CN102886390A - 一种超微细铜丝的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超微细铜丝的生产工艺，包括如下步骤：1）上引无氧铜杆：将电解铜预热烘干后置于熔炼装置中熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，经在线除气、脱氧后，用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置；2）连续挤压：将无氧铜杆连续挤压成铜线，且铜线经真空防氧化管及水槽冷却、吹干；3）拉拔：将铜线采用多道次拉拔，且拉拔过程中采用乳液进行润滑和冷却，先大拉至直径为1～3mm，接着小拉至直径为0.1～0.5mm，并采用电阻内热式连续退火，最后微拉至直径为0.01～0.05mm的超微细铜丝。本发明具有工艺流程短、生产效率高，断线率低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种超微细铜丝的生产工艺，属于有色金属加工技术领域。
背景技术
超微细铜丝广泛应用于家用电器、微电子、IT产品中，如微电机、继电器、小型变压器、电感、振荡线圈、音频线圈等。一般要求超微细铜丝导电率高，单线长度超过5000米以上，由于超微细铜丝在加工过程中容易出现断线等问题，一般成材率低，目前国内只能生产中低档产品，线径较粗，在0.05mm以上，单线长度在3千米以内。
目前制备超微细铜丝的生产工艺主要有以下三种：1、连铸连轧低氧铜杆–轧制–拉拔–退火–拉拔；2、上引无氧铜杆–轧制–拉拔–退火–拉拔；3、连续定向凝固–轧制–拉拔–退火–拉拔。
通过生产实践发现这三种工艺均存在缺点：第一种工艺采用连铸连
轧低氧铜杆，其铜杆氧含量较高，一般在200ppm~400 ppm；同时连铸连轧工艺需通过保温炉、溜槽、中间包转运铜液，相对容易造成耐火材料的剥落，热轧制过程需通过轧辊，造成铁质的脱落，这会给铜杆带来外部夹杂。而热轧中皮上和皮下氧化物的轧入，会给低氧杆的拉丝造成不利的影响。第二种工艺采用上引无氧铜杆为铸态组织，生产过程中没有经过热加工，上引无氧铜杆容易产生气孔、缩松，而且表面粗糙，在后续的拉丝过程中容易产生断线。第三种工艺采用定向凝固技术，将柱状单晶体与后续的塑性加工结合，存在生产效率较低，能耗较大等缺点。
发明的内容
本发明的目的在于提供了一种超微细铜丝的生产工艺，使用本发明得到的超微细铜丝直径为0.01~0.05mm，单根铜丝长度达到三十万米以上，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS，具有工艺流程短、生产效率高、断线率低等特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种超微细铜丝的生产工艺，包括如下步骤：1）上引无氧铜杆：将电解铜预热烘干后置于熔炼装置中熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，经在线除气装置除气、脱氧后，用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置；2）连续挤压：将步骤1）所得的无氧铜杆连续挤压成铜线，且铜线经真空防氧化管及水槽冷却、吹干至20℃～30℃；3）拉拔：将步骤2）所得的铜线采用多道次拉拔，且拉拔过程中采用乳液进行润滑和冷却，先大拉至直径为1～3mm，接着小拉至直径为0.1～0.5mm，并采用电阻内热式连续退火，最后微拉至直径为0.01～0.05mm，得到直径为0.01～0.05mm超微细铜丝。
所述的步骤1）中电解铜采用高纯阴极铜；所述的熔炼装置中熔炼炉的温度为1150℃～1160℃，熔炼炉中的铜液采用木炭覆盖；所述的熔炼装置中保温炉的温度为1140℃～1150℃，采用石墨磷片覆盖；所述的在线除气装置使用的惰性气体是采用99.996%的氩气或99.996%氮气中的一种，气源出口压力为0.5MPa，流量为1～1.25Nm3/h，转子转速为50～150r/min；所述的牵引机组的引杆速度为500～1500mm/min，引杆直径为Ф9.5mm～Ф30mm，冷却循环出水温度35℃～50℃。
所述的木炭的粒度为30mm～50mm，覆盖厚度100mm～150mm；所述的石墨磷片的覆盖厚度30mm～40mm。
所述的步骤2）中连续挤压机的转速为5～20r/min，铜线的挤出速度为5～30m/min，挤压过程中铜线的温度为500℃～750℃，挤压腔内的压力为1000～1200MPa，经挤压工序得到的铜线直径为Ф5mm～Ф16mm。
所述的步骤3）中大拉工序中乳液的浓度为6%～8%，温度为36℃～42℃；小拉工序中乳液的浓度为4%～5%，温度为32℃～35℃；微拉工序中乳液的浓度控制在2%～3%，温度控制在25℃～28℃；所述的小拉工序中退火的电压为25 V～30V，速度为1500～1800m/min。
本发明的有益效果是：通过使用本发明提供的一种超微细铜丝的生产工艺，具有以下优点： 1.本发明利用过滤除渣、在线除气脱氧装置和带有隔仓结构的上引炉，保证了上引无氧铜杆的高纯度、高导电率和低含氧量，同时将有害杂质过滤和除渣后，消除了这些杂质对拉拔过程中产生断线的影响。2. 本发明采用连续挤压技术，将上引连铸铜杆经过动态再结晶，使粗大的铸造组织，转变为细小均匀、致密的再结晶组织，晶粒尺寸小于0.005mm～0.015 mm，组织细小致密具有良好的屈服强度和加工韧性，为后续大加工率变形提供了保证，在生产过程中只采用一次中间退火，降低了能耗和生产成本。3.本发明采用上引无氧铜杆与连续挤压技术相结合的工艺，充分利用了上引连铸与连续挤压技术的优势，使用本发明得到的超微细铜丝直径为0.01～0.05mm，单根铜丝长度达到三十万米以上，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS，具有工艺流程短、生产效率高，断线率低等特点。
具体实施方式
实施例1
1）上引无氧铜杆：以表面无“铜豆”、酸迹等缺陷的高纯阴极电解铜切除挂耳为原料，经预热烘干后置于熔炼装置中熔化（熔炼装置包括熔炼炉、保温炉，在熔化炉与保温炉之间设有隔仓，隔仓由依次排列的第一隔仓、第二隔仓、第三隔仓组成，熔化炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，流沟高出炉底200mm，可促进铜液流动的均匀性，也可以起到除渣的效果），熔炼炉的温度为1155℃，熔炼炉中的铜液采用木炭覆盖，木炭的粒度为40mm，覆盖厚度为125mm，保证熔炼炉的还原气氛；通过熔炼炉熔化后的铜液通过流沟流入第一隔仓，再通过流沟流入第二隔仓，在第二隔仓内安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的氩气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.5MPa，流量1.15Nm3/h，转子转速控制在100r/min；铜液经第二隔仓除气、脱氧后经流沟流入第三隔仓，再经流沟流入保温炉，保温炉的温度为1145℃，采用石墨磷片覆盖，覆盖厚度为35mm；用牵引机组离合式真空上引铜杆，牵引机组的引杆速度为1000mm/min，引杆直径为Ф16mm，经冷却循环水冷却，冷却循环出水温度40℃，然后铜杆进入收线装置，所得无氧铜杆的直径为Ф16mm。
2）连续挤压：采用连续挤压工艺生产铜线，将步骤1）所得的无氧铜杆经过矫直后，送入压实轮与挤压轮之间，挤压轮槽内的铜杆在摩擦力的作用下被连续送入挤压腔，在腔体挡料块前面沿圆周运动，经过摩擦剪切变形区、镦粗变形区、粘着区、直角弯曲挤压区等区域，最后进入腔体后，连续挤压成铜线，连续挤压机的转速为15r/min，铜线的挤出速度为20m/min，挤压过程中铜线的温度为600℃，挤压腔内的压力为1100MPa；且铜线挤出模具后采用真空水冷装置冷却，使铜线在高温挤出后进入真空管冷却，在整个变形过程中隔断了与氧的接触，避免吸氧，保证铜线低氧含量；铜线挤出模具后经过真空防氧化管及水槽冷却、吹干至25℃，得到的铜线直径为Ф8mm。
3）拉拔：将步骤2）所得的无氧铜线采用多道次拉拔，拉拔分为大拉、小拉和微拉等；且拉拔过程中采用乳液进行润滑和冷却，先大拉至直径为1.2mm，大拉工序中乳液的浓度8%，温度为38℃；接着小拉至直径为0.2mm，小拉工序中乳液的浓度为5%，温度为32℃，并采用电阻内热式连续退火，退火的电压为26V～28V，速度为1600m/min；最后微拉至直径为0.02mm，微拉工序中乳液的浓度控制在2%，温度控制在28℃，得到直径为0.02mm超微细铜丝。
本实施例将在线除气装置安装在第二隔仓内，通过第一隔仓、第二隔仓、第三隔仓的流沟连通，不仅可保证充分的除气和脱氧效果，还可以保证保温炉液面的稳定性。由于铜液中存在非金属等杂质可能会对产品的纯度和性能造成影响，本实施例通过在结晶器前端安装过滤装置，可在上引铜杆时有效地起到除渣的效果，从而提高产品的纯度。
通过本实施例制得的超微细铜丝的直径为0.02mm，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS。
通过使用本实施例提供的一种超微细铜丝的生产工艺，具有以下优点： 1. 本实施例利用过滤除渣、在线除气脱氧装置和带有隔仓结构的上引炉，保证了上引无氧铜杆的高纯度、高导电率和低含氧量，同时将有害杂质过滤和除渣后，消除了这些杂质对拉拔过程中产生断线的影响。2. 本实施例采用连续挤压技术，将上引连铸铜杆经过动态再结晶，使粗大的铸造组织，转变为细小均匀、致密的再结晶组织，晶粒尺寸小于0.005mm～0.015 mm，组织细小致密具有良好的屈服强度和加工韧性，为后续大加工率变形提供了保证，在生产过程中只采用一次中间退火，降低了能耗和生产成本。3.采用上引无氧铜杆与连续挤压技术相结合的工艺，充分利用了上引连铸与连续挤压技术的优势，单根铜丝长度达到三十万米以上，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS，具有工艺流程短、生产效率高，断线率低等特点。
实施例2
1）上引无氧铜杆：以表面无“铜豆”、酸迹等缺陷的高纯阴极电解铜切除挂耳为原料，经预热烘干后置于熔炼装置中熔化（熔炼装置包括熔炼炉、保温炉，在熔化炉与保温炉之间设有隔仓，隔仓由依次排列的第一隔仓、第二隔仓、第三隔仓组成，熔化炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，流沟高出炉底100mm，可促进铜液流动的均匀性，也可以起到除渣的效果），熔炼炉的温度为1150℃，熔炼炉中的铜液采用木炭覆盖，木炭的粒度为30mm，覆盖厚度为100mm，保证熔炼炉的还原气氛；通过熔炼炉熔化后的铜液通过流沟流入第一隔仓，再通过流沟流入第二隔仓，在第二隔仓内安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的氮气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氮气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.5MPa，流量1Nm3/h，转子转速控制在50r/min；铜液经第二隔仓除气、脱氧后经流沟流入第三隔仓，再经流沟流入保温炉，保温炉的温度为1140℃，采用石墨磷片覆盖，覆盖厚度为30mm；用牵引机组离合式真空上引铜杆，牵引机组的引杆速度为500mm/min，引杆直径为Ф9.5mm，经冷却循环水冷却，冷却循环出水温度35℃，然后铜杆进入收线装置，所得无氧铜杆的直径为Ф9.5 mm。
2）连续挤压：采用连续挤压工艺生产铜线，将步骤1）所得的无氧铜杆经过矫直后，送入压实轮与挤压轮之间，挤压轮槽内的铜杆在摩擦力的作用下被连续送入挤压腔，在腔体挡料块前面沿圆周运动，经过摩擦剪切变形区、镦粗变形区、粘着区、直角弯曲挤压区等区域，最后进入腔体后，连续挤压成铜线，连续挤压机的转速为5r/min，铜线的挤出速度为5m/min，挤压过程中铜线的温度为500℃，挤压腔内的压力为1000MPa；且铜线挤出模具后采用真空水冷装置冷却，使铜线在高温挤出后进入真空管冷却，在整个变形过程中隔断了与氧的接触，避免吸氧，保证铜线低氧含量；铜线挤出模具后经过真空防氧化管及水槽冷却、吹干至20℃，得到的铜线直径为Ф5mm。
3）拉拔：将步骤2）所得的无氧铜线采用多道次拉拔，拉拔分为大拉、小拉和微拉等；且拉拔过程中采用乳液进行润滑和冷却，先大拉至直径为2mm，大拉工序中乳液的浓度为7%，温度为36℃；接着小拉至直径为0.1mm，小拉工序中乳液的浓度为4%，温度为33℃，并采用电阻内热式连续退火，退火的电压为25 V～27V，速度为1500m/min；最后微拉至直径为0.01mm，微拉工序中乳液的浓度控制在3%，温度控制在25℃，得到直径为0.01mm超微细铜丝。
本实施例将在线除气装置安装在第二隔仓内，通过第一隔仓、第二隔仓、第三隔仓的流沟连通，不仅可保证充分的除气和脱氧效果，还可以保证保温炉液面的稳定性。由于铜液中存在非金属等杂质可能会对产品的纯度和性能造成影响，本实施例通过在结晶器前端安装过滤装置，可在上引铜杆时有效地起到除渣的效果，从而提高产品的纯度。
通过本实施例制得的超微细铜丝的直径为0.02mm，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS。
通过使用本实施例提供的一种超微细铜丝的生产工艺，具有以下优点： 1. 本实施例利用过滤除渣、在线除气脱氧装置和带有隔仓结构的上引炉，保证了上引无氧铜杆的高纯度、高导电率和低含氧量，同时将有害杂质过滤和除渣后，消除了这些杂质对拉拔过程中产生断线的影响。2. 本实施例采用连续挤压技术，将上引连铸铜杆经过动态再结晶，使粗大的铸造组织，转变为细小均匀、致密的再结晶组织，晶粒尺寸小于0.005mm～0.015 mm，组织细小致密具有良好的屈服强度和加工韧性，为后续大加工率变形提供了保证，在生产过程中只采用一次中间退火，降低了能耗和生产成本。3.采用上引无氧铜杆与连续挤压技术相结合的工艺，充分利用了上引连铸与连续挤压技术的优势，单根铜丝长度达到三十万米以上，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS，具有工艺流程短、生产效率高，断线率低等特点。
实施例3
1）上引无氧铜杆：以表面无“铜豆”、酸迹等缺陷的高纯阴极电解铜切除挂耳为原料，经预热烘干后置于熔炼装置中熔化（熔炼装置包括熔炼炉、保温炉，在熔化炉与保温炉之间设有隔仓，隔仓由依次排列的第一隔仓、第二隔仓、第三隔仓组成，熔化炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，流沟高出炉底400mm，可促进铜液流动的均匀性，也可以起到除渣的效果），熔炼炉的温度为1160℃，熔炼炉中的铜液采用木炭覆盖，木炭的粒度为50mm，覆盖厚度为150mm，保证熔炼炉的还原气氛；通过熔炼炉熔化后的铜液通过流沟流入第一隔仓，再通过流沟流入第二隔仓，在第二隔仓内安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的氩气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.5MPa，流量1.25Nm3/h，转子转速控制在150r/min；铜液经第二隔仓除气、脱氧后经流沟流入第三隔仓，再经流沟流入保温炉，保温炉的温度为1150℃，采用石墨磷片覆盖，覆盖厚度为40mm；用牵引机组离合式真空上引铜杆，牵引机组的引杆速度为1500mm/min，引杆直径为Ф30mm，经冷却循环水冷却，冷却循环出水温度50℃，然后铜杆进入收线装置，所得无氧铜杆的直径为Ф30mm。
2）连续挤压：采用连续挤压工艺生产铜线，将步骤1）所得的无氧铜杆经过矫直后，送入压实轮与挤压轮之间，挤压轮槽内的铜杆在摩擦力的作用下被连续送入挤压腔，在腔体挡料块前面沿圆周运动，经过摩擦剪切变形区、镦粗变形区、粘着区、直角弯曲挤压区等区域，最后进入腔体后，连续挤压成铜线，连续挤压机的转速为20r/min，铜线的挤出速度为30m/min，挤压过程中铜线的温度为750℃，挤压腔内的压力为1200MPa；且铜线挤出模具后采用真空水冷装置冷却，使铜线在高温挤出后进入真空管冷却，在整个变形过程中隔断了与氧的接触，避免吸氧，保证铜线低氧含量；铜线挤出模具后经过真空防氧化管及水槽冷却、吹干至30℃，得到的铜线直径为Ф16mm。
3）拉拔：将步骤2）所得的无氧铜线采用多道次拉拔，拉拔分为大拉、小拉和微拉等；且拉拔过程中采用乳液进行润滑和冷却，先大拉至直径为3mm，大拉工序中乳液的浓度为6%，温度为42℃；接着小拉至直径为0.5mm，小拉工序中乳液的浓度为5%，温度为35℃，并采用电阻内热式连续退火，退火的电压为28 V～30V，速度为1800m/min；最后微拉至直径为0.05mm，微拉工序中乳液的浓度控制在3%，温度控制在27℃，得到直径为0.05mm超微细铜丝。
本实施例将在线除气装置安装在第二隔仓内，通过第一隔仓、第二隔仓、第三隔仓的流沟连通，不仅可保证充分的除气和脱氧效果，还可以保证保温炉液面的稳定性。由于铜液中存在非金属等杂质可能会对产品的纯度和性能造成影响，本实施例通过在结晶器前端安装过滤装置，可在上引铜杆时有效地起到除渣的效果，从而提高产品的纯度。
通过本实施例制得的超微细铜丝的直径为0.02mm，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS。
通过使用本实施例提供的一种超微细铜丝的生产工艺，具有以下优点： 1. 本实施例利用过滤除渣、在线除气脱氧装置和带有隔仓结构的上引炉，保证了上引无氧铜杆的高纯度、高导电率和低含氧量，同时将有害杂质过滤和除渣后，消除了这些杂质对拉拔过程中产生断线的影响。2. 本实施例采用连续挤压技术，将上引连铸铜杆经过动态再结晶，使粗大的铸造组织，转变为细小均匀、致密的再结晶组织，晶粒尺寸小于0.005mm～0.015 mm，组织细小致密具有良好的屈服强度和加工韧性，为后续大加工率变形提供了保证，在生产过程中只采用一次中间退火，降低了能耗和生产成本。3.采用上引无氧铜杆与连续挤压技术相结合的工艺，充分利用了上引连铸与连续挤压技术的优势，单根铜丝长度达到三十万米以上，铜含量大于99.99%，氧含量小于5ppm，导电率大于101%IACS，具有工艺流程短、生产效率高，断线率低等特点。
Claims (5)
1.一种超微细铜丝的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：1）上引无氧铜杆：将电解铜预热烘干后置于熔炼装置中熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，经在线除气装置除气、脱氧后，用牵引机组离合式真空上引铜杆，然后铜杆进入收线装置；2）连续挤压：将步骤1）所得的无氧铜杆连续挤压成铜线，且铜线经真空防氧化管及水槽冷却、吹干至20℃～30℃；3）拉拔：将步骤2）所得的铜线采用多道次拉拔，且拉拔过程中采用乳液进行润滑和冷却，先大拉至直径为1～3mm，接着小拉至直径为0.1～0.5mm，并采用电阻内热式连续退火，最后微拉至直径为0.01～0.05mm，得到直径为0.01～0.05mm超微细铜丝。
2.根据权利要求1所述的一种超微细铜丝的生产工艺，其特征在于所述的步骤1）中电解铜采用高纯阴极铜；所述的熔炼装置中熔炼炉的温度为1150℃～1160℃，熔炼炉中的铜液采用木炭覆盖；所述的熔炼装置中保温炉的温度为1140℃～1150℃，采用石墨磷片覆盖；所述的在线除气装置使用的惰性气体是采用99.996%的氩气或99.996%氮气中的一种，气源出口压力为0.5MPa，流量为1～1.25Nm3/h，转子转速为50～150r/min；所述的牵引机组的引杆速度为500～1500mm/min，引杆直径为Ф9.5mm～Ф30mm，冷却循环出水温度35℃～50℃。
3.根据权利要求2所述的一种超微细铜丝的生产工艺，其特征在于所述的木炭的粒度为30mm～50mm，覆盖厚度100mm～150mm；所述的石墨磷片的覆盖厚度30mm～40mm。
4.根据权利要求1所述的一种超微细铜丝的生产工艺，其特征在于所述的步骤2）中连续挤压机的转速为5～20r/min，铜线的挤出速度为5～30m/min，挤压过程中铜线的温度为500℃～750℃，挤压腔内的压力为1000～1200MPa，经挤压工序得到的铜线直径为Ф5mm～Ф16mm。
5.根据权利要求1所述的一种超微细铜丝的生产工艺，其特征在于所述的步骤3）中大拉工序中乳液的浓度为6%～8%，温度为36℃～42℃；小拉工序中乳液的浓度为4%～5%，温度为32℃～35℃；微拉工序中乳液的浓度控制在2%～3%，温度控制在25℃～28℃；所述的小拉工序中退火的电压为25 V～30V，速度为1500～1800m/min。
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