銅桿的熱加工

1、銅桿的熱加工1 傳統(tǒng)銅桿加工工藝傳統(tǒng)制造電線電纜用銅桿是由品位在99.95%及以上的電解銅鑄成韌點(diǎn)銅（ ETP銅）線錠，再經(jīng)熱軋而成。1.1 傳統(tǒng)韌點(diǎn)銅線錠生產(chǎn)工藝 工藝過(guò)程：反射爐熔化 氧化扒渣 插木還原 鑄錠。 熔化 在反射爐中進(jìn)行。爐料除電解銅外可摻入少量廢線。裝爐容量 10300t 。燃料為: 煤氣、天然氣或燃油。熔煉及澆注周期 :如50t爐，約 17h。 氧化扒渣 爐料熔化后，將壓縮空氣吹入銅液進(jìn)行氧化。通過(guò)吹氣氧化，銅液中的硫及 微量的砷和銻等雜質(zhì)成為揮發(fā)性氧化氣體， 被爐氣帶走； 其它雜質(zhì)的氧化物和一 定量的氧化亞銅（ CuO）成為渣，浮在銅液表面而被扒出爐外。 在整個(gè)氧化過(guò)程

2、中，渣被陸續(xù)扒出去，直至銅液面不再浮起稠渣而形成一層 CuO 液層為止。此 時(shí)可認(rèn)為氧化完畢。氧化完畢，取銅樣觀察不再有由析出二氧化硫而生成的小氣泡， 銅樣呈脆性， 擊斷斷面呈磚紅色，結(jié)晶粗松無(wú)光澤。 此時(shí)，熔解在銅液中的氧化銅（ Cu2O） 達(dá) 6 10%。在氧化過(guò)程中，銅液熔解 Cu2O 的數(shù)量與溫度有關(guān)，溫度越高則熔解越多， 故氧化時(shí)溫度不宜過(guò)高，一般控制在 1070 1090。 插木還原 把銅液池中的殘?jiān)莾簦?用干木炭覆蓋銅液面， 在銅液中插入新鮮的青木桿， 進(jìn)行插木還原。青木桿在銅液池的高溫下干餾，放出 H2O、CO2、H2 及其它碳水化合物等氣 體，強(qiáng)烈攪動(dòng)銅液。這種還有性氣體逐

3、步將氧化銅（ Cu2O）還原成金屬銅。另 外，插木還原還能將銅液中的氧去除，使韌點(diǎn)銅（ ETP）變成無(wú)氧銅（ HCOF）。在還原進(jìn)行中，不斷取樣觀察，當(dāng)還原足夠時(shí)，銅樣很難擊斷，斷口呈玫瑰 紅色，結(jié)晶細(xì)密，發(fā)射狀晶體面上有絲質(zhì)光澤。 銅在此時(shí)達(dá)到韌點(diǎn)， 故稱韌點(diǎn)銅 。韌點(diǎn)銅含氧量約為 300500ppm。 在插木還原時(shí)，要保持適當(dāng)?shù)牡蜏?，以縮短還原時(shí)間。插木還原過(guò)頭時(shí)，由 于銅液中熔解了過(guò)量的還原性氣體 H2 及 CO，在凝固時(shí)大量析出，致使?jié)沧⒊?的銅線錠除導(dǎo)電率下降、性質(zhì)變脆外，還含大量氣孔，甚至線錠表面會(huì)變成“開(kāi) 花饅頭”一樣，難以使用。 鑄錠在鑄韌點(diǎn)銅線錠生產(chǎn)中，銅錠表面會(huì)形成 101

4、2mm 厚的富氧層和氣泡層， 這層脆弱疏松的富氧 氣泡層在線錠扎桿時(shí)， 會(huì)被軋薄包在銅桿表面， 小部分 會(huì)夾入銅桿內(nèi)。用這種桿拉出的線表面不光、容易起皮、脆斷，很難拉出細(xì)線。 這就是用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)銅桿的局限性 。富氧 氣泡層的厚度與澆注溫度有關(guān)， 澆注溫度越高， 氣泡層越厚。 在實(shí) 際生產(chǎn)中，澆堡口銅液的溫度最好控制在 11001120范圍。此外，在Cu/ Cu2O共晶體界面上有較大的 Cu2O共晶體顆粒存在（約 100 m），這對(duì)拉細(xì)線極為不利， 這種顆粒通過(guò)銅錠刨面、 銅桿剝皮等措施也難以去 除。1.2 傳統(tǒng)銅桿軋制工藝在軋制提供前，銅線錠先經(jīng)再熱爐加熱到約 900，而后喂入回線式軋機(jī)，

5、經(jīng)粗、中、精三段熱軋和 14個(gè)孔型軋成 7.2mm黑銅桿。再經(jīng)酸洗后冷拉成線。 由于韌點(diǎn)銅線錠的缺陷，使回線式軋制桿難免有邊翅、 卷包及氧化皮夾入等。1.3 傳統(tǒng)高導(dǎo)電無(wú)氧銅錠生產(chǎn)工藝含氧量 300 500ppm，含銅量 99.95%以上的銅液，經(jīng)過(guò)“去氧器” （一個(gè)由 耐火材料填襯的， 裝滿高質(zhì)木炭的特殊閉合容器） 脫氧， 也可以制成高導(dǎo)電無(wú)氧 銅，其為：把銅液在 1150時(shí)，通過(guò)木炭覆蓋的流槽，連續(xù)流過(guò)“去氧器”脫氧，銅水注入“去氧器”內(nèi)的木炭表面，除去所含殘余氧分：C Cu2O2 Cu COCO Cu2O2 Cu CO2銅水從“去氧器”流出時(shí)，氧可完全脫出。脫氧銅水通過(guò)一流槽流入密閉的保

6、溫 爐，流槽和保溫爐都為特制的保護(hù)氣體所充滿， 保護(hù)氣體成分為： CO 27%、CO2 0.5%、其余為 N2。保護(hù)氣體不應(yīng)含 H2 和 H2O 或其它碳水化合物。2 現(xiàn)代 ETP 銅桿的連續(xù)生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的銅桿，其含氧量一般在 300500ppm 之間，且這部分氧除 分布在 90%的鑄錠截面外，其余 10%鑄錠截面（鑄錠上表面，厚度 1012mm 的富氧層）也吸收同樣多的氧分。 所以，傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的銅錠，除非刨面才能軋 成含氧量 300500ppm 的銅桿?，F(xiàn)代連熔連鑄連軋新工藝生產(chǎn) ETP 銅桿的特點(diǎn)是：連續(xù)式地傾斜或垂直 （上 引）澆注，鑄錠不會(huì)產(chǎn)生富氧層和集結(jié)氣泡層。這樣連續(xù)生產(chǎn)

7、出來(lái)的 仍應(yīng)該是 ETP 銅桿（含氧量為 250500ppm），（稱低氧銅桿是錯(cuò)誤的） ，其電性能和物理 機(jī)械特性幾乎和 無(wú)氧銅（含氧量 20ppm 以下）不相上下。實(shí)際，國(guó)際上不論采用新法或舊法，都不制作“ 低氧銅桿 ”（含氧量 100 250ppm）。因?yàn)?，即使?99.95%以上的一級(jí)電解銅原材料，還原到含氧量 100 250ppm時(shí)，如不在保護(hù)氣氛下， 仍將吸收大量 H2 造成氣泡嚴(yán)重， 導(dǎo)電率下降的 鑄錠。2.1 電解銅豎爐熔化在連鑄連軋銅桿的生產(chǎn)系統(tǒng)中， 為解決連續(xù)熔銅的方法， 世界各國(guó)都采用豎 爐熔銅設(shè)備（取消了反射爐氧化還原的操作方法） 。在豎爐內(nèi)用無(wú)（脫）硫的天 然氣或石油液

8、化氣采取直接噴射熔化工藝， 熱效率可提高 65%，減少了外來(lái)雜質(zhì) 的污染，縮短了開(kāi)爐時(shí)間（冷爐約 30分鐘，熱爐 5 分鐘）且爐內(nèi)不存銅液，停 爐可在 1 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)。電解銅或廢銅料（含銅 99.9%以上）由加料設(shè)備提升傾入加料口，銅料被加 熱熔化沿豎爐內(nèi)斜坡滑下， 再由靠近爐底部的幾排燃燒噴嘴噴出的燃燒氣體上升 加熱銅料，自動(dòng)控制燃料、空氣比例，以保持爐內(nèi)微還原氣氛。由于爐內(nèi)只熔化，不精煉，因此，要求燃料無(wú)硫或含硫很低 。2.2 銅液從熔化爐到鑄錠機(jī)的流轉(zhuǎn)系統(tǒng)流轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括： 豎爐出來(lái) 封閉的流槽 分渣槽 至前爐流槽 前爐 流槽（含氧量控制） 分渣槽（含氧量控制） 澆堡 鑄機(jī)各流槽要盡量封閉，

9、以防止嚴(yán)重吸氧和降溫，并防止雜質(zhì)進(jìn)入。 開(kāi)車時(shí)若發(fā)現(xiàn)銅液含氧量偏高， 可在兩個(gè)分渣槽及澆堡的銅液面上覆蓋干木 炭，并調(diào)整燒嘴以得到更為還原性的氣氛（沿流轉(zhuǎn)系統(tǒng)一般要裝1520 個(gè)加溫?zé)欤_(kāi)車正常時(shí)，大部分燒嘴關(guān)閉） 。2.3 銅液在熔化及流轉(zhuǎn)中的質(zhì)量控制 銅液含氧量的控制影響銅液含氧量的主要原因：a. 裝料配比情況（錠頭和肥料等回爐料一般不會(huì)影響含氧） ；b. 豎爐中銅料通順情況（爐料在爐內(nèi)“搭橋”會(huì)增加含氧） ；c. 燒嘴氣氛調(diào)節(jié)情況（調(diào)節(jié)燒嘴內(nèi)空氣和燃料的適當(dāng)比例） ；d. 銅液在流轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的情況（ ETP銅桿含氧量要求在 250500ppm，從豎爐 熔化出來(lái)的銅液含氧量控制在 1002

10、00ppm為宜 。這樣在流轉(zhuǎn)中逐步吸入氧氣， 最終不超過(guò) 500ppm）。 銅液含硫量的控制燃料為脫硫氣體，不會(huì)影響。銅液含硫量和陰極銅板含硫相同。實(shí)際，陰極銅板上的硫在熔化時(shí)已燒去， 故銅液含硫極少，不會(huì)影響質(zhì)量。 （ 應(yīng)注意去除陰極銅板上的“銅豆” ） 銅液含氫量控制對(duì)于給定的含氧量和一定熔化溫度， 最低含氫量（含氣量） 可用調(diào)節(jié)燒嘴和控制流轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般情況，開(kāi)車時(shí)，由于錠條含氧量超過(guò)500ppm，總有部分錠條被切下回爐， 這時(shí)要調(diào)節(jié)燒嘴火焰氣氛， 并在兩個(gè)分渣槽上蓋干木炭。 通常， 切下 12t 錠條后，就可以把成分調(diào)節(jié)好。2.4 銅液澆注系統(tǒng) （略）2.5 銅桿的軋制 （略）2.6

11、連鑄連軋 ETP 銅桿的特性 連鑄連軋 ETP 銅桿的含氧量與傳統(tǒng) ETP 銅桿的含氧量差不多，都在 250500ppm。但傳統(tǒng)錠子的富氧層分占銅錠全部氧份的一半（這就是傳統(tǒng)銅桿 質(zhì)量不良的主要根源） ，而連鑄連軋 ETP銅桿不含富氧層，這是新工藝突出的優(yōu) ETP 銅桿連續(xù)生產(chǎn)工藝中，電解銅是在中性或微氧氣氛中快速熔化的， 由于不需插木還原工序， 所以排除了銅液大量充氣， 且澆注溫度可降低到 1110 1130的低水平， 使銅液的吸氧量進(jìn)一步降低。 加之鑄錠凝固迅速和連續(xù)澆注等 特點(diǎn)，既不會(huì)使鑄錠含有大量氣泡， 更不會(huì)使氣泡集結(jié)在一起， 這就避免了鑄錠 組織疏松。在鑄錠兩上角邊緣， 可能會(huì)出現(xiàn)少量微細(xì)氣泡和其它輕微缺陷， 可用連鑄刨 角工藝去除。 傳統(tǒng)生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn) ETP 銅桿中都有大顆粒 Cu2O 存在，但后者比前者 少得多和小得多。后者最大顆粒為 45m，超過(guò) 1.7 m 的只占 1%；而前者 最大顆粒為 8m，超過(guò) 1.7m 的只占 8%