CN102168180A

CN102168180A - 上引法生产高纯光亮铜杆的方法

Info

Publication number: CN102168180A
Application number: CN2011100897761A
Authority: CN
Inventors: 薛济萍; 曹德林; 王英华
Original assignee: ZHONGTIAN ALLOY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHONGTIAN ALLOY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2031-04-11
Also published as: CN102168180B

Abstract

本发明涉及的是一种上引法生产高纯光亮铜杆的方法。其方法如下：将熔炼所需熔炼铜原料烘干后配好料，加入到熔炼炉中，在起熔铜液上部覆盖100-150毫米厚的煅烧木炭，直到紫铜全部熔化，铜液在流体力作用下，不断流向保温炉；在引锭前将高温铜液沸腾除气，向保温炉中的紫铜液面加入准备好的高纯石墨碳粉，向保温炉的液面50-100毫米处通入高纯氮气；在进行沸腾除气后，覆盖煅烧木炭，盖上炉盖，进行拉铸作业，经过上引法牵引拉铸机拉铸，再经过上引法石墨结晶器冷却，而得到合格高纯无氧铜杆坯料，绕制在牵引铸锭被动收卷机上；经过八机架冷轧杆机，将高纯无氧高亮铜杆坯料进行多道轧制拉细，经过拉丝机拉成铜杆，经过检验合格后，即制成成品。

Description

上引法生产高纯光亮铜杆的方法

技术领域

本发明涉及的是一种上引法生产高纯光亮铜杆的方法,应用在有色金属加工领域，适用在上引法生产光亮铜杆,同样适用在其他金属上引法中的除氧工艺。

背景技术

无氧铜(一般地含氧量在20PPm以下的铜制品)，由于其具有良好的导电、导热性能，被广泛地应用于电子、电工、电器件的生产和制造中。电真空器件的高频发射管、渡导管、磁控管、真空开关管等产品，都要使用无氧铜材料。由于电真空器件在制造过程中都要在氢气中密封，因此对铜中的氧含量的控制有很严格的规定。中天合金技术有限公司生产无氧铜管棒材已有十几年的历史，产品在电缆，通信，轨道交通，新能源，电真空行业中被广泛地使用。对无氧铜管棒生产一定的技术措施和控制手段。随着产业技术的不断提升，国际及国内对光亮铜杆的要求不断的提升，尤其是对光亮铜杆的含氧量要求不断提高，现有的连铸连轧生产的铜杆的性能指标远远不能达到国际的要求，其生产工艺生产的含氧量在200PPM左右，导电率在0.0600以下，而上引法生产的铜杆的含氧量在50-100PPM之间，而国际的高纯铜杆的含氧量控制在10PPM以内，导电率在0.064以上，就以上情况而言，国内的电解阴极铜的含氧量在50PPM左右，进口的电解阴极铜的含量在20-30PPM左右，国内的上引法设备在木炭覆盖保护下，潜流保温后进行上引法拉铸，其液态铜还原的并不彻底，其含氧量在优化的操作条件下，也就勉强能够达到20PPM，距离国际标准仍有一段差距。迫在眉睫的问题就是要解决电解铜在熔铸过程中的无磷脱氧问题。

目前无氧铜杆生产工艺和生产过程中氧含量的控制措施做一简单总结，以便和新生产工艺进行比较。

目前生产无氧铜管材、杆材工艺如下：

1：管材的生产工艺

熔炼—半连续浇铸（铸锭氧含量测定）——挤压（挤制品氧含量测定）—轧制—拉拔。（成品氧含量测定）

2：杆材的生产工艺

熔炼—半连续浇铸（铸锭氧含量测定）——挤压（挤制品氧含量测定）—拉拔。（成品氧含量测定）

三：半连续浇铸铸锭的氧含量控制

无氧铜园锭的生产主要包含熔炼和浇铸二个工序,传统的熔铸生产工艺，因此，该两过程的含氧量控制，对铸锭的氧含量影响都很大。

生产无氧铜杆的老式生产工艺，其技术不足主要有以下几点：

1：对原材料要求很高，使用的电解铜品味要求极高，除了进口的智力CCC铜，国内的云冶，贵冶的阴极铜以外，其余厂家的电解铜质量不稳定，难以从原材料中控制氧元素的含量。

2：电解铜要进行去铜豆，切边部的作业，工人劳动强度大，安全隐患多，劳动效率低下。

3：车间内的工艺废料无法重新回炉熔炼，只能低价外销，造成资金的损失。

4：老工艺使用的插木还原的工艺，消耗了大量的松木，恶化了劳动环境，对环境造成了污染。

5：保温炉使用了石墨鳞片覆盖，虽然能够防止二次吸氧，但是除氧效果不好。

加入磷铜合金虽然能够较好的除氧但是不能够生产无氧铜（TU1。,TU2）, 只能生产磷脱氧铜（TP1，TP2）。

6：最重要的一点含氧量无法达到国际的10PPM以下的标准，生产的铜杆只能为无氧普通杆，无法生产高纯光亮无氧杆。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种上引法生产高纯光亮铜杆的方法，在铜杆引锭之前将紫铜液中的氧含量降到10PPM以下，从而得到含氧量合格的高纯无氧铜杆坯锭，继而生产高纯无氧铜杆。

因为铜杆在后续冷轧工序，拉丝工序，不会影响铜杆的含氧量，生产高纯无氧铜杆的关键点就成为必须解决上引法在熔炼工段的除氧问题，即生产高纯无氧铜杆坯料，本发明就是在铜杆引锭之前将紫铜液中的氧含量降到10PPM以下，从而得到含氧量合格的高纯无氧铜杆坯锭，继而生产高纯无氧铜杆。

本发明上引法生产高纯光亮铜杆的方法是采取以下技术方案实现：

一种上引法生产高纯光亮铜杆的方法如下：

将熔炼所需熔炼铜原料烘干后配好料，加入到熔炼炉中，在起熔铜液上部覆盖100-150毫米厚的煅烧木炭，并关好炉盖，继续打高压档熔炼，交流电压控制在380-400V，直到紫铜全部熔化，熔炼炉熔炼温度为1180-1250℃，有足够的液面时，铜液在流体力作用下，不断的流向保温炉；

在引锭前将高温铜液沸腾除气，向保温炉中的紫铜液面加入准备好的高纯石墨碳粉，高纯石墨碳粉厚度不得低于50毫米，并且均匀覆盖铜液表面，不得有任何暴露的空隙，尤其是铜液和炉壁的结合部，不允许有挂渣的现象，同时将电炉打到保温档，交流电压控制90-150V，保温温度为1180-1240℃，向保温炉的液面50-100毫米处通入高纯氮气，氮气压力为2bar-3bar, 氮气纯度不得低于99.99%；

将高压氮气吹管插入铜液面的深度以炉内底部的铜液能够翻滚至上铜液面的深度50-100毫米而灵活调整，石墨碳粉的补充以石墨碳粉层厚度始终保持50毫米以上而灵活加入，在进行沸腾除气10～20分钟后，覆盖煅烧木炭，盖上炉盖，静置5～10分钟即可进行拉铸作业，经过上引法牵引拉铸机拉铸，再经过上引法石墨结晶器冷却，而得到合格高纯无氧铜杆坯料，绕制在牵引铸锭被动收卷机上；

将熔铸车间所生产的高纯无氧高亮铜杆坯料批次抽样进行氧元素含量检测和原子吸收光谱检测微量元素含量进行比对，符合高纯铜杆的国际标准后，即含氧量不大于10PPM，经过八机架冷轧杆机，将高纯无氧高亮铜杆坯料进行多道轧制拉细，然后经过拉丝机拉成铜杆，打圈后，检验尺寸和化学成分合格后，包装入库，即制成高纯无氧高亮铜杆成品。

所述高纯石墨碳粉的要求为目数不小于80μ，必须干燥，无其他杂质，含硫量小于0.5%。

所述高压氮气吹管选用石墨材质的氮气吹管，高压氮气吹管管径25毫米，石墨材质要求碳纯度为99.95以上。

所述高纯无氧高亮铜杆结构致密、表面光亮，含氧量不大于10PPM，导电率达到98IACS以上。

所述高纯无氧杆坯料要求符合高纯无氧铜的化学成分标准：含氧量不大于10PPM，导电率达到98IACS以上。

所述熔炼铜原料采用电解铜和紫铜废料，其中电解铜和紫铜废料重量百分配比：电解铜60-65%，紫铜废料35-40%。

本发明与原有老的工艺相比，在没有增加设备投资的基础上，因为本发明有高纯氮气管道配置到上引法的工位，只要加装一只可以自由活动的石墨套管，接入正压的高纯氮气即可。所需辅料高纯石墨碳粉可以市售，价格比较低廉。经过本发明技术处理的铜液在氮气（N2）的吹动下，快速流动，充分的与石墨碳粉发生还原反应，使氧化亚铜充分还原为铜，同时石墨碳粉比重轻，停止吹氮气后，未反应的石墨碳粉仍然漂浮在铜液面之上，隔绝铜液与

空气接触，从根本避免了二次吸氧过程，除氧过程彻底，全面，快速。由于上引法铜杆工艺为边熔炼，边拉铸的连续作业，本发明的沸腾除气装置，在熔炼连续时，将氮气压力固定在2.5bar,液面深度控制在100-150毫米之间，位置在引锭结晶器和炉壁之间的任何位置，只要保证石墨碳粉的厚度有50毫米而及时补充石墨碳粉就可以了。而且停炉，检修，换结晶器时，只要将氮气阀门关掉，将氮气吹管从炉中抽出，放置在一旁即可。当石墨吹管烧损严重，更

换也十分方便，快捷。而且原材料不需要切除边部，铜豆，大大降低工人的劳动量和劳动强度，而且因为不需要插活木还原，避免了烟雾产生，显著的改善车间劳动环境，保护了工人的身心健康，杜绝了对大气的污染。经实际检测，此工艺生产的无氧铜杆，结构致密，表面光亮，含氧量不大于10PPM，导电率达到98IACS以上（软态），完全超出国家标准GB/T5231_2001中对无氧铜的含量标准。达到国际上高纯光亮铜杆的标准。这样车间的紫铜废料均可以二次重熔，电解铜的选择范围大大扩大，从而产生的经济效益十分可观。而且由于铜杆的含氧量降低，导致产品断线率大幅度降低，劳动效率提高明显，工人劳动强度有了较大的改善。产品进入客户工厂内，同比电缆断线率同比下降60%，成品率提高了25%。经济效益十分明显。目前市场上的铜杆的生产方法主要有以下三种方法，连铸连轧法（SCR），上引法（UPCAST），浸涂法（dipping method），其含氧量分别为，300PPM,20-80PPM,15PPM，而浸涂法虽然能够生产高纯光亮铜杆，但是设备不成熟，投资昂贵，不适合我国国情，前两种方法生产的铜杆只是低氧铜杆和普通无氧光亮铜杆，产品品质不高，生产附加值低，而本发明采用的这种新工艺使用的是国内的上引法设备通过熔铸工艺的改变，设备投资小，不改变设备的主体结构，操作方法简单，使用，通过实际生产检验，可靠性高，易损件价格低廉，易于更换，无烟气，粉尘污染，符合清洁生产验收标准。经济效益和社会效益很高。另外因为我国是个铜资源缺乏的国家，现在铜加工的原材料大部分依靠进口，利用国内的电解铜来生产高附加值的高纯光亮铜杆就显得尤为重要，本发明工艺也适用于上引法生产铜管，铜棒，水平连铸无氧铜带等领域。此发明长远意义就在于此。另外由于取代了含磷中间合金的除氧方式，有效的保证了铜的导电率不受影响，经实验室反复测定，导电率达到98IACS，达到国际先进水平。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是上引法生产高纯光亮铜杆的方法工艺流程图。

具体实施方式

参照附图1，上引法生产高纯光亮铜杆的方法如下：

以前老工艺观察测温热电偶达到1180-1250摄氏度的时候，就直接引杆拉坯了，由于有煅烧木炭的覆盖，隔绝了空气中的氧气直接与高温的铜液接触，有效避免了二次吸氧，可是氧元素在1200摄氏度时的溶解度大于20PPM，而且电解铜的品位决定电解铜中的氧含量不小于20PPM，木炭只能将铜液表面的氧化铜还原，而无法将液面下的氧化铜和游离的氧进行还原，这也就是上引法无法生产高纯光亮铜杆的关键。

在引锭前将高温铜液沸腾除气，向保温炉中的紫铜液面加入准备好的高纯石墨碳粉，高纯石墨碳粉厚度不得低于50毫米，并且均匀覆盖铜液表面，不得有任何暴露的空隙，尤其是铜液和炉壁的结合部，不允许有挂渣的现象，同时将电炉打到保温档，保温温度为1180-1240℃，向保温炉的液面50-100MM处通入高纯氮气，氮气压力为2bar-3bar, 氮气纯度不得低于99.99%，其除氧原理如下，

利用氮气在高温和常温均不和铜发生任何化学反应在铜液的溶解度几乎为零的特性，不和覆盖剂发生任何化学反应，无任何腐蚀炉壁和炉体材料的化学特性，而且无毒，对空气无任何污染，对操作人员无任何安全隐患。使铜液在高压氮气流的作用下，能够快速的流动翻滚，而铜液中的氧元素充分的接触到高纯石墨碳粉，碳是铜的良好的还原剂，而发生如下化学反应：

1：CU₂O+C=2CU+CO

2：CU₂O+CO=2CU+CO₂

将高压氮气吹管（石墨材质，管径DN25）插入液面的深度以炉内底部的铜液能够翻滚至上液面而灵活调整，石墨碳粉的补充以石墨碳粉始终保持50毫米以上而灵活加入，在这样进行沸腾除气10～20分钟后，覆盖煅烧木炭，盖上炉盖，静置5～10分钟即可进行拉铸作业，经过上引法牵引拉铸机拉铸，再经过上引法石墨结晶器冷却，得到合格高纯无氧铜杆坯料。所述坯料规格为：（TU0,Φ 17毫米）。所述高压氮气吹管选用石墨材质的氮气吹管，之所以选用石墨材质的氮气吹管因为石墨可以和高温铜液反映还原氧化亚通，而不会带去其他元素，也不会吸氧。隔热效果良好，工人可以灵活操作，避免高温作业。

将熔铸车间所生产的高纯无氧高亮铜杆坯料批次抽样进行氧元素含量检测和原子吸收光谱检测微量元素含量进行比对，符合高纯铜杆的国际标准后，即含氧量不大于10PPM，经过八机架冷轧杆机，将铜杆由Φ17毫米经多道轧制加工拉细到Φ8毫米，然后经过拉丝机拉丝至Φ3毫米铜杆，打圈后，检验尺寸和化学成分合格后，包装入库，即制成高纯无氧高亮铜杆成品。

所述高纯无氧杆坯料要求符合高纯无氧铜的化学成分标准：含氧量不大于10PPM，导电率达到98IACS以上，尺寸规格为Φ 17毫米。

本发明上引法无氧铜杆生产线使用后，使用车间废料和普通电解

阴极板，使用氮气鼓吹，石墨碳粉还原的方法，成功生产出了含氧量小于10PPM的光亮铜杆。产品达到了国际先进水平，填补了国内上引法生产高纯无氧光亮铜杆（管）的空白，产品经过检验，使用完全可以替代国外进口产品。经过金相裂纹比较法，氧含量仪红外测定法的测定，含氧量高于国家标准。达到国际上高纯无氧铜杆的技术标准。多次抽样复查均合格。下面是采用本发明工艺生产的光亮铜杆的检测报告和使用统计报告。

无氧铜杆的化学成分

Claims

1.一种上引法生产高纯光亮铜杆的方法如下：

将熔炼所需熔炼铜原料烘干后配好料，加入到熔炼炉中，在起熔铜液上部覆盖100-150毫米厚的煅烧木炭，并关好炉盖，继续打高压档熔炼，交流电压控制在380-400V，直到紫铜全部熔化，熔炼炉熔炼温度为1180-1250℃，有足够液面时，铜液在流体力作用下，不断流向保温炉；

将熔铸车间所生产的高纯无氧高亮铜杆坯料批次抽样进行氧元素含量检测和原子吸收光谱检测微量元素含量进行比对，符合高纯铜杆的国际标准后，即含氧量不大于10PPM，经过八机架冷轧杆机，将高纯无氧高亮铜杆坯料进行多道轧制拉细，然后经过拉丝机拉成铜丝，打圈后，检验尺寸和化学成分合格后，包装入库，即制成高纯无氧高亮铜杆成品。

2.根据权利要求1所述的上引法生产高纯光亮铜杆的方法，其特征在于所述高纯石墨碳粉的要求为目数不小于80μ，必须干燥，无其他杂质，含硫量小于0.5%。

3.根据权利要求1所述的上引法生产高纯光亮铜杆的方法，其特征在于所述高压氮气吹管选用石墨材质的氮气吹管，高压氮气吹管管径25毫米，石墨材质要求碳纯度为99.95以上。

4.根据权利要求1所述的上引法生产高纯光亮铜杆的方法，其特征在于所述高纯无氧高亮铜杆结构致密、表面光亮，含氧量不大于10PPM，导电率达到98IACS以上。

5.根据权利要求1所述的上引法生产高纯光亮铜杆的方法，其特征在于所述高纯无氧杆坯料要求符合高纯无氧铜的化学成分标准：含氧量不大于10PPM，导电率达到98IACS以上。

6.根据权利要求1所述的上引法生产高纯光亮铜杆的方法，其特征在于所述熔炼铜原料采用电解铜和紫铜废料，其中电解铜和紫铜废料重量百分配比为电解铜60-65%、紫铜废料35-40%。