溜槽装置是SCR铜杆连铸连轧生产线铜液导流、除渣、调节铜液温度及氧含量的关键工序设备。其正常运行、维修和调整，将直接影响到连铸工序的安全生产，铜液品质是影响企业技术经济效益关键因素之一，至关重要。江铜分别于2003年和2006年从美国SOUTHWIRE公司引进SCR3000和SCR4500二条连铸连轧生产线，设计产能分别为25、35t/h[1]。在其熔炼系统中，炉区上溜槽装置能保质保量地将连续熔化的铜液输送至所需的各种冶金容器中，它在铜液的流转过程中起着举足轻重的作用，对保证浇注过程连续稳定、减少停机时间、除渣、控制液温和氧含量、提高产品品质，极为关键。随着医疗器材、航空航天、精密仪器等尖端科学的不断发展及多头拉丝设备的普及，对电线电缆的性能、品质要求也越来越苛刻。试生产初期，由于美国南线原上溜槽装置设计存在缺陷，易导致产品出现批量性的空心、麻点、毛刺、夹冷铜、夹渣及断线等现象，微细线成品率低，质量投诉多，显然已无法满足微细线高端客户的要求，成本能耗水平低，严重影响生产的顺行，使其设备综合效能和规模效益得不到充分体现和发挥，因而成为生产技术的“瓶颈”。因此，针对SCR连铸连轧炉区上溜槽装置常见故障进行分析及优化设计，十分必要。
1主要设计原理
1.1主要结构原理
SCR炉区溜槽装置可分为上溜槽和下溜槽两段，分别设于保持炉、中间包之前，皆采用全封闭结构设计和加热。上溜槽是指从竖炉出铜液口至渣箱进口的通道，而下溜槽则是指从保持炉出铜口至连注中间包的通道，其中上溜槽为熔化后的铜液在重力作用下从竖炉出铜液口流入渣箱、旋转保持炉提供通道，其设计长度为5.4m。上溜槽是由钢板焊接而成的钢沟槽，钢沟槽内衬CM-2浇注料，经一次性浇注烧结成整体；为减少铜液与空气的接触，降低铜液含氧量，上溜槽由衬有耐火材料的盖子上的烧嘴及外部的烧嘴加热，在溜槽盖内的烧嘴可为铜液提供保护性的气氛，且可通过调节空气与燃料的混合比率来调整铜液的氧含量。
1.2燃烧控制原理
竖炉、旋转式保持炉和溜槽是SCR连铸连轧系统主要组件，皆使用了预混合气类的烧嘴和以丙烷、丁烷为主要成分的液化石油气混合物LPG。南线公司设计很独特，熔融状态的铜被维持在一个受控的环境中，为减少铜液吸入氧气，在空气和燃气到达烧嘴之前经过预先混合，为安全燃烧提供保障，可确保生产出来的铜杆具有最佳的品质。竖炉、旋转式保持炉和溜槽共用一个燃烧燃料系统。通过使用一台送风机向系统提供燃烧空气，让空气与燃料以恰当的比例进行混合，通过均匀控制熔化工序如上溜槽等工艺点的气氛，可形成含氧量波动窄幅，最终保证线杆含氧量符合要求。而燃烧控制系统是本设备核心部件，它直接关系到熔化后铜液的质量和设备的安全运行，整个燃烧过程由一氧化碳分析仪监控、PLC控制，该可编程控制器与人机界面软件包结合，可显示系统的数据、调节各种过程，且能使操作工在线监视设备作业过程中正在发生的状况。
2技术现状分析
以SCR4500生产线为例，由于该生产线采用美国SOUTHWIRE公司新型、高效的熔化炉，设计使用了最新的旋转式烧嘴燃烧方式，试生产过程中，燃烧火力更猛烈，熔铜流量更大，特别是原设计上溜槽装置越来越不适应于竖炉大流量生产的要求，时而造成卡炉现象，且上溜槽装置故障频发，经常发生流嘴堵塞、开裂、烧损、漏铜、铜液飞溅；烧嘴堵塞，烧嘴水套更换频繁；积渣严重；溜槽报废；渣箱寿命短；防爆膜爆炸频繁停机等一系列新问题，致使上溜槽装置使用寿命偏短，在线更换难度大，无法满足系统长周期生产的要求，极大地影响了铜杆连铸连轧生产的稳定性和延续性，成本能耗居高不下，导致竖炉无法顺利达产达标。
3常见故障分析及优化设计
3.1流嘴故障
3.1.1开裂、烧损上溜槽流嘴作为上溜槽与渣箱的连接部分，生产实践中，其工况十分恶劣，虽然流嘴内衬有以碳化硅为主的高温耐火材料，但在高温火焰和熔融铜液的吹刷下，其不锈钢外套和碳化硅内衬在长期高温烘烤过程中，会出现烧蚀现象，特别是深入渣箱的溜槽嘴前端，极易烧损，轻者造成漏铜现象，铜液不能稳定地流入渣箱；重者导致生产中断，即停炉和停铸。检查上溜槽流嘴开裂、烧损情况，前段碳化硅流嘴本身棱角分明，但后段流嘴和托盘易受到强烈的燃烧火焰冲击，使流嘴产生开裂和损毁。因此宜设计采用斜喷式渣箱烧嘴，可有效地避免高温火焰直接吹向上溜槽流嘴，并将流嘴前端改用耐火砖砌成，如图1所示，可大幅降低烧损现象。改进后上溜槽嘴寿命可由1个月提升至3个月以上，能有效地避免因流嘴烧损而临时性停机检修。3.1.2漏铜上溜槽流嘴是以碳化硅材质为主的备件，使用时必须有托盘固定其方位，其组合点有缝隙。生产过程中，若缝隙周围耐火材料产生脱落，铜液将沿缝隙流出，导致漏铜。经生产现场多次观察分析，不难发现，漏铜现象多发生于溜槽底部与渣箱连接部分。可设计安装使用一体式的溜槽嘴，且将流嘴底部与耐火材料包裹，尽量减少底部的烧损；流嘴与渣箱之间采用耐火材料连接，即使流嘴发生烧损，耐火材料也能防止铜液的外流，且导向铜液进入渣箱。改进后，观察检修时更换下来的流嘴，发现流嘴虽有烧损现象，但使用寿命延长，可杜绝漏铜现象，避免了在生产周期中更换漏铜流嘴的状况，不会影响生产的持续性，能满足长周期生产的要求，成本能耗低。但流嘴烧损现象仍较为严重，避免流嘴严重烧损仍是今后的技术攻关重点，由于该改进项目采用渣箱与流嘴连接方式，致使渣箱不能随时转动，导致更换系统时，不能倾倒渣箱内铜液，易引起结冷铜等危害，二次创新十分必要。3.1.3铜液飞溅SCR4500试生产期间，因原生产工艺安排不科学等，上溜槽处火力甚猛，特别是渣箱处火焰较长＞1m，造成从上溜槽喷出的铜液四处飞溅，致使大部分热量流失，且上、下溜槽附近弥漫着大量夹杂有铜粒的高温强气流，导致炉区操作困难，安全隐患大。SCR3000竖炉铜砖温度为600～850℃，而SCR4500竖炉铜砖温度为178～285℃，即使火力开至最大，产能仅为25～28t/h＜35t/h，充分表明大部分燃烧气流从出铜口溢出，极少向上运行预热上部电铜，大部分热能被白白浪费掉，且从出铜处溢出的热气流会从上溜槽嘴喷出，易烧坏渣箱钢盖板。导致SCR4500上溜槽喷火的主因是：①竖炉B、C层采用最新旋转式烧嘴，各烧嘴不同心，喷射方向朝下且与炉心成一定角度，燃烧气流在炉膛内形成向下旋风，经竖炉出铜口至上溜槽处喷出，使上溜槽嘴处形成泄压口；②SCR4500竖炉加料处与SCR3000相比，设计增高1m多，炉内电铜预热周期延长，燃烧气流行程、烧嘴喷出的气流向上阻力变大，而烧嘴离出铜口较近，根据气体流动理论，当向上运动气流的阻力＞下部出铜口阻力时，该部分气流易从下部出铜口排出；③钢构件焊接托盘在高温下受到外界或其本身应力的影响，易发生变形；上溜槽嘴周围耐火材料在硬化过程中常产生变形，皆会使流嘴方向发生变化，导致铜液在流淌过程中产生紊流，引起飞溅。为方便炉区操作人员作业，消除人身安全隐患，改善环境污染状况，该公司曾先后试用耐火砖、焊接钢结构浇筑耐火材料进行封堵，效果皆不理想。而新设计将上溜槽嘴处的上半部直接封堵，用耐火材料浇筑成“堵墙”，使出铜口处的阻力陡增；只保留上溜槽流嘴本身高度，让流嘴处下半部空出铜液出口，且在浇筑“堵墙”上新增设有烧嘴加热的小型活动盖板，可保证铜液流动畅通、及时清理异物堵塞；同时，在托盘与上溜槽流嘴缝隙处均铺上一层耐火泥，如图2所示，可有效地降低飞溅和漏铜现象。图2托盘与流嘴缝隙处均铺耐火泥设计改进后，竖炉铜砖温度为460～700℃，无漏铜现象，铜液飞溅少，流嘴使用寿命长，可大幅提升产品品质，热效率高，成本能耗低，对操作极为便利，即使出现掉砖现象，也便于在上溜槽口清理，杜绝了人身安全隐患。3.1.4夹杂原设计从上溜槽嘴流出的铜液是以分散状流入渣箱的，对流动量弱且极不稳定，也会冲刷渣箱壁，造渣能力差，易导致夹杂，给铜液质量埋下隐患，产品品质难以提高。新设计通过改进上溜槽装置的内部形状及材料，包括降低杂质元素的含量，提高耐火材料的热稳定性和抗冲刷性[3]，铜液会以柱状流入渣箱，对流动量强，翻滚剧烈，渣箱铜液流动性好，渣箱造渣、除杂功能强，铜液质量好，可显著地提高产品成材率。硫燃烧后会产生二氧化硫，其中大部分SO2会挥发，只有极少数会溶入铜液中。生产实践证明，工艺过程中必须采取有效的措施降低各种夹杂进入铜杆，而有效地控制铜液的温度、及时去渣，则是防止铜杆夹杂最有效的手段[4]。例如，可通过将竖炉、保持炉及溜槽系统CO值向下调节，随着CO值总体的下降，可将LPG中的大部分有害元素燃烧掉，这是消除燃气有害杂质溶入铜液中较好的办法；另外，通过适当提高铜液中的氧含量，与硫合成二氧化硫气体逸出，可更好地解决溶入铜液的硫元素的影响。
3.2烧嘴堵塞
由于断裂的铜原料材料，铜液、铜渣的飞溅，破碎的耐火材料或来自堵塞出铜口的铜液倒灌，易导致烧嘴部分或完全被堵塞。此时若出铜口保持加热和打开，即使一些烧嘴堵塞或关闭，炉子仍然可以正常运行，可根据烧嘴堵塞的程度确定采取必要的补救措施：部分关闭烧嘴蝶阀，以改变火焰的特征和长度，熔化部分堵塞物；先关闭烧嘴蝶阀，关掉烧嘴，再拆除烧嘴管子上的窥视镜，使用棍子敲打下堵塞物；拆除烧嘴管子，利用氧气喷枪熔化掉堵塞物；可将下面一排的火力，调整保持在350×9.8Pa以上等。
3.3流嘴堵塞
上溜槽流嘴处由于积冷铜出现严重堵塞时，必须及时采取有效的措施进行疏通；若无法及时进行疏通，且出现铜液满出外溢时，必须立即停炉，且立即采用烧氧枪方式进行处理，使上溜槽流嘴处疏通、流畅，直至无结冷铜为止。
3.4积渣严重
停炉更换系统时，打开上溜槽第三块盖板，常发现溜槽里面积渣严重，点炉后组织人员进行烧氧枪疏通，但在上溜槽第七块盖板下方则无法疏通开，造成铜液外溢，甚至被迫停炉、检修。其故障主因是上溜槽使用时间较长，造成表面不光滑，易挂渣；上溜槽及盖板耐火材料烘烤时间过短，烘烤不彻底时，连铸过程中会出现铜液冲刷损害溜槽耐火层的现象，耐火料易烧损、脱落，致使溜槽积渣严重，且其脱落的杂物流入浇注机后，会导致铜杆质量不合格[5]；巡检人员工作不到位，导致上溜槽第三块盖板出现积渣时，未能及时发现事故隐患等。为彻底杜绝该类事故，可设计改进上溜槽装置的内部形状及内衬材质，增强其造渣功能；点炉生产时，宜先用小火燃烧，再逐步增大火力；为防止上溜槽盖板掉料，需设计延长盖板内的加强筋；因溜槽表面粗糙不光滑，必须加大对溜槽运行状况的监控及对炉区操作人员岗位技能培训的力度，强化员工的责任心，将溜槽巡检纳入绩效考核等。
3.5安全截止阀门未打开
当风机压力低时，应及时排查风机轴承和叶轮是否有故障；当空气压力开关低时，必须修理或更换开关；燃气压力开关高时，需排查调节器或压力开关是否故障；任意总管燃气阀门打开时，必须关闭阀门；而总管燃气阀门上限位开关已损坏时，则必须立即更换开关。
3.6溜槽报废
对使用至一定程度的上溜槽装置，通常在正常使用半年后，一般必须进行报废处理、重筑，以减小溜槽对铜杆产品品质产生较大的波动和严重的影响。然而，若出现以下状况之一时，上溜槽装置必须立即进行报废、重新浇筑：上溜槽底部堆积有大量冷铜时；耐火材料裂缝较大，无法修补时；耐火材料烧损严重，厚度减至原来的1/4时；溜槽烘烤不当，导致严重破损时等。
4结语
（1）将上溜槽嘴处上半部直接封堵，用耐火材料浇筑成“堵墙”，上溜槽流嘴使用寿命可由1个月提升至3个月以上，能有效地避免因流嘴烧损而造成临时性停机检修。（2）适宜的上溜槽流嘴高度，可减缓上溜槽流出铜液的冲刷，无漏铜，铜液飞项目管理论文溅小。（3）改进后，SCR4500生产线实际φ8mm铜杆产能已超过原设计产能即＞35t/h。（4）新型上溜槽装置完全能满足国内外客户对高端铜细线及超微线的苛刻需求。
作者：张伟旗 单位：江西铜业集团铜材有限公司
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