动力设备在再生铜材连铸连轧线中的工艺创新

李江伟++卢燕华

摘要：动力设备保证了再生铜连铸连轧生产线中所生产的铜杆质量。介绍了再生铜材连铸连轧生产线工艺流程，动力设备种类，动力设备在生产线中的具体功能，动力设备在设计上解决的技术难题。重点论述了关键技术和创新点：喷淋降温、除尘装置实现了达标排放；采用虹吸原理，自制虹吸缸解决泵送系统与生产工艺同步的难题；通过冷却系统自动化设计，解决了再生铜熔炼炉与连铸、连轧机组的中间过渡工艺控制难的问题。文中的设计思路和工艺创新可供同类产品设计参考和借鉴。

关键词：连铸连轧生产线；动力设备；喷淋降温、除尘装置；虹吸缸

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.17.103

1再生铜材连铸连轧生产线工艺流程

废紫铜精选打包→反射炉投料、熔化、打氧氧化、造渣、还原→流槽→连铸（铸坯）→前牵引→铸坯处理装置（滚剪、梭锭、校直、去角、打毛）→进轧（自动喂料）→连轧→铜杆冷却、表面还原装置→连续绕杆装置→收线成圈装置、托盘升降机（液压机械式）、辊道式运输机、液压线圈压实机系统→检验打包→成品包装。

2再生铜材连铸连轧生产线中的动力设备设计种类

再生铜材连铸连轧生产线动力设备包括：（1）反射炉灰水循环设备；（2）反射炉冷却循环设备；（3）反射炉引风设备；（4）反射炉鼓风设备；（5）连铸机冷却循环设备；（6）连铸机排水设备；（7）乳液冷却循环设备；（8）酒精液冷却循环设备；（9）虹吸缸设备。

3动力设备在再生铜材连铸连轧生产线工艺中的具体功能

（1）再生铜材熔炼反射炉工艺中采用灰水循环设备降低烟温，采用冷却循环设备降低炉门温度，引风设备用于熔炼工艺中的剩余烟气有序排放，鼓风设备用于熔炼工艺中的含氧量供给和控制。

（2）铜材成形工艺中采用连铸机冷却循环设备降低溶铜冷却速度，连铸机排水设备用于该工艺冷却水的有序排放。

（3）铜材连轧工艺中采用乳液冷却循环设备和酒精液冷却循环设备确保连轧冷却和拉伸质量。

（4）虹吸缸设备在各工艺过程的循环系统中起到安全保障作用，让各泵吸水口确保不断水，使水能安全可靠的流动。

4动力设备的设计需要解决的技术难题

（1）泵送系统各种工艺要求参数高精度控制的实现技术难度大，建设费用高。

（2）再生铜熔炼炉与连铸、连轧机组的中间过渡工艺控制难度复杂。

（3）系统冷却水、冷却液工艺参数控制与生产工艺同步要求高、可靠性强。

（4）项目设计涉及的技术门类繁多，技术难度大。

5关键技术和创新点

（1）系统泵送设备投资优化设计，喷淋降温、除尘装置，安装自制虹吸缸，降低建设费用，增强系统可靠性。

（2）系统冷却水、冷却液设备投资优化设计。采用虹吸原理，在各类介质循环水泵吸水口处设计、制造、安装虹吸缸，来攻克工艺参数控制与生产工艺同步要求高这一技术难关。

（3）采用PID控制和触摸屏人机界面。各种参数控制稳定，操作简单，运行可靠，调整维修方便。

6关键技术介绍

6.1喷淋降温、除尘装置

再生铜材连铸连轧生产线第一道工序是采用反射熔炼炉对废旧铜材经过高温熔炼直到连铸成型。反射熔炼炉是系统工艺中的主要环节。由于该反射熔炼炉采用清洁能源天然气作为燃料，因此，从反射熔炼炉烟道中排出的粉尘包括铜、锌、银等微粒占绝大部分，二氧化硫等有害气体含量较少，但含有的粉尘及少量二氧化硫排入大气，将对环境造成很大污染。

为了控制大气污染，根据国家有关有色金属冶炼的排放规定，在本次系统除尘设计中我们的设计目标定为：使粉尘排放浓度控制在30mg/m3以内，二氧化硫排放浓度200mg/m3以内。为了达到设计要求，我们在设计上采用了适用于高温、高湿烟气以及粘性大的粉尘逐级喷淋降温、冲击除尘、循环水逐级过滤、循环水降温及排水化学处理，在该装置的结构设计中，水封装置用于隔绝对环境的污染；喷淋头采用喷雾直径在1米的高压喷嘴，起到瞬间降温和降落细微粉尘的效果；以上的设计在该系统开炉运行后得到了完美的体现，达到了预期的效果，实现了达标排放，形成了循环可持续节能发展的效果，受到了地方环保部门的好评。

6.2系统冷却水、冷却液设备投资优化设计

再生铜材连铸连轧生产线工艺中，系统冷却水、冷却液参数控制与生产工艺控制同步要求高、必须要有可靠的联动机构作保障，在原来设计方案中，各类介质循环水泵设计均设计在地下，因生产企业多个工位距离较远，每个工位必须配置一座地下水泵房，这样一来，工程基建投资很大，施工周期长，为了节约资金，缩短工程周期，我们设想将各类介质循环水泵放在地面以上，以降低工程基建投资，同时具备系统运行可靠性。

综合以上情况，我们决定采用虹吸原理，在各类介质循环水泵吸水口处设计、制造、安装虹吸缸，来攻克这一技术难关。

我们在设计虹吸缸前期，反复计算，将虹吸缸容积与管路容水量的倍率关系作为技术突破口，设计制造了12套虹吸缸，安装在钢制平台上，最终取得了成功。满足了该生产线的生产需要。

该设备除采用虹吸原理外，在结构上创新实现了虹吸缸的可清理、排污、排气功能；实现了虹吸缸的减震功能；实现了虹吸缸的易拆修，实现了与压力控制，溫度控制，水位控制等系统的配接功能。经过一年来生产线运行检验，12套虹吸缸设备运行良好，完全满足生产需要，节约资金，节省时间，受到了用户好评。

6.3冷却系统自动化设计

在连铸连轧生产线冶炼铜制品工艺线路中，必须要有温度控制，定压控制和液位控制的冷却液，在20个工位中，其中11个工位必须配置冷却水泵，这样一来，就必须对各个工位的冷却系统进行电气控制。为了更好，更可靠的对各类水泵进行控制，经分析、商议制定了电控方案，并进行了设计。

设计中的主要特点：

各类泵设有异地控制起、停按钮，方便本地和远程操作，一旦发现问题可就近处理。

对控制同一变量的传感器，使用两种不同的型式，用于测量和报警。主要指的是液位和温度传感器。

对于关键工位，在设有变频控制的基础上，设有工频应急控制措施。

对大功率电机的工频运行，采用软启动方式，这样既可减小启动电流，也可减小对电网的冲击，而且电机启动平滑，可以延长其使用寿命。

本次设计中采用了自动化程度高，调速控制性能稳定，抗干扰性能性强的变频器，运行可靠的軟启动器，及满足各工位性能特点、监控性能好的传感器作为主控原件。为了达到连铸连轧生产线上不同工艺的自动化控制要求，对各类泵采用变频控制，实现了压力、温度、液位联动控制；对定压控制的实现应用了变频器的PID功能，对重点工位的冷却系统，在控制系统上，有双系统做应急保障。这些措施提高了控制系统的智能化及自动化程度。也提高了整个控制系统的运行可靠性和稳定度。

本次设计经连铸连轧生产线运行检验，控制系统运行良好，满足生产需要。定压控制，温度控制，水位控制运行可靠，自动化程度高，远程控制使操作灵活方便，受到了用户好评。

7技术应用

本项目的关键技术应用体现如下：

工业电力拖动和变频器的PID控制在项目中的压力、温度、液位等参数的灵活应用。

流体力学虹吸原理用于取代泵类底阀和地下泵房设施，确保了系统运行可靠，建设费用低等特点

8结语：经济效益和社会效益

再生铜材连铸连轧生产线形成了年产电线电缆用的光亮铜棒料5万吨的生产能力，带动了近百人就业，目前已成为西北地区最大的高精度、高性能、低能耗和低成本铜材生产基地。

有色金属是国民经济发展中不可缺少的基础材料之一，随着科学技术的不断发展和进步，现代化工业及民用产品都向高精度、高性能、低能耗和低成本等方向发展。因此要求与之相关联的铜加工产品也向高精度、高性能、低能耗和低成本等方向发展，该项目具有很大的推广价值。

在国际市场上，特别是第三世界国家的通信行业、电力行业急需快速发展，因此国际市场潜力巨大，发展电线电缆行业是新兴的能源发展的方向，具有广阔的市场前景。目前该行业正处于经济寿命的增长期。