CN106424197A - 高纯高导无氧铜线加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属加工领域，涉及一种高纯高导无氧铜线加工工艺，包括如下步骤：(1)、选用高纯电解铜为原料，将电解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，熔炼炉上安装在线除气装置和鼓气装置通过进气管道向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，同时伴随气体加入黑磷粉，黑磷粉的添加量为铜液质量的0.02到0.1％；(2)、熔炼后的铜液转入保温炉，采用上引连铸机进行引拉，获得无氧铜坯料；(3)、连续挤压生产无氧铜杆料：(4)、将铜杆料轧制成线坯；(5)将连续轧制的线坯经过拉模获得要求名义尺寸。本发明可获得高纯度高电导率的铜线，它相较于木炭及石墨鳞片还原法，更容易工艺控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜线加工工艺，属于金属加工技术领域。
背景技术
无氧铜具有很高的电导率，很好的变形性能，较好的热导率，由于其特有的性质，无氧铜在很多尖端技术领域或者民用商品中高档的元器件领域，具有很广泛的应用，如高频波导管，粒子加速器的腔体，电子射线管，音箱发烧线等等。国标TU0无氧铜和美标C10100无氧铜都是高级别的铜材，电导率为IACS 101％，剩余电阻率为200。在超级导体电缆、粒子加速器元器件等高端导线应用上，更高电导率的无氧铜成为主要研究方向，目前无氧铜电导率可达IACS 102％。
铜电导率的提高与降低铜材内的氧气含量、金属杂质含量以及改善晶体结构有关，其中，对电导率影响最大的是氧气和铁杂质的含量。铜中铁杂质可以通过电解来降低，然而，电解的过程易把氧气带入沉积的铜粉内；同时，氧气在铜液的溶解度也很高，在熔化铜的过程中氧气也很容易进入铜液中，导致铸锭的铜材的含氧量很高，一般可达几百的ppm，使电导率在IACS 100％以下。为了去除铜液中的氧，行业内一般的做法是在铜液表面覆盖木炭及石墨鳞片，以木炭作为还原剂，虽然可以吸收铜液中的氧，而且木炭混入铜液中，碳存在于铜线中会影响铜线导电性，石墨虽然有良好的导电性，但是石墨活性低，较难置换铜中的氧，所以才木炭及石墨鳞片混用，因此熔炉过程中不能高速搅拌，高速搅拌木炭和石墨会进入铜液中，影响铜产品质量，工艺控制难度高。
磷是元素周期表中第15号元素，它的名字出现于一系列磷化物中。磷自身可视为化学物质的原型。黑磷是白磷的一种稳定状态，得名于其独特的颜色。黑磷是一种半导体，价格低廉，可投入大量生产。黑磷与石墨烯的明显差别在于它拥有自然能隙，可自由调节电流的通过或关闭。黑磷具有良好的导电性，其导电性比铜还好，黑磷可置换铜液中的氧形成五氧化二磷，五氧化二磷在300℃会升华，所以黑磷氧化产物不会停留在铜液中，未氧化的黑磷可改善铜的导电性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯高导无氧铜线加工工艺，以获得高纯度高电导率的铜线，它相较于木炭及石墨鳞片还原法，更容易控制。
本发明是通过下述技术方案来实现的。一种高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)、选用高纯电解铜为原料，将电解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，熔炼炉上安装在线除气装置和鼓气装置，鼓气装置包括深入铜液中的多孔陶瓷搅拌桨，多孔陶瓷搅拌桨通过电机驱动，多孔陶瓷搅拌桨连通进气管道，进气管道上安装黑磷粉计量添加装置；通过进气管道向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，同时伴随气体加入黑磷粉，黑磷粉的添加量为铜液质量的0.02到0.1％；熔炼炉温度为1150℃～1160℃；
(2)、熔炼后的铜液转入保温炉，保温炉的温度为1140℃～1150℃，保持铜液表面为真空状态；将结晶器插入铜液中，铜液进入结晶器中成型形成无氧铜铸坯，采用上引连铸机进行引拉，获得无氧铜坯料；
(3)、连续挤压生产无氧铜杆料：以步骤(2)生产的无氧铜坯料为原料，采用连续挤压工艺生产铜杆；
(4)、连轧机组：连续挤压后的无氧铜杆再继续连轧，通过6～12机架的连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；
(5)、拉拔机组：将连续轧制的线坯经过拉模获得要求名义尺寸。
步骤(3)中，连续挤压机转速为4～10r/min，铜杆挤出速度：6～15m/min，连续挤压采用多级扩展变形的模腔和模具，所述的多级扩展变形的模腔和模具，包括由腔体面板和盖板组成的扩展腔，垫片和模具安装于扩展腔内；垫片安装在模具的上部并呈喇叭状多级扩展，无氧铜杆挤出模具后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取。
具体的，所述多孔陶瓷搅拌桨的内部设有进气通道，多孔陶瓷搅拌桨浸入铜液的部分设有连通进气通道和表面的小孔。
具体的，结晶器水压2～4MPa，结晶器出水温度控制在25℃～50℃。
具体的，进气管道的气源出口压力0.5MPa，流量1～1.25Nm3/n。
进一步的，所述在线除气装置是一个抽气装置，安装于熔炼炉顶部，抽走氧化后的五氧化二磷，所述在线除气装置连接一个冷却装置或水浴装置。
本发明的技术效果：1、采用黑磷粉作为还原除氧材料，加料方便，容易控制，可快速搅拌，提高效率，并且副产物便于回收，降低排放。2、产品氧含量低至5PPM，利于提高导电率。3、坯料无需加热，无间断连续生产，金属受力状态好，组织致密。4、通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度。5、所得无氧铜线平顺性好，耐磨性和抗蠕变能力强。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例1
一种高纯高导无氧铜线加工工艺，包括如下步骤：
(1)、选用高纯电解铜为原料，将电解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，熔炼炉上安装在线除气装置和鼓气装置，鼓气装置包括深入铜液中的多孔陶瓷搅拌桨，多孔陶瓷搅拌桨通过电机驱动，多孔陶瓷搅拌桨的内部设有进气通道，多孔陶瓷搅拌桨浸入铜液的部分设有连通进气通道和表面的小孔，多孔陶瓷搅拌桨连接进气管道，进气管道上安装黑磷粉计量添加装置；通过进气管道向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，进气管道的气源出口压力0.5MPa，流量1～1.25Nm3/n；同时伴随气体加入黑磷粉，黑磷粉的添加量为铜液质量的0.02％；熔炼炉温度为1150℃～1160℃。因为黑磷粉不影响铜的导电性，所以可以将黑磷粉和保护气体(氩气或氮气)一起冲入铜液中，快速搅拌，大大提高除氧效率，黑磷氧化形成的五氧化二磷升华，经由在线除气装置排出，所述在线除气装置是一个抽气装置，安装于熔炼炉顶部，抽走氧化后的五氧化二磷。
(2)、熔炼后的铜液转入保温炉，保温炉的温度为1140℃～1150℃，保持铜液表面为真空状态；结晶器水压2～4MPa，结晶器出水温度控制在25℃～50℃，将结晶器插入铜液中，铜液进入结晶器中成型形成无氧铜铸坯，采用上引连铸机进行引拉，获得无氧铜坯料；采用这种方法熔炼，上引得到的无氧铜铸坯氧含量低至5PPM，有利于提高导电率。
(3)、连续挤压生产无氧铜杆料：以步骤(2)生产的无氧铜坯料为原料，采用连续挤压工艺生产铜杆；连续挤压机转速为4～10r/min，铜杆挤出速度：6～15m/min，连续挤压采用多级扩展变形的模腔和模具，所述的多级扩展变形的模腔和模具，包括由腔体面板和盖板组成的扩展腔，垫片和模具安装于扩展腔内；垫片安装在模具的上部并呈喇叭状多级扩展，无氧铜杆挤出模具后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取。参与这种方法，坯料无需加热，无间断连续生产，金属受力状态好，组织致密，并且挤压过程中不会氧化，
(4)、连轧机组：连续挤压后的无氧铜杆再继续连轧，通过6～12机架的连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度。
(5)、拉拔机组：将连续轧制的线坯经过拉模获得要求名义尺寸。所得无氧铜线产品平顺性好，耐磨性和抗蠕变能力强。
实施例2
一种高纯高导无氧铜线加工工艺，包括如下步骤：
(1)、选用高纯电解铜为原料，将电解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，熔炼炉上安装在线除气装置和鼓气装置，鼓气装置包括深入铜液中的多孔陶瓷搅拌桨，多孔陶瓷搅拌桨通过电机驱动，多孔陶瓷搅拌桨的内部设有进气通道，多孔陶瓷搅拌桨浸入铜液的部分设有连通进气通道和表面的小孔，多孔陶瓷搅拌桨连接进气管道，进气管道上安装黑磷粉计量添加装置；通过进气管道向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，进气管道的气源出口压力0.5MPa，流量1～1.25Nm3/n；同时伴随气体加入黑磷粉，黑磷粉的添加量为铜液质量的0.05％；熔炼炉温度为1150℃～1160℃。因为黑磷粉不影响铜的导电性，所以可以将黑磷粉和保护气体(氩气或氮气)一起冲入铜液中，快速搅拌，大大提高除氧效率，黑磷氧化形成的五氧化二磷升华，经由在线除气装置排出，所述在线除气装置是一个抽气装置，安装于熔炼炉顶部，抽走氧化后的五氧化二磷，所述在线除气装置连接一个冷却装置，使五氧化二磷冷却后直接沉降不会污染大气，如果以木炭作为还原剂，则木炭氧化形成二氧化碳，不符合节能减排的精神。
(2)、熔炼后的铜液转入保温炉，保温炉的温度为1140℃～1150℃，保持铜液表面为真空状态；结晶器水压2～4MPa，结晶器出水温度控制在25℃～50℃，将结晶器插入铜液中，铜液进入结晶器中成型形成无氧铜铸坯，采用上引连铸机进行引拉，获得无氧铜坯料；采用这种方法熔炼，上引得到的无氧铜铸坯氧含量低至5RRM，有利于提高导电率。
(3)、连续挤压生产无氧铜杆料：以步骤(2)生产的无氧铜坯料为原料，采用连续挤压工艺生产铜杆；连续挤压机转速为4～10r/min，铜杆挤出速度：6～15m/min，连续挤压采用多级扩展变形的模腔和模具，所述的多级扩展变形的模腔和模具，包括由腔体面板和盖板组成的扩展腔，垫片和模具安装于扩展腔内；垫片安装在模具的上部并呈喇叭状多级扩展，无氧铜杆挤出模具后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取。参与这种方法，坯料无需加热，无间断连续生产，金属受力状态好，组织致密，并且挤压过程中不会氧化，
(4)、连轧机组：连续挤压后的无氧铜杆再继续连轧，通过6～12机架的连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度。
(5)、拉拔机组：将连续轧制的线坯经过拉模获得要求名义尺寸。所得无氧铜线产品平顺性好，耐磨性和抗蠕变能力强。
实施例3
一种高纯高导无氧铜线加工工艺，包括如下步骤：
(1)、选用高纯电解铜为原料，将电解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，熔炼炉上安装在线除气装置和鼓气装置，鼓气装置包括深入铜液中的多孔陶瓷搅拌桨，多孔陶瓷搅拌桨通过电机驱动，多孔陶瓷搅拌桨的内部设有进气通道，多孔陶瓷搅拌桨浸入铜液的部分设有连通进气通道和表面的小孔，多孔陶瓷搅拌桨连接进气管道，进气管道上安装黑磷粉计量添加装置；通过进气管道向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，进气管道的气源出口压力0.5MPa，流量1～1.25Nm3/n；同时伴随气体加入黑磷粉，黑磷粉的添加量为铜液质量的0.1％；熔炼炉温度为1150℃～1160℃。因为黑磷粉不影响铜的导电性，所以可以将黑磷粉和保护气体(氩气或氮气)一起冲入铜液中，快速搅拌，大大提高除氧效率，黑磷氧化形成的五氧化二磷升华，经由在线除气装置排出，所述在线除气装置是一个抽气装置，安装于熔炼炉顶部，抽走氧化后的五氧化二磷，所述在线除气装置连接一个水池溶于水形成硫酸，不会污染大气。
(2)、熔炼后的铜液转入保温炉，保温炉的温度为1140℃～1150℃，保持铜液表面为真空状态；结晶器水压2～4MPa，结晶器出水温度控制在25℃～50℃，将结晶器插入铜液中，铜液进入结晶器中成型形成无氧铜铸坯，采用上引连铸机进行引拉，获得无氧铜坯料；采用这种方法熔炼，上引得到的无氧铜铸坯氧含量低至5PPM，有利于提高导电率。
(3)、连续挤压生产无氧铜杆料：以步骤(2)生产的无氧铜坯料为原料，采用连续挤压工艺生产铜杆；连续挤压机转速为4～10r/min，铜杆挤出速度：6～15m/min，连续挤压采用多级扩展变形的模腔和模具，所述的多级扩展变形的模腔和模具，包括由腔体面板和盖板组成的扩展腔，垫片和模具安装于扩展腔内；垫片安装在模具的上部并呈喇叭状多级扩展，无氧铜杆挤出模具后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取。参与这种方法，坯料无需加热，无间断连续生产，金属受力状态好，组织致密，并且挤压过程中不会氧化，
(4)、连轧机组：连续挤压后的无氧铜杆再继续连轧，通过6～12机架的连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度。
(5)、拉拔机组：将连续轧制的线坯经过拉模获得要求名义尺寸。所得无氧铜线产品平顺性好，耐磨性和抗蠕变能力强。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)、选用高纯电解铜为原料，将电解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，熔炼炉上安装在线除气装置和鼓气装置，鼓气装置包括深入铜液中的多孔陶瓷搅拌桨，多孔陶瓷搅拌桨通过电机驱动，多孔陶瓷搅拌桨连通进气管道，进气管道上安装黑磷粉计量添加装置；通过进气管道向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，同时伴随气体加入黑磷粉，黑磷粉的添加量为铜液质量的0.02到0.1％；熔炼炉温度为1150℃～1160℃；
(2)、熔炼后的铜液转入保温炉，保温炉的温度为1140℃～1150℃，保持铜液表面为真空状态；将结晶器插入铜液中，铜液进入结晶器中成型形成无氧铜铸坯，采用上引连铸机进行引拉，获得无氧铜坯料；
(3)、连续挤压生产无氧铜杆料：以步骤(2)生产的无氧铜坯料为原料，采用连续挤压工艺生产铜杆；
(4)、连轧机组：连续挤压后的无氧铜杆再继续连轧，通过6～12机架的连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；
(5)、拉拔机组：将连续轧制的线坯经过拉模获得要求名义尺寸。
2.根据权利要求1所述的高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于：步骤(3)中，连续挤压机转速为4～10r/min，铜杆挤出速度：6～15m/min，连续挤压采用多级扩展变形的模腔和模具，所述的多级扩展变形的模腔和模具，包括由腔体面板和盖板组成的扩展腔，垫片和模具安装于扩展腔内；垫片安装在模具的上部并呈喇叭状多级扩展，无氧铜杆挤出模具后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取。
3.根据权利要求1所述的高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于：所述多孔陶瓷搅拌桨的内部设有进气通道，多孔陶瓷搅拌桨浸入铜液的部分设有连通进气通道和表面的小孔。
4.根据权利要求1所述的高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于：结晶器水压2～4MPa，结晶器出水温度控制在25℃～50℃。
5.根据权利要求1所述的高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于：进气管道的气源出口压力0.5MPa，流量1～1.25Nm3/n。
6.根据权利要求1所述的高纯高导无氧铜线加工工艺，其特征在于：所述在线除气装置是一个抽气装置，安装于熔炼炉顶部，抽走氧化后的五氧化二磷，所述在线除气装置连接一个冷却装置或水浴装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |