同时减少熔沟尺寸，在输入电流、电压不变的情况下，实现熔化能力的提升，进而提高产能。
　　考虑到上引法引杆速度受结晶速度的限制，为了实现产能的提升，计划将原来10个结晶器的引铸架增加到12个。
　　（二）节能方案研究
　　通过改变炉体中3个熔沟的参数，将原设计的总高度600mm减少到560mm;熔沟的沟体部份由原来厚度330mm，减少到320mm，实现输入电流增加，提升熔化能力。在总产能上提升了20%，而实现节能10%以上。
　　（三）使用寿命提升方案研究
　　炉体的使用寿命取决于熔沟及捣打料的寿命，在日常使用中，因熔沟长时间运行，冲击捣打的石英砂，使石英砂的厚度变薄而产生能耗降低甚至漏铜导致炉体报废的现象，本研究方案的实施因减小了熔沟的体积，进而增加了捣打层的厚度，能有效的减少或避免漏铜的现象，从而使炉体的使用寿命得到了提升。
　　熔沟体积减少，避免了降档，停炉时因体积大，热胀系数大而造成的熔沟断裂导致炉体报废的问题。
　　（四）产品性能提升方案的研究
　　对过对炉体结构进行研究发现，传统设计的炉体只有熔化沪和保温炉两部份，而铜在熔炼过程中，因本身带有的杂质，加料时融入的氧气，木炭、石墨鳞片中含有的其它金属会直接从熔化炉进入到保温炉，就会直接进入结晶器，影响铜杆的纯度、氧含量，对铜杆电性能、机械性能产生影响。
　　本研究方案计划从炉体结构入手，在熔化炉与保温炉之间增加一个过度仓，过度仓的宽度为250-300mm，过度仓中没有熔沟，熔炼好的铜液经过过度仓时可因温度的降低而实现脱氧和杂质分离的作用，进而使进入保温炉中的铜液的纯度更高，含氧量更低，实现产品性能提升。
　　三、实践验证数据
　　通过改变线圈匝数、炉体结构、熔沟尺寸等相关参数，通过实践证明其产能、使用寿命、产品性能均能得到有效提升，具体数据如下：
　　产能提升方面：线圈匝数改为58匝，实现进项电流达由原来的400A，提高到520A，单位产能由原来17吨/天提高到21.5吨/天;
　　炉体寿命：由原来平均使用寿命12个月提升到18个月以上;
　　单位能耗：由原来的355kwh/吨降低到320kwh/吨;
　　产品性能：电性能由0.01720Ωmm2/m降低到0.01680Ωmm2/m以下，机械性能的伸长率由35%提升到45%。
　　综上，上引法生产工艺通过改变炉体结构、线圈匝数、熔化炉的熔沟尺寸后在不改变原有炉体的设计结构可实现使用寿命、产品性能、单位能耗等均有所降低，对于无氧铜杆生产企业来说是实现节能降耗、提升产品性能、降低生产成本的有效方法。
　　参考文献
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