CN106077125B - 一种磁极线圈用铜型材的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁极线圈用铜型材的生产工艺，包括以下步骤：（1）以高纯阴极铜为原料，将高纯阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，牵引机组上引铜杆；（2）连续挤压机组制备磁极线圈用铜型材坯料；（3）拉拔；（4）分切。本发明生产的磁极线圈用铜型材纯度高、氧含量低、导电性能高、表面质量高，该工艺流程短、高效、节能。

Description

一种磁极线圈用铜型材的生产工艺
技术领域
本发明涉及有色金属的加工技术领域，尤其是涉及一种磁极线圈用铜型材的生产工艺。
背景技术
磁极线圈应用于水轮发电机，磁极线圈多采用铜型材绕制而成，以利于散热铜型材本身的截面设计成带散热筋形状，为磁极提供了较大的散热表面。特种规格的铜材主要考虑线圈的端部要为极间连接预留空间，所有极间连接部位的铜排的截面积均不小于绕组铜材的截面积。由于磁极线圈应用于水轮发电机的特殊性，对铜型材的导电性、导热性有较高的要求。因此对铜型材的铜含量、氧含量、导电性能、尺寸公差、形位公差等要求也较高。
磁极线圈一般采用以下生产工艺方法：
真空炉熔炼—铸锭—加热—热挤压—拉拔—分切。
传统的磁极线圈生产工艺存在投资规模大、成材率低、产品长度有限、生产效率低、能耗大、产品氧含量不稳定等缺点。
发明内容
针对现有生产工艺存在的上述不足，本发明提供了一种磁极线圈用铜型材的生产工艺，利用该工艺生产的磁极线圈用铜型材具有氧含量低、焊接性能优异、塑性加工性能高、导电性能高、表面质量高等优点，且该工艺流程短、高效、节能。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种磁极线圈用铜型材的生产工艺，包括以下步骤：
（1）上引连铸：以高纯阴极铜为原料，将阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆，然后铜杆进入收线装置；
（2）连续挤压：以步骤（1）制备的铜杆为原料，采用连续挤压机组制备磁极线圈用铜型材坯料；
（3）拉拔：以步骤（2）制备的铜型材采用液压拉拔机进行拉伸变形，进行一道次拉伸变形；
（4）分切：步骤（3）拉拔变形后的铜型材进行分切。
所述步骤（1）中通过结晶器出水，出水温度为35℃～40℃。
所述步骤（1）中的木碳为烘干的木碳，木炭粒度为30mm～38mm，覆盖厚度为150mm～180mm；所述石墨磷片的覆盖厚度为50mm～60mm。
所述步骤（1）中的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，熔化炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，所述熔炼炉的温度为1166℃～1170℃，保温炉的温度为1156℃～1160℃。
所述步骤（1）中的牵引机组上引铜杆的引杆速度为650～790mm/min，引杆直径为Ф20～25mm，冷却循环出水温度为35℃～40℃。
所述步骤（2）连续挤压机的转速为5～9r/min。
所述步骤（2）中采用导流成型装置连续挤压制备铜型材坯料，其中导流成型装置包括导流模具和成型模具；导流模具中心O1与成型模具中心O2上下垂直，R11=R21、R21=2R22、L11=L21、L12=L22 +（5～10）mm、H11= H21 +（10～20）mm。
所述步骤（3）采用液压拉拔机对铜型材进行拉伸变形，拉伸变形系数为1.05-1.2。
所述步骤（4）中铜型材的长度偏差每米小于0.5mm。
所述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%的一氧化碳气体，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的一氧化碳气体压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，气源出口压力0.2-0.5MPa，流量0.5-1.2Nm3/h，转子转速控制在200-250r/min。
所制得的磁极线圈用铜型材的纯度高Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0005%、导电率≥101%IACS，抗拉强度大于270MPa，延伸率大于15%，铜型材的扭拧度每米不大于0.5mm，铜型材的平面度每米不大于1mm，铜型材的直度每米不大于0.5mm。
本发明磁极线圈用铜型材的生产工艺具有如下有益效果：
1、采用高纯阴极铜板为原料，利用铜液在线除气、脱氧设备保证无氧铜棒的纯度高Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0005%、铜型材的抗拉强度大于270MPa，延伸率大于15%，铜型材的扭拧度每米不大于0.5mm，铜型材的平面度每米不大于1mm，铜型材的直度每米不大于0.5mm。导电率大于100%IACS，满足了磁极线圈用铜型材的使用。
2、采用导流模具和成型模具相结合形式进行连续挤压变形，满足了磁极线圈用铜型材小截面变形的均匀性。
3、本发明流程短、高效、节能。本发明与传统工艺相比节省了铸锭加热、热挤压等工序，有益效果是节约能耗50%以上，成材率达到80%以上。
附图说明
图1为本发明制得的磁极线圈用铜型材的形状示意图；
图2为本发明的导流模具示意图；
图3为本发明的成型模具示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例1一种磁极线圈用铜型材的生产工艺包括如下步骤：
上引连铸—连续挤压—拉拔—分切
具体的步骤为：
（1）、上引连铸
以高纯阴极铜为原料，将高纯阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆，，然后铜杆进入收线装置。
进一步设置为：结晶器出水温度控制在35℃，熔炼炉的温度为1166℃，采用烘干的木碳覆盖，保证熔炼炉的还原气氛；木炭粒度为30mm，覆盖厚度150mm。保温炉的温度为1156℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度50mm。
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，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，可以起到除渣的效果。在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%的一氧化碳气体，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的一氧化碳气体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0.5Nm3/h，转子转速控制在200r/min。
用牵引机组上引铜杆，然后铜杆进入收线装置。引杆速度650mm/min，引杆直径Ф20mm，冷却循环出水温度35℃～40℃。
制备的无氧铜杆纯度高Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0003%、导电率101.5%IACS。
（2）连续挤压
以步骤1制备的无氧铜杆为原料，采用连续挤压机组制备铜型材坯料，连续挤压机转速为5r/min。
采用导流成型装置连续挤压制备铜型材坯料，其中导流成型装置包括导流模具和成型模具。导流模具中心O1与成型模具中心O2上下垂直，R11=R21、R21=2R22、L11=L21、L12=L22 + 10mm、
H11= H21 + 20mm。
（3）拉拔
采用液压拉拔机对铜型材进行拉伸变形，拉伸变形系数为1.1。铜型材的抗拉强度大于270MPa，延伸率大于15%，铜型材的扭拧度每米0.2mm，铜型材的平面度每米0.5mm，铜型材的直度每米不大于0.5mm，导电率大于100%IACS。
（4）分切
采用分切设备按照客户合同要求尺寸对铜型材进行分切，铜型材的长度偏差每米为0.2mm。
性能测试及分析
通过本领域公知的技术对实施例1进行性能测试，并对测试结果进行分析，得出如下结论：
制备的磁极线圈用铜型材纯度高Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0005%、导电率≥101%IACS，抗拉强度大于270MPa，延伸率大于15%，铜型材的扭拧度每米不大于0.5mm，铜型材的平面度每米不大于1mm，铜型材的直度每米不大于0.5mm。
本发明生产的磁极线圈用铜型材纯度高、氧含量低、导电性能高、表面质量高，该工艺流程短、高效、节能。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种磁极线圈用铜型材的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）上引连铸：以高纯阴极铜为原料，将阴极铜预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，熔炼装置包括熔炼炉、保温炉，在熔炼炉与保温炉之间设有隔仓，熔炼炉、隔仓和保温炉之间通过流沟相连，所述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%的一氧化碳气体，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的一氧化碳气体压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，气源出口压力0.2-0.5MPa，流量0.5-1.2Nm3/h，转子转速控制在200-250r/min；所述熔炼炉的温度为1166℃～1170℃，保温炉的温度为1156℃～1160℃，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面，木炭粒度为30mm～38mm，覆盖厚度为150mm～180mm；所述石墨鳞片的覆盖厚度为50mm～60mm，结晶器出水温度为35℃～40℃，采用牵引机组上引铜杆，然后铜杆进入收线装置；牵引机组上引铜杆的引杆速度为650～790mm/min，引杆直径为Ф20～25mm，冷却循环出水温度为35℃～40℃；
（2）连续挤压：以步骤（1）制备的铜杆为原料，采用连续挤压机组制备磁极线圈用铜型材坯料；连续挤压机的转速为5～9r/min，采用导流成型装置连续挤压制备铜型材坯料，其中导流成型装置包括导流模具和成型模具；导流模具中心点O1与成型模具中心点O2上下设置，R11=R21、R21=2R22、L11=L21、L12=L22 +（5～10）mm、H11= H21 +（10～20）mm；其中，R11为导流模具端部圆弧直径；L11为导流模具端部圆弧横向长度；L12为导流模具长形主体的长度；H11导流模具长形主体的宽度；R22成型模具端部最大外接圆的直径；R21以成型模具端部最大外接圆的圆心为中心、以R11为直径的圆的直径；L21为以R21为直径的圆的最左端到成型模具长形主体左端的长度；L22为成型模具长形主体的长度；H21为成型模具长形主体的宽度；
（3）拉拔：以步骤（2）制备的铜型材坯料采用液压拉拔机进行拉伸变形，拉伸变形系数为1.05-1.2，进行一道次拉伸变形；
（4）分切：步骤（3）拉拔变形后的铜型材进行分切；
上述生产工艺制备的磁极线圈用铜型材的纯度高Cu+Ag≥99.99%、氧含量小于0.0005%、导电率≥101%IACS，抗拉强度大于270MPa，延伸率大于15%，铜型材的扭拧度每米不大于0.5mm，铜型材的平面度每米不大于1mm，铜型材的直度每米不大于0.5mm，铜型材的长度偏差每米小于0.5mm。
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