铜杆的热加工

1、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。 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 10300t 。燃料为: 煤气、天然气或燃油。熔炼及浇注周期 :如50t炉，约 17h。 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

2、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 1090。 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

3、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 300500ppm。 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。 铸锭在铸韧点铜线锭生产中，铜锭表面会形成 101

4、2mm 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 11001120范围。此外，在Cu/ Cu2O共晶体界面上有较大的 Cu2O共晶体颗粒存在（约 100 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 900，而后喂入回线式轧机，

5、经粗、中、精三段热轧和 14个孔型轧成 7.2mm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 1150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 Cu2O2 Cu COCO Cu2O2 Cu 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

6、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： CO 27%、CO2 0.5%、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 300500ppm 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 1012mm 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 300500ppm 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

7、出来的 仍应该是 ETP 铜杆（含氧量为 250500ppm），（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

8、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，

9、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1520 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 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 250500ppm，从竖炉 熔化出来的铜液含氧量控制在 1002

10、00ppm为宜 。这样在流转中逐步吸入氧气， 最终不超过 500ppm）。 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” ） 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 12t 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

11、连铸连轧 ETP 铜杆的特性 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 250500ppm。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 ETP 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 1130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。 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 45m，超过 1.7 m 的只占 1%；而前者 最大颗粒为 8m，超过 1.7m 的只占 8%