铜杆的热加工

铜杆的热加工1传统铜杆加工工艺传统制造电线电缆用铜杆是由品位在99.95%及以上的电解铜铸成韧点铜（ETP铜）线锭，再经热轧而成。1.1传统韧点铜线锭生产工艺工艺过程：反射炉熔化－氧化扒渣－插木还原－铸锭。①熔化在反射炉中进行。炉料除电解铜外可掺入少量废线。装炉容量10〜300t。燃料为:煤气、天然气或燃油。熔炼及浇注周期:如50t炉，约17h。②氧化扒渣炉料熔化后，将压缩空气吹入铜液进行氧化。通过吹气氧化，铜液中的硫及微量的砷和锑等杂质成为挥发性氧化气体，被炉气带走；其它杂质的氧化物和一定量的氧化亚铜（CuO）成为渣，浮在铜液表面而被扒出炉外。在整个氧化过程中，渣被陆续扒出去，直至铜液面不再浮起稠渣而形成一层CuO液层为止。此时可认为氧化完毕。氧化完毕，取铜样观察不再有由析出二氧化硫而生成的小气泡，铜样呈脆性，击断断面呈砖红色，结晶粗松无光泽。此时，熔解在铜液中的氧化铜（Cu2O）达6〜10%。在氧化过程中，铜液熔解Cu2O的数量与温度有关，温度越高则熔解越多，故氧化时温度不宜过高，一般控制在1070〜1090C。③插木还原把铜液池中的残渣扒净，用干木炭覆盖铜液面，在铜液中插入新鲜的青木杆，进行插木还原。青木杆在铜液池的高温下干馏，放出H2O、CO2、H2及其它碳水化合物等气体，强烈搅动铜液。这种还有性气体逐步将氧化铜（CU2O）还原成金属铜。另外，插木还原还能将铜液中的氧去除，使韧点铜（ETP）变成无氧铜（HCOF）。在还原进行中，不断取样观察，当还原足够时，铜样很难击断，断口呈玫瑰红色，结晶细密，发射状晶体面上有丝质光泽。铜在此时达到韧点，故称韧点铜。韧点铜含氧量约为300〜500ppm。在插木还原时，要保持适当的低温，以缩短还原时间。插木还原过头时，由于铜液中熔解了过量的还原性气体H2及CO,在凝固时大量析出，致使浇注出的铜线锭除导电率下降、性质变脆外，还含大量气孔，甚至线锭表面会变成“开花馒头”一样，难以使用。④铸锭在铸韧点铜线锭生产中，铜锭表面会形成10〜12mm厚的富氧层和气泡层，这层脆弱疏松的富氧-气泡层在线锭扎杆时，会被轧薄包在铜杆表面，小部分会夹入铜杆内。用这种杆拉出的线表面不光、容易起皮、脆断，很难拉出细线。这就是用传统工艺生产铜杆的局限性。富氧-气泡层的厚度与浇注温度有关，浇注温度越高，气泡层越厚。在实际生产中，浇堡口铜液的温度最好控制在1100〜1120C范围。此外，在aCu/CU2O共晶体界面上有较大的CU2O共晶体颗粒存在（约100卩m，这对拉细线极为不利，这种颗粒通过铜锭刨面、铜杆剥皮等措施也难以去除。1.2传统铜杆轧制工艺在轧制提供前，铜线锭先经再热炉加热到约900C，而后喂入回线式轧机，经粗、中、精三段热轧和14个孔型轧成①7.2mm黑铜杆。再经酸洗后冷拉成线。由于韧点铜线锭的缺陷，使回线式轧制杆难免有边翅、卷包及氧化皮夹入等。1.3传统高导电无氧铜锭生产工艺含氧量300〜500ppm,含铜量99.95%以上的铜液，经过“去氧器”（一个由耐火材料填衬的，装满高质木炭的特殊闭合容器）脱氧，也可以制成高导电无氧铜，其为：把铜液在1150C时，通过木炭覆盖的流槽，连续流过“去氧器”脱氧，铜水注入“去氧器”内的木炭表面，除去所含残余氧分：C+Cu2O—►2Cu+COCO+Cu2O2Cu+CO2铜水从“去氧器”流出时，氧可完全脱出。脱氧铜水通过一流槽流入密闭的保温炉，流槽和保温炉都为特制的保护气体所充满，保护气体成分为：CO27%、CO20.5%、其余为N2。保护气体不应含H2和H2O或其它碳水化合物。2现代ETP铜杆的连续生产工艺传统方法生产的铜杆，其含氧量一般在300〜500ppm之间，且这部分氧除分布在90%的铸锭截面外，其余10%铸锭截面（铸锭上表面，厚度10〜12mm的富氧层）也吸收同样多的氧分。所以，传统方法生产的铜锭，除非刨面才能轧成含氧量300〜500ppm的铜杆。现代连熔连铸连轧新工艺生产ETP铜杆的特点是：连续式地倾斜或垂直（上引）浇注，铸锭不会产生富氧层和集结气泡层。这样连续生产出来的仍应该是ETP铜杆（含氧量为250〜500ppm），（称低氧铜杆是错误的），其电性能和物理机械特性几乎和无氧铜（含氧量20ppm以下）不相上下。实际，国际上不论采用新法或旧法，都不制作“低氧铜杆”（含氧量100〜250ppm）。因为，即使用99.95%以上的一级电解铜原材料，还原到含氧量100〜250ppm时，如不在保护气氛下，仍将吸收大量H2造成气泡严重，导电率下降的铸锭。2.1电解铜竖炉熔化在连铸连轧铜杆的生产系统中，为解决连续熔铜的方法，世界各国都采用竖炉熔铜设备（取消了反射炉氧化还原的操作方法）。在竖炉内用无（脱）硫的天然气或石油液化气采取直接喷射熔化工艺，热效率可提高65%，减少了外来杂质的污染，缩短了开炉时间（冷炉约30分钟，热炉5分钟）且炉内不存铜液，停炉可在1分钟内实现。电解铜或废铜料（含铜99.9%以上）由加料设备提升倾入加料口，铜料被加热熔化沿竖炉内斜坡滑下，再由靠近炉底部的几排燃烧喷嘴喷出的燃烧气体上升加热铜料，自动控制燃料、空气比例，以保持炉内微还原气氛。由于炉内只熔化，不精炼，因此，要求燃料无硫或含硫很低。2.2铜液从熔化炉到铸锭机的流转系统流转系统包括：竖炉出来-封闭的流槽-分渣槽-至前炉流槽-前炉－流槽（含氧量控制）－分渣槽（含氧量控制）－浇堡－铸机各流槽要尽量封闭，以防止严重吸氧和降温，并防止杂质进入。开车时若发现铜液含氧量偏高，可在两个分渣槽及浇堡的铜液面上覆盖干木炭，并调整烧嘴以得到更为还原性的气氛（沿流转系统一般要装15〜20个加温烧嘴，开车正常时，大部分烧嘴关闭）。2.3铜液在熔化及流转中的质量控制①铜液含氧量的控制影响铜液含氧量的主要原因：a.装料配比情况（锭头和肥料等回炉料一般不会影响含氧）；b.竖炉中铜料通顺情况（炉料在炉内“搭桥”会增加含氧）；c.烧嘴气氛调节情况（调节烧嘴内空气和燃料的适当比例）；d.铜液在流转系统中的情况（ETP铜杆含氧量要求在250〜500ppm从竖炉熔化出来的铜液含氧量控制在100〜200ppm为宜。这样在流转中逐步吸入氧气，最终不超过500ppm）。②铜液含硫量的控制燃料为脱硫气体，不会影响。铜液含硫量和阴极铜板含硫相同。实际，阴极铜板上的硫在熔化时已烧去，故铜液含硫极少，不会影响质量。（应注意去除阴极铜板上的“铜豆”）③铜液含氢量控制对于给定的含氧量和一定熔化温度，最低含氢量（含气量）可用调节烧嘴和控制流转来实现。一般情况，开车时，由于锭条含氧量超过500ppm总有部分锭条被切下回炉，这时要调节烧嘴火焰气氛，并在两个分渣槽上盖干木炭。通常，切下1〜2t锭条后，就可以把成分调节好。2.4铜液浇注系统（略）2.5铜杆的轧制（略）2.6连铸连轧ETP铜杆的特性①连铸连轧ETP铜杆的含氧量与传统ETP铜杆的含氧量差不多，都在250〜500ppm。但传统锭子的富氧层分占铜锭全部氧份的一半（这就是传统铜杆质量不良的主要根源），而连铸连轧ETP铜杆不含富氧层，这是新工艺突出的优点八\、②ETP铜杆连续生产工艺中，电解铜是在中性或微氧气氛中快速熔化的，由于不需插木还原工序，所以排除了铜液大量充气，且浇注温度可降低到1110〜1130C的低水平，使铜液的吸氧量进一步降低。加之铸锭凝固迅速和连续浇注等特点，既不会使铸锭含有大量气泡，更不会使气泡集结在一起，这就避免了铸锭组织疏松。在铸锭两上角边缘，可能会出现少量微细气泡和其它轻微缺陷，可用连铸刨角工艺去除。③传统生产和连续生产ETP铜杆中都有大颗粒Cu2O存在，但后者比前者少得多和小得多。后者最大颗粒为4〜5卩m,超过1.7卩m的只占1%;而前者最大颗粒为8卩m,超过1.7卩m的只占8%。大颗粒中含氧量占铜杆含氧量的70%。大颗粒CU2O含量高是拉线断线的最大危害。④连铸连轧ETP铜杆的生产全过程有利于严格的质量控制和在线控制。⑤含铜量99.95〜99.96%的ETP铜杆的导电率可达101.3%IACS左右，但无氧铜杆（HCOF铜杆）要达到同样导电率需要用较高一级品位（99.97〜99.98%铜含量）的电解铜制作。