再生铜原料生产光亮铜杆质量控制分析

再生铜原料生产光亮铜杆质量控制分析

杨华

中国第一重型机械股份公司 黑龙江省齐齐哈尔市 161000

摘要：本文以回收铜为原料，在竖炉连铸连轧生产光亮铜棒材过程中存在的夹渣、中空等质量问题，采取了设备的优化、质量控制等措施加以改进；试验结果表明，该工艺能有效地降低铜棒的缺陷，改善铜棒的质量。

关键词:再生铜;光亮铜杆;质量控制

引言

采用回收铜生产光亮铜棒的厂家寥寥无几，这种铜棒在后续的拉丝加工中容易发生断裂，其主要原因是由于铜棒存在着夹渣、空心等质量问题。为了解决以上问题，我们公司在早期就已经采取了一系列的改进措施。例如，对不同批次的回收铜材进行混合使用；规范出铜排渣口的剥渣作业，规定扒渣的单位时限；在中间包添加滤料等方面，对夹渣、空心等的改善作用不大。本文从设备优化、品质控制等方面采取了一些控制手段和措施，以改善回收铜原料的光亮铜棒的品质。

1我国再生铜的现状与意义

中国是全球最大的炼铜生产大国，近两年来，中国的铜消耗量占全球总消耗量的50%。我国的铜储量仅占全球铜矿总量的4.35%，铜矿资源十分匮乏。而废旧铜矿的回收，由于能耗低，投资少，工艺相对简单，可以有效地解决铜矿资源的短缺问题。从2002年开始，经过十多年的发展，中国的再生铜业年均增长率达到16.39%，但与国际上的先进水平仍有很大差距。废杂铜在世界铜业市场中的回收利用可以达到47.5%的市场需求，而到了2020年，国内的再生铜产量达到了4百万吨，而消耗率只有36.57%。在过去的十年里，我们从国外引进了倾动炉、卡尔多炉等回收铜的技术，经过消化、再创新，研制出了 NGL炉、熔炼摇炉等，本文介绍了采用顶吹式熔池、新型全氧式固定反射炉等处理废渣的新技术。然而，我国的废杂铜回收产业还存在着一些问题：一是回收铜的利用率远远低于发达国家；二是行业内缺乏专业、规范的回收系统；三是我国工业综合回收技术与世界先进水平有很大差距；四是由于回收废铜所产生的“三废”没有有效可靠的治理手段，对环境造成了一定的危害。从废渣中回铜，是实现铜业可持续发展的唯一途径。废旧铜矿的回收利用，既可解决我国铜矿资源紧缺、促进国家经济发展、节约能源、减少污染等方面的重大战略作用。与原始铜比较，回收1吨可节省1054 kgce、395立方米的水资源、380吨的固体废物、0.137吨CO2的排放量。回收铜行业在发展过程中能够起到节能环保的作用，并且能够保证资源的高效利用，这是我国发展循环经济的重要支柱产业。

2再生铜质量缺陷

2.1夹渣

在正常条件下，所有的渣粒都会在铜液的表面上浮，在剥渣工序中被除去，但是在流动的过程中，仍会有一些夹渣粒子被包裹在钢液中，这主要是由于前边的除渣效果不佳，导致夹渣从中间包流入铸锭。铜水通过流道流入中间包时，会直接撞击到中间包的铜液表面，导致大量的杂质混入铜液中，无法及时上浮，同时，由于温度的原因，铜液在熔体中的流动性会降低，从而导致熔体的熔化。同时，中间包内部或浇口在边缘处发生氧化富集，形成熔渣，同时也会流入铸锭，产生夹渣。

2.2气孔

竖炉连铸连轧工艺中，以氢和氧为主，目前工艺条件下难以避免氧和氧的氧化、脱氧，同时进行了氧和氧的处理，从而使铜水中始终含有大量的氢和氧。在铜液由液体冷却到一定温度后，氢气在铜中的溶解速度骤降，在晶界边缘处产生了大量的氢气，其中一些气泡会因为来不及排出而滞留在钢锭中，从而产生气孔。

3质量控制措施

经过分析，目前主要的问题仍然是去渣和废气。而除渣最直接、最有效的方法是提高铜的流动性、提高铜的浮渣性能，并通过合理的扒渣、滤渣等措施来实现对渣土的彻底控制。在放气过程中，一方面提高了铜溶液的流动性，另一方面，适当的延长了铜溶液的曝露时间，使气体有足够的沉淀时间，从而减少了气孔的产生。所以，今后的改进工作重点集中在提高除渣能力和尽量多地排放铜液上。

3.1降低竖炉炉底倾角和增加出铜孔的大小

从生产实践来看，在装置运行初期，由于底部倾斜角度的增加，对提高铜液的流动性有一定的作用。但是，随着炉龄的延长，从炉底到出铜口的转角越来越大，铜液中的氧化渣就会在转角处堆积起来，从而产生一种很危险的渗铜液，铜液会融化，落入铜液中，容易造成铜液的堵塞。最后，会影响到铜化的速率，同时，火势减小，温度下降，流动性下降，对浮渣不利。

3.2垂直炉烧口的火焰长度及空气调节

经计算，从竖炉进料口至化铜起始时间为预热阶段，在300~1083℃之间；从化铜点至出铜口，采用短焰烧制，其出口温度为1090~1100℃；采用长焰烧制，在1105~1115℃的出口。所以，在使用长焰时，铜液的流动性会增大，高温杂质和一些氧化物会随着火焰的冲击而释放到烟道中，并排成一列。在微量还原气氛下，火焰长，温度低，喷射气流剧烈；在维持微量还原气氛和增大喷嘴数量的情况下，熔化起点离底面愈高，铜液到达出口的时间愈久，出铜口的铜液温度愈高，流动愈好。

3.3提高竖炉与浇注器的垂直落差及流槽角

在设备安装阶段，由于场地条件的限制，竖炉与铸机之间的垂直落差没有按照规范进行，比设计降低了0.5米。导致铜液流动性不佳，低于预期；二是上流槽的观测孔与烧嘴的位置一致，使得对铜溶液的观测变得困难。而出铜孔与流槽的转角仅为100度，使渣在转角处滞留，从而增大了铜棒夹渣的危险。竖炉整体提升后，浇口与铸轮的垂直距离增大，气流较长，有利于气体的沉淀。通过调节出铜开口和流槽角，可以减少炉渣的生成，减少铜棒夹渣的危险。

3.4在中间包上加入烧嘴，使火焰更大

在经过了最初的几次加工以后，虽然杂质很少，但还是不可避免的会出现一些细小的氧化铜渣和中间包边的积渣。所以，通过控制中间包铜液的温度，可以提高铜液的流动性，从而能使夹渣及时上浮，并能有效地降低中间包边的积渣。

4实施效果

经过以上的优化，经过两个多月的生产实践，夹渣和空心现象得到了明显改善。在没有改进之前，每万 t的夹渣量为20.78次，断线严重；经过初步的优化，每万 t的夹渣断线次数为16.88次，情况有所改善；经过设备优化的攻关，每万吨夹渣断线次数达到3.78次，取得了显著的效果。经过改进后的夹渣断线次数从原来的20.78次/万吨下降到3.78次/万吨，使光亮铜棒材的质量得到了显著提高。

结束语

由以上可知，实践表明，改进的控制手段和措施，包括设备的优化、品质控制等，都是行之有效的，但是，用回收的铜原料来生产光亮铜棒，其品质有待于进一步的研究。比如在铜水中加入稀土或其他微量元素，延长流槽深度，增加自动扒渣设备等。

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