硅碳棒電源連接帶在銀錠澆鑄機(jī)中的應(yīng)用改進(jìn)

夏先敏， 謝太李，雷 剛，馬堅(jiān)剛，夏志薇

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，人民生活水平日益提高，白銀的消費(fèi)量逐年上升，尤其是工業(yè)用銀量。因此，市場(chǎng)對(duì)白銀的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求。

銀錠在生產(chǎn)過(guò)程中，30kg和15kg的銀錠澆鑄機(jī)作為電銀粉澆鑄銀錠的重要設(shè)備[1］。該種設(shè)備采用的是18根硅碳棒，分為三組連接加熱方式，通常使用銅電源帶作為導(dǎo)熱連接。然而，在生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)硅碳棒電源連接帶因高溫氧化而導(dǎo)致電流異常，溫度提升緩慢，甚至無(wú)法達(dá)到銀熔解溫度。在生產(chǎn)中需要經(jīng)常檢修，平均每60爐就要停爐對(duì)硅碳棒電源連接帶進(jìn)行檢修、更換，連續(xù)性銀錠生產(chǎn)受到了很大的影響。

2 連接帶燒斷的因素分析

銀錠澆鑄機(jī)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，主要從人員操作、原料純度、生產(chǎn)溫度、連接帶材料、生產(chǎn)環(huán)境等五方面來(lái)進(jìn)行分析，以確定造成連接帶燒斷的主要因素。

（1）人員操作影響。銀錠在生產(chǎn)過(guò)程中，從原料添加到冷卻成型再到后期水洗等工藝流程都需要人工參與，人工操作過(guò)程會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生影響[2］。因此，崗位人員操作標(biāo)準(zhǔn)化是重要影響因素。

（2）原料純度影響。在銀電解過(guò)程中，保證銀粉純度至關(guān)重要。銅、鉍、銻等金屬元素與銀電位相接近，對(duì)銀電解危害最大[3］。鉍在電解過(guò)程中，一部分會(huì)以堿式鹽形式進(jìn)入陽(yáng)極泥；一部分會(huì)以硝酸鉍進(jìn)入溶液，硝酸鉍在溶液中積累后會(huì)在陰極上析出，進(jìn)而影響銀粉的質(zhì)量。因此，電銀粉雜質(zhì)含量的異常波動(dòng)會(huì)對(duì)銀錠澆鑄的質(zhì)量以及設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

（3）生產(chǎn)溫度影響。銀的熔點(diǎn)為961.93℃，但熔煉爐溫度在工業(yè)生產(chǎn)中一般需要控制在1100℃左右。趙蕾等[4］采用電阻爐開(kāi)展了高溫氧化試驗(yàn)，并研究了不同溫度下連接帶氧化的變化規(guī)律。結(jié)果表明，隨著加熱溫度的升高，氧化速率的增加，氧化層厚度明顯增加。

（4）電源連接帶材料分析。目前主要使用銅電源連接帶，當(dāng)澆鑄機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行會(huì)將其氧化燒斷，導(dǎo)致電流下降為零，而造成生產(chǎn)中斷。

（5）生產(chǎn)環(huán)境影響。澆鑄機(jī)在實(shí)際作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生工業(yè)煙塵，而且具有一定的腐蝕性，從而對(duì)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生諸多影響。另外，煙塵環(huán)境對(duì)機(jī)械散熱也有較大影響，加劇溫度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響。

3 確認(rèn)連接帶燒斷的要因

通過(guò)對(duì)以上五種生產(chǎn)因素進(jìn)行探討，確認(rèn)結(jié)果如表1。

表 1 要因確認(rèn)表

通過(guò)分組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)造成硅碳棒電源連接帶斷裂的主要因素為硅碳棒電源連接帶在高溫下容易氧化燒斷。

4 連接帶的重新選型及優(yōu)化改進(jìn)

4.1 尋找新型耐高溫連接帶

目前電源連接帶主要是銅、高鋁耐熱纖維等材料。銅纖維的耐融化熱：13.26kJ/mol，電阻率：1.75×10-8Ω·m，熱導(dǎo)率：401W/(m·K），純銅的熔點(diǎn)為1083℃。因此，銅電源連接帶在生產(chǎn)溫度（1100℃）下容易氧化。高鋁耐火高鋁纖維：加熱線(xiàn)收縮小于2%（1200℃，6h）或小于3%（1400℃，6h），熱導(dǎo)率0.13W/(m·K)(熱面溫度1200℃)，耐火度大于1790℃[5］。從數(shù)據(jù)上看，高鋁纖維的耐火性遠(yuǎn)高于銅。對(duì)銅與高鋁纖維兩種連接帶進(jìn)行導(dǎo)電性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。在不同溫度下，對(duì)銅和高鋁纖維連接帶澆鑄爐次進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖 1 銅與高鋁的電阻隨溫度的變化圖

圖 2 銅與高鋁的澆鑄爐次隨溫度變化圖

由圖1可知，在高溫下，高鋁纖維連接帶電阻值低于銅連接帶，高鋁纖維連接帶自身所產(chǎn)生的熱量低，不容易燒斷。由圖2可知，在不同溫度下，高鋁纖維連接帶的澆鑄爐數(shù)遠(yuǎn)高于銅連接帶，在高溫下表現(xiàn)良好。高鋁纖維屬于耐火纖維一種，有耐高溫及耐腐蝕性?xún)纱筇攸c(diǎn)，并且具有一定抗拉強(qiáng)度和彈性[6］。因此，最終選定使用高鋁纖維電源連接帶替代銅電源連接帶。

4.2 硅碳棒密封隔熱

硅碳棒作為主要發(fā)熱元件、主要發(fā)熱源，在高溫加熱下存在著易氧化燒損的弊病。在硅碳棒加熱爐的設(shè)計(jì)和維護(hù)中，可以通過(guò)抽真空及氮?dú)夥毡Ｗo(hù)、電加熱、溫控等方式控制溫度。氮?dú)夥毡Ｗo(hù)可以實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)以延長(zhǎng)使用壽命[7］。電源連接帶與硅碳棒相連接，會(huì)受到硅碳棒的發(fā)熱影響。因此，使用隔熱材料加強(qiáng)對(duì)硅碳棒周?chē)芊飧魺?，減少對(duì)連接帶的熱傷害，是提升連接帶使用壽命的另一種方法。

高強(qiáng)度耐高溫有機(jī)纖維具有高強(qiáng)高模和良好的熱穩(wěn)定性,可在200～300℃長(zhǎng)期使用[8］。耐火纖維因其熱熔低、熱阻大、熱敏性高等特點(diǎn)被廣泛用作保溫絕熱材料。普通硅酸鋁使用溫度為980℃，高鋁耐火纖維的最高使用溫度為1400℃，長(zhǎng)期使用溫度為1200℃[9］。鑒于本次銀錠澆鑄機(jī)的工作環(huán)境，采用高鋁纖維棉（耐溫1600℃），對(duì)硅碳棒周邊進(jìn)行密封隔熱。電源帶的工作溫度得到了有效控制，從600℃降低至350℃。

4.3 電源連接帶涂抹降溫涂料

通過(guò)采用涂刷保護(hù)層和增加元件兩端電壓的方式，研究硅碳棒表面負(fù)荷密度、加熱元件兩端電壓的變化。研究結(jié)果表明涂刷保護(hù)層彌補(bǔ)了老化導(dǎo)致負(fù)荷密度降低的不足,硅碳棒使用壽命延長(zhǎng)1.5倍；增加了加熱元件兩端電壓，使發(fā)熱效果不變，保持了熔化爐的恒溫特性[10］；有效改善了硅碳棒的使用性能，延緩加熱元件的老化。因此，嘗試在電源連接帶上，增涂降溫涂料以減少溫度對(duì)連接帶氧化的影響，降低更換次數(shù)。

5 效果

通過(guò)更換耐高溫連接帶，對(duì)硅碳棒周邊進(jìn)行密封隔熱，并涂抹降溫材料三種方式降低高溫對(duì)連接帶的影響。硅碳棒電源連接帶檢修爐次由原來(lái)的60爐/次提升到現(xiàn)在的180爐/次，電源連接帶改進(jìn)應(yīng)用后，180 d內(nèi)未出現(xiàn)斷裂情況。

6 結(jié)論

（1）銀錠澆鑄機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，其硅碳棒電源連接帶斷裂主要原因是高溫氧化作用，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)溫度1100℃左右，而銅制電源帶在該溫度下容易氧化，易斷裂。

（2）通過(guò)采用高鋁耐熱纖維作為新型電源連接帶、涂抹降溫涂料，可以有效提升電源連接帶的耐熱性，提升電源連接帶的使用壽命。

（3）通過(guò)對(duì)硅碳棒進(jìn)行密封隔溫處理，可以減少硅碳棒產(chǎn)熱對(duì)電源連接帶造成的熱傷害，降低檢修次數(shù)。