CN106756092B - 一种低氧铜冶炼结晶方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低氧铜冶炼结晶方法，属于有色冶金领域，步骤如下：步骤一、原料的熔化，将废电机线和光亮铜混合为原料，并在原料表面覆盖碎玻璃；通入天然气作为热源熔化原料，并进行氧化和还原处理；最后将铜液表面的杂物扒出；步骤二、铜液的浇铸，铜液经浇包进入结晶轮进行冷却结晶形成铜铸坯，并从结晶轮的拉坯口引出，经后段输送机构送入后段工序，对铜铸坯进行轧制、冷却，最终加工为低氧铜材料。采用本发明的工艺生产出的低氧铜，电阻率低，含氧量极低，导电性能优异，延展性能佳，后续进行拉丝处理时不易出现断头现象，且生产成本较低，提高了企业生产效益。

Description

一种低氧铜冶炼结晶方法

技术领域

本发明涉及有色冶金技术领域，更具体地说，涉及一种低氧铜冶炼结晶方法。

背景技术

铜是一种重要的有色金属，因具有优良的综合性能，如导电性、导热性、耐蚀性及良好的工艺性而广泛应用于各个工业部门。极少量杂质如氧、铅、锑、锡等的存在都会严重影响铜的导电性以及其它性能，因此不同领域对铜的纯度都有着严格的要求。低氧铜杆因具有纯度高、氧含量低、杂质少而备受市场青睐，得到广泛应用。

现有低氧铜杆的生产主要采用连铸连轧工艺，原料铜经过熔化、氧化、还原、出铜后，进入连铸连轧设备进行浇铸得到铜杆，而目前市场上常见的低氧铜杆普遍存在导电性差、抗拉强度低、容易断头的问题，给实际生产使用带来不便；其次，随着国民经济快速发展，铜消费量高速增长，我国铜资源紧缺，铜精矿产量难以满足需求，而近年来废旧家电、废旧电机也迅速增长，废旧资源的随意抛弃造成环境污染。对废杂铜的回收利用是我国铜工业弥补原料短缺快速发展的捷径。如何能对废旧资源进行二次利用，改善铜杆加工工艺，生产出导电性强、抗拉性好的低氧铜是技术人员的重要研究目标。

经检索，中国专利公开号：CN101259484A，公开日：2008年9月10日，发明创造名称为：一种废杂铜连铸连轧低氧铜杆生产工艺，该申请案的生产工艺流程是：废杂铜→反射炉熔炼→吹氧→精炼→还原→保温炉精炼→浇铸→滚剪边→粗轧→精轧→冷却→排线→出料。其中反射炉工序包括：原料→加料→熔化→氧化→还原→浇铸。该申请案充分利用了废杂铜，在一定程度上降低了成本，提高了原料的利用率，但其不足之处是，该申请案的工艺并不能满足高端产品的生产，无法适于高端8mm直径低氧铜杆市场的需求，且生产工艺较为耗能，生产成本较高。

又如中国专利申请号：2008100237011，申请日：2008年4月16日，发明创造名称为：一种高纯铜及低氧光亮铜杆的生产方法，该申请案公开了一种高纯铜及低氧光亮铜杆的生产方法，将废杂铜经过熔炼扒渣、插木还原和冷却结晶得到高纯铜，熔炼扒渣时，将铜加热1080～1120℃得到铜液，其中不熔的高熔点杂质经扒渣除掉，之后向铜液中加入石英砂和二氧化硅，并吹入过量氧气，使其中比铜活泼的金属转化成浮渣除去，再向铜液加压吹氧使沉在炉底的亚氧化铅充分与石英砂反应生成浮渣以将铅除净，保证铜纯度大于99.5％和含铅量小于2ppm；低氧光亮铜杆的生产方法主要是以紫杂铜为原料，依次经过熔炼扒渣、插木还原的高纯铜液直接进入连铸连轧设备进行浇铸，该申请案生产的低氧光亮铜杆的成品率较高，达到欧盟ROHS指令要求和绿色环保标准，但该申请案操作流程较为复杂，需进行多次造渣、扒渣，增大了劳动强度，生产成本较高。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中低氧铜存在导电性差、抗拉强度低、容易断头的不足，提供了一种低氧铜冶炼结晶方法，有助于降低铜产品内的含氧量，提高低氧铜的抗拉性、导电性，且本发明利用二次铜资源作为加工原料，可以有效降低生产成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种低氧铜冶炼结晶方法，包括以下步骤：

步骤一、原料的熔化；

(1)加料：采用90％～95％的废电机线和5％～10％的光亮铜为原料混合打包，使用自动加料机将原料加入熔铜炉内，并在原料表面覆盖一层碎玻璃，玻璃与原料的质量比为1：(65～75)；

(2)熔化：向熔铜炉内通入天然气作为热源，并点燃烧火嘴熔化原料；原料熔化后，通入氧气进行氧化；铜液液面持平后，将松木通入熔铜炉内，利用松木的燃烧进行还原；

(3)去杂：铜液还原结束后，用扒渣机将铜液表面泛起的杂物扒出；

步骤二、铜液的浇铸；

去杂结束后，铜液从出铜溜槽流向自动浇铸机，其中铜液的浇铸温度为1110～1130℃，经冷却系统冷却后的结晶轮温度为100～120℃，铜液经浇包进入结晶轮冷却结晶形成铜铸坯，铜铸坯从结晶轮的拉坯口引出后，送入后段加工工序进行低氧铜的后续加工。

进一步地，所述步骤一中天然气的流量为780～820m³/h，熔铜炉内的熔化温度为1200～1350℃。

进一步地，步骤二中出铜溜槽和浇包中的铜液表面均盖满一层木炭。

进一步地，步骤二中浇包的一侧设置有加热装置。

进一步地，步骤二中自动浇铸机包括结晶轮、钢带和钢带轮组，钢带穿过钢带轮组并包覆在结晶轮外缘，与结晶轮外缘开设的凹槽形成结晶腔，铜液经浇包流入结晶腔内通过冷却系统进行冷却结晶，形成铜铸坯；

钢带轮组包括压轮、调节轮、固定轮、第一张紧轮和第二张紧轮，钢带轮组驱动钢带转动，压轮将钢带紧压在结晶轮外缘，压轮和调节轮的一侧分别设置有第一预热装置和第二预热装置。

进一步地，所述冷却系统包括冷却总管，冷却总管上设置有内冷却管、外冷却管、外侧冷却管和内侧冷却管，内冷却管和外冷却管分别位于结晶轮径向的两侧，外侧冷却管和内侧冷却管分别位于结晶轮轴向的两侧；内冷却管、外冷却管、外侧冷却管和内侧冷却管朝向结晶轮的一侧均设置有喷嘴。

进一步地，所述冷却总管的进水水压为6～8kg/cm²，进水水温不大于35℃；内冷却管、外冷却管、外侧冷却管和内侧冷却管均为分段式结构，各分段设置有进水口，对各分段的冷却水水压进行独立控制。

进一步地，所述内冷却管包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为7～8kg/cm²，中冷却段的进水水压为7～8kg/cm²，后冷却段的进水水压为7～8kg/cm²；

外冷却管包括前冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为7～8kg/cm²，后冷却段的进水水压为7～8kg/cm²；

外侧冷却管包括前冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为6～7kg/cm²，后冷却段的进水水压为6～7kg/cm²；

内侧冷却管包括前冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为6～7kg/cm²，后冷却段的进水水压为6～7kg/cm²。

进一步地，所述外冷却管上安装的喷嘴与外冷却管在该安装位置切线方向的夹角γ为10°～15°；内冷却管、外侧冷却管和内侧冷却管的喷嘴分布结构与外冷却管上的喷嘴分布结构相同。

进一步地，外冷却管前冷却段上安装的喷嘴沿铜液的流动方向倾斜；外冷却管后冷却段上安装的喷嘴沿铜液流动的反方向倾斜。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种低氧铜冶炼结晶方法，在原料表面盖满一层碎玻璃作为造渣剂，玻璃中的二氧化硅成分可以与铜液中的多种碱性氧化物充分结合，形成金属硅酸盐漂浮在铜液表面；玻璃中含有的多种氧化物可以与铜液中的酸性氧化物进行反应，形成漂浮残渣；其次，玻璃中的氧化钙、氧化镁等成分具有较好的脱硫、脱磷效果，能有效去除铜液中的有害元素，且碎玻璃中富余的氧化物又能和自身的二氧化硅成分反应生成硅酸盐，不会对铜液造成额外杂质，可谓一举多得，形成的各种残渣漂浮在铜液表面，采用扒渣机去除，可以有效降低铜液中杂质含量，减少低氧铜铜铸坯中的杂质成分，提高低氧铜的综合性能。

(2)本发明的一种低氧铜冶炼结晶方法，压轮将钢带紧压在结晶轮的外缘，且压轮位于结晶轮和调节轮之间，压轮的一侧设置有第一预热装置，调节轮的一侧设置有第二预热装置，第一预热装置和第二预热装置均为烧嘴，且第一预热装置和第二预热装置对包覆在结晶轮外缘的钢带进行有效预热，避免出现铜液进入结晶腔时，遭钢带急冷而导致冷热不均，铜液结晶质量差，甚至出现铜液爆炸的问题。

(3)本发明的一种低氧铜冶炼结晶方法，对结晶轮采用四周环绕冷却的方式，且内冷却管和外冷却管中冷却水的进水水压为7～8kg/cm²，外侧冷却管和内侧冷却管的进水水压6～7kg/cm²，通过对冷却水压的控制保障结晶轮的冷却强度；内冷却管和外冷却管中冷却水的进水水压大于外侧冷却管和内侧冷却管的进水水压，解决了在铜液浇铸过程中靠近结晶腔两侧的铜液冷却速度比结晶腔中心冷却速度快的问题，使结晶腔横截面的周向上各处冷却速度一致，避免因铜液结晶速度不一致而导致铜铸坯出现裂纹、夹层等缺陷。

(4)本发明的一种低氧铜冶炼结晶方法，内冷却管上安装的喷嘴与内冷却管在该安装位置切线方向的夹角α为10°～15°，且内冷却管前冷却段上安装的喷嘴顺着铜液的流动方向倾斜，内冷却管后冷却段上安装的喷嘴顺着铜液流动的反方向倾斜，内冷却管前冷却段和后冷却段上的喷嘴方向相对设置，喷嘴的倾斜设置使得喷射的冷却水沿结晶轮的切线方向流动，并顺着结晶轮继续向下流动，一方面可以增加冷却水在结晶轮表面停留时间，加强冷却效果，另一方面又可以减少冷却水在结晶轮上的反射飞溅，避免冷却水飞溅入结晶腔中造成铜液爆炸，保障安全生产。

(5)本发明的一种低氧铜冶炼结晶方法，内冷却管为分段式结构，包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，前冷却段为起始结晶段，中冷却段为强冷却段，后冷却段为调温段，内冷却管前冷却段上安装的喷嘴顺着铜液的流动方向倾斜，后冷却段上安装的喷嘴顺着铜液流动的反方向倾斜，强冷却段则对应前冷却段和后冷却段的相接区域，位于相对倾斜安装的喷嘴之间，在此区域，前冷却段上喷嘴喷出的冷却水沿结晶轮转动方向继续向下流动，后却段上喷嘴喷出的冷却水逆着结晶轮转动方向向下流动，两侧的冷却水相对喷射，在强冷却段聚集汇合，冷却水的水压水量得到充分保障，从而加强强冷却段的冷却效果，对铜液进行强制冷却形成完整的铸坯，有效防止中心疏松的发生，改善铜铸坯的成型质量。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为本发明中自动浇铸机的结构示意图；

图3为本发明中结晶轮的截面示意图；

图4为本发明中内冷却管结构示意图；

图5为本发明中外冷却管结构示意图。

1、浇包；2、结晶轮；201、结晶腔；3、内冷却管；4、外冷却管；5、外侧冷却管；6、喷嘴；7、压轮；8、调节轮；9、固定轮；10、第一张紧轮；11、第二张紧轮；12、钢带；13、第一预热装置；14、第二预热装置；15、内侧冷却管；16、加热装置。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种低氧铜冶炼结晶方法，包括以下步骤：

步骤一、原料的熔化，包括以下工序：

1、加料：采用90％的废电机线和10％的光亮铜混合打包为60～100kg的正方形原料，使用自动加料机将原料加入熔铜炉中，并在原料表面盖满一层碎玻璃，玻璃与原料的质量比为1：65。

本实施例中的废电机线来源于各类废旧电机，且废电机线入炉前首先进行漆膜脱除处理，去除表面杂质。将废电机线与光亮铜混合作为原料，一方面对废电机线进行了废旧铜资源的二次利用，降低了生产成本，另一方面光亮铜的加入又有助于提高含铜量，保障成品低氧铜的导电性和延展性，采用此种比例将两者进行混合，可以在保障含铜量的基础上最大程度地对各类废旧铜资源进行回收利用。

2、熔化：加料结束后，进入原料熔化工序，具体如下：

(1)加料后，关闭熔铜炉炉门，并通入天然气作为热源，天然气流量控制为820m³/h，点燃烧火嘴熔化原料，将自然风通入熔铜炉内助燃，保障天然气的快速充分燃烧，熔铜炉内的熔铜温度达到1350℃，原料表面覆盖的碎玻璃随之一起熔化。

(2)随着熔化工序的不断进行，熔铜炉内铜开始逐渐呈流体状态，铜液中包含铝、锡、锌、镁、铁、锑等多种金属杂质，向熔铜炉内通入大量氧气进行氧化处理，铝、锡、锌、镁、铁、锑等金属杂质被氧化为氧化亚铝、氧化亚锡、氧化亚锌、氧化亚镁、氧化亚锑等一系列亚氧化物，这些亚氧化物迅速与被玻璃中的二氧化硅成分相结合，生成各种金属硅酸盐，漂浮在铜液表面形成浮渣，便于后续扒渣去除。

目前对低氧铜的熔炼加工中多采用石英石或石英砂作为造渣剂，利用二氧化硅与铜液中亚氧化物的结合进行造渣，且造渣剂颗粒小而均匀，造渣过程较为迅速，能有效提高生产效率，但在实际生产中发现直接利用石英石或石英砂进行造渣，存在造渣不彻底、铜液中残留杂质较高的问题，严重影响后续成品加工质量。究其原因，石英石或石英砂的成分较为单一，只能对铜液中有限的碱性氧化物进行结合造渣，而铜液中含有的其他杂质难以有效处理，导致铜液中仍有部分杂质残留。

发明人为寻求更加有效的造渣方法，进行了多种材料的探索，最终发现将玻璃覆盖在铜液表面存在惊喜的造渣效果，且生产成本得到显著降低，玻璃是一种无规则结构的非晶态固体，以二氧化硅和氧化铝为主要成分，其内部还包含氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠等多种杂质成分，一方面玻璃中的二氧化硅成分可以与铜液中的多种碱性氧化物充分结合，形成金属硅酸盐漂浮在铜液表面；另一方面玻璃中含有的多种氧化物可以与铜液中的酸性氧化物进行反应，形成漂浮残渣；其次，玻璃中的氧化钙、氧化镁等成分具有较好的脱硫、脱磷效果，能有效去除铜液中的有害元素，且碎玻璃中富余的氧化物又能和自身的二氧化硅成分反应生成硅酸盐，不会对铜液造成额外杂质，可谓一举多得。

本实施例中将碎玻璃和原料一起投入熔炼炉中，碎玻璃颗粒能掺入原料内部混合，利于铜液内部的快速均匀造渣，其次，碎玻璃随原料一起受热熔化，并在随着原料的不断熔化而始终进行造渣处理，有助于提高造渣速率，且碎玻璃颗粒能深入铜液。

当熔铜炉内铜液的液面基本持平时，将铜液静置30～40min，保障铜液的充分造渣，然后将松木从扒渣口通入熔铜炉中，并使松木悬在铜液上方20～30cm处，利用松木的燃烧对铜液进行还原，去除铜液中气体，尤其是去除铜液中多余氧气，降低铜液中氧含量，并将铜液中的氧化亚铜还原为铜。本实施例采用多根松木轮流插入还原的方式，每根松木燃烧时间为30～35min，燃烧后将松木抽出熔铜炉5～10min，让熔炼炉内充分还原，然后重新插入新松木。

松木还原过后，对铜液静置保温4～5小时，保障铜液中气体完全溢出，避免铜液内残留多余气体，造成后续铜杆内部产生气孔；其次，在铜液静置过程中，能进一步保障铜液内部杂质和松木燃烧留下的灰烬残渣缓缓升浮到铜液表面，使铜液表面残渣聚集，便于集中扒渣清理。

3、去杂：静置结束后，用自动扒渣机将铜液表面漂浮的残渣扒出，扒渣结束后继续对铜液静置30～40min，保障铜液内无残渣继续浮起，对铜液进行取样送检，当各点样品成分检测一致时即可出铜，若各点成分检测不一致，则返回上述步骤，继续通松木进行还原，本实施例可采用多次检测来保障铜液的还原程度，也能避免因松木还原过度而导致低氧铜内部含有气孔、导电率下降、性质变脆等问题。

本实施例中对熔铜炉的炉门、炉门框及炉门两侧立柱均采取冷却水进行循环冷却，以防止各处的耐火材料因受急冷、急热而过度损耗，保障熔铜炉的使用寿命。

步骤二、铜液的浇铸，包括以下工序：

A、放铜液：熔铜结束后，采用开口器将熔铜炉的出铜口打开，铜液从出铜口流向不粘铜溜槽，本实施例采用石墨溜槽，具有耐高温、热膨胀系数小等优点，且溜槽强度随温度的提高而提高，对急热、急冷有一定的抗应变性，能有效避免铜液结焦结瘤。铜液从不粘铜溜槽流向浇包1中，本实施例中不粘铜溜槽和浇包1中的铜液表面均盖满一层木炭，使铜液表面与空气隔绝，有效防止铜液吃氧，降低铜液中含氧量，且不粘铜溜槽上设置有流量控制闸，可以有效调节铜液流量，避免后续浇铸流量不均匀而导致铜铸坯出现缩孔、缩松、气孔等缺陷。

B、自动浇铸：铜液经浇包1流向自动浇铸机进行结晶冷却，该工序对低氧铜的加工质量影响较大，本实施例中的自动浇铸机如图2所示，包括结晶轮2、钢带12和钢带轮组，其中钢带轮组包括压轮7、调节轮8、固定轮9、第一张紧轮10和第二张紧轮11，第一张紧轮10和第二张紧轮11位于结晶轮2的一侧，压轮7、调节轮8和固定轮9位于结晶轮2的另一侧，固定轮9和第一张紧轮10均位于结晶轮2下方，第二张紧轮11位于第一张紧轮10上方并靠近结晶轮2，压轮7和调节轮8则位于结晶轮2上方，压轮7将钢带12紧压在结晶轮2的外缘，且压轮7位于结晶轮2和调节轮8之间，钢带12依次绕过压轮7、调节轮8、固定轮9、第一张紧轮10和第二张紧轮11并紧紧包覆在结晶轮2外缘，钢带轮组驱动钢带12转动并调节其与结晶轮2的张紧度。钢带12与结晶轮2外缘上开设的凹槽围成结晶腔201，结晶腔201的一端为浇铸口，另一端为拉坯口，通过冷却系统对结晶轮2和钢带12的冷却，由浇铸口注入的铜液在结晶腔201内逐步凝固形成铜铸坯，随结晶轮2和钢带12的运动，铜铸坯由拉坯口拉出并送入下一工序。

如图2所示，本实施例中压轮7的一侧设置有第一预热装置13，调节轮8的一侧设置有第二预热装置14，第一预热装置13和第二预热装置14均为烧嘴，经冷却系统冷却后的钢带12首先经第二预热装置14进行初预热，然后再经第一预热装置13进行浇铸前二次预热，第一预热装置13和第二预热装置14相配合对包覆在结晶轮2外缘的钢带12进行有效预热，避免出现铜液进入结晶腔201时，遭钢带12急冷而导致冷热不均，铜液结晶质量差，甚至出现铜液爆炸的问题。

本实施例的冷却系统包括冷却总管和冷却分管，其中冷却分管包括内冷却管3、外冷却管4、外侧冷却管5和内侧冷却管15，内冷却管3、外冷却管4、外侧冷却管5和内侧冷却管15均沿结晶轮2的转动方向分布在结晶轮2四周，对结晶轮2沿浇铸口至拉坯口的区域进行强制冷却。如图3所示，内冷却管3和外冷却管4位于结晶轮2径向的内外两侧，外侧冷却管5和内侧冷却管15位于结晶轮2轴向的内外两侧，内冷却管3、外冷却管4、外侧冷却管5和内侧冷却管15朝向结晶轮2的一侧均匀间隔设置有喷嘴6，该冷却系统的设置从四个方向对结晶轮2进行强制冷却，使铜液在结晶轮2横截面的周向上冷却速度较为均匀，从而更好地控制铜铸坯的结晶过程，改善铜铸坯的结晶质量。

铜液的浇铸质量主要受浇铸温度和冷却效果的影响，其中浇铸温度对于铜铸坯的组织形态、力学性能和表面质量均有显著影响，本实施例中铜液的浇铸温度控制在1130℃，采用该浇铸温度有助于保障铜铸坯的成型质量，浇铸温度过低时，不仅会导致铜液黏度增加、补缩条件变坏、疏松及氧化膜缺陷增多，还会导致铸坯力学性能降低，产品延伸率下降；浇铸温度过高时，则一方面会导致铸坯结晶时柱状晶形成倾向增大，铸坯热脆性增加，抗拉强度差且容易产生裂纹，另一方面又容易导致铸坯表面形成拉痕、拉裂等缺陷。为了实现对浇铸温度的有效控制，本实施例在浇包1的一侧设置有温度传感器和加热装置16，温度传感器对浇铸前的铜液温度进行检测，加热装置16为烧嘴，根据温度传感器的检测结果，利用加热装置16对铜液进行有效升温或保温，从而保障浇铸温度。

本实施例中结晶轮2的温度控制为100℃，同样有助于保障铜铸坯的成型质量，结晶轮2温度过高，不利于铜铸坯的结晶，温度过低则又容易吸收水分，导致铜铸坯底部产生气孔，本实施例将浇铸温度、结晶轮2温度和冷却系统相配合，能够有效改善铜铸坯的结晶质量，保障低氧铜的综合性能。

冷却是影响铜液结晶的另一重要影响因素，冷却过度、冷却不足、冷却难以控制及冷却的状态不稳定都会导致铜液浇铸不合格，出现各类缺陷。本实施例采用冷却系统对结晶轮2四周环状冷却的方式，冷却总管的进水水压为6～8kg/cm²，进水水温不大于35℃，而内冷却管3、外冷却管4、外侧冷却管5和内侧冷却管15均为分段式结构，各分段设置有独立的进水口，能够使得各分段的冷却水水压、流量实现独立控制，能够更好的实现对冷却强度的精确控制。内冷却管3包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，其前冷却段、中冷却段和后冷却段的进水水压均为7kg/cm²。外冷却管4包括前冷却段和后冷却段，其前冷却段和后冷却段的进水水压均为7kg/cm²。外侧冷却管5和内侧冷却管15均包括前冷却段和后冷却段，其前冷却段和后冷却段的进水水压均为6kg/cm²。

冷却系统的合理配置对于低氧铜的结晶组织具有决定性影响，冷却过程实际上是铜液通过结晶轮2与冷却水之间的热交换过程，结晶腔201内充满高温铜液时，处于高温状态的结晶轮2外表面和冷却水接触的瞬间，结晶轮2表面容易汽化产生一层蒸汽膜，蒸汽膜阻碍结晶轮2和冷却水的接触，影响热交换效果，本实施例对结晶轮2采用四周环绕冷却的方式，且内冷却管3和外冷却管4中冷却水的进水水压为7kg/cm²，外侧冷却管5和内侧冷却管15的进水水压6kg/cm²，通过对冷却水压的控制而降低蒸汽膜的阻碍作用，保障结晶轮2的冷却强度。其次，在铜液浇铸过程中普遍存在靠近结晶腔201两侧的铜液冷却速度比结晶腔201中心冷却速度快的问题，铜液结晶时存在结晶速度不一致而导致铜铸坯出现裂纹、夹层等缺陷。本实施例中内冷却管3和外冷却管4中冷却水的进水水压大于外侧冷却管5和内侧冷却管15的进水水压，相对地内冷却管3和外冷却管4的冷却强度略大；由图3所示，外侧冷却管5和内侧冷却管15主要针对结晶腔201的左右两侧进行冷却，内冷却管3和外冷却管4主要针对结晶腔201的中心部位进行冷却，发明人采用不同的冷却水压对结晶腔201的冷却速度进行均衡调节，使结晶腔201横截面的周向上各处冷却速度一致，避免出现铜液结晶速度不一致的问题。

如图4所示，内冷却管3上安装的喷嘴6与内冷却管3在该安装位置切线方向的夹角α为10°，且内冷却管3前冷却段上安装的喷嘴6顺着铜液的流动方向倾斜，内冷却管3后冷却段上安装的喷嘴6顺着铜液流动的反方向倾斜，内冷却管3前冷却段和后冷却段上的喷嘴6方向相对设置，喷嘴6的倾斜设置使得喷射的冷却水沿结晶轮2的切线方向流动，并顺着结晶轮2继续向下流动，一方面可以增加冷却水在结晶轮2表面停留时间，加强冷却效果，另一方面又可以减少冷却水在结晶轮2上的反射飞溅，避免冷却水飞溅入结晶腔201中造成铜液爆炸，保障安全生产。

值得说明的是，内冷却管3为分段式结构，包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，前冷却段为起始结晶段，对应结晶轮2的起始段，使铜液在结晶腔201内形成坯壳，保证铜液与外界的充分隔离；中冷却段为强冷却段，对坯壳内铜液进行强制冷却形成完整的铸坯，强冷却段更要求铜液能充满坯壳内部，铜液凝固收缩后坯壳内能够达到铜液的自动补充，从而有效防止中心疏松的发生，改善铜铸坯的成型质量；后冷却段为调温段，对应结晶轮2的尾段，主要对铜铸坯温度进行调整，方便后续校直、修边、连轧对于铜铸坯温度的要求。由此可知，保障强冷却段中冷却水的冷却效果尤其重要，本实施例中内冷却管3前冷却段上安装的喷嘴6顺着铜液的流动方向倾斜，后冷却段上安装的喷嘴6顺着铜液流动的反方向倾斜，强冷却段则对应前冷却段和后冷却段的相接区域，位于相对倾斜安装的喷嘴6之间，在此区域，前冷却段上喷嘴6喷出的冷却水沿结晶轮2转动方向(即铜液流动方向)继续向下流动(如图4中右侧箭头方向所示)，后却段上喷嘴6喷出的冷却水沿着结晶轮2转动的反方向向下流动(如图4中左侧箭头方向所示)，两侧的冷却水相对喷射，在强冷却段聚集汇合，冷却水的水压水量得到充分保障，从而加强强冷却段的冷却效果，有助于改善铜铸坯的成型质量。

同理，本实施例中外冷却管4上安装的喷嘴6与外冷却管4在该安装位置切线方向的夹角γ为10°，且外冷却管4前冷却段上安装的喷嘴6顺着铜液的流动方向倾斜；外冷却管4后冷却段上安装的喷嘴6顺着铜液流动的反方向倾斜，如图5所示，外冷却管4前冷却段喷嘴6喷出的冷却水沿结晶轮2转动方向继续向下流动(如图5中右侧箭头方向所示)，后却段上喷嘴6喷出的冷却水逆着结晶轮2转动方向向下流动(如图5中左侧箭头方向所示)，两侧的冷却水相对喷射，在中间区域聚集汇合，保障中间区域的强制冷却。外侧冷却管5和内侧冷却管15的喷嘴6分布结构与外冷却管4上的喷嘴6分布结构相同。本实施例中冷却系统的设计能够保障对结晶轮2的冷却效果，从而提高铜铸坯的成型质量，保障低氧铜的综合性能。

C、铜铸坯后处理；

铜铸坯成型以后需对其进行修整处理，主要分为校直、去角、打毛工序，便于在进轧前得到较好的铜铸坯质量，由校直去角机对铜铸坯进行校直、去角处理并去除其两边铜屑，消除铜铸坯弯曲使其平整，并采用打毛机去除铜铸坯表面毛刺及铜屑。

铜铸坯成型以后，需继续进行后段加工才可加工成成品低氧铜杆或其他铜制品，本发明以轧制低氧铜杆为例，做进一步说明。

铜铸坯从结晶轮2的拉坯口引出后，即送入后段加工工序进行低氧铜的后续加工，具体如下：

步骤三、铜铸坯的轧制：

轧制主要是对铜铸坯进行塑性加工，轧制可以进一步细化铜铸坯的晶粒，消除其显微组织的缺陷，从而使低氧铜杆的组织致密，力学性能得到较大的改善。采用自动喂料机连轧机进行轧制，连轧机的进出口位置均设置有导位装置，铜铸坯经夹送辊及轧机进口处导位装置送入轧机，进轧前的温度为800～850℃，铜铸坯由轧机的轧辊轧制成低氧铜杆，铜铸坯轧制的轧制比为1：(1.35～1.40)，即进轧前的铜杆长度与轧制后的铜杆长度之比，轧制后的低氧铜杆延伸率好，电阻率低，使用性能优良，低氧铜杆轧制后经轧机出口处导位装置和夹送辊送出。具体在本实施例中铜铸坯进轧前的温度为800℃，轧制比为1：1.35。

轧制工序中使用乳化液对轧制系统各机架齿轮、轧辊及进出口导位装置等进行润滑冷却，使用后的乳化液则通过连轧机底座上的回流槽回流到乳化液池内，便于循环利用。可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合

轧制工序中还需使用润滑油对轧机齿轮箱体的齿轮及轴承进行润滑，油箱内的润滑油通过油泵进入齿轮箱后的进油总管，分三路进入齿轮箱然后经过分叉油管的喷出设备，对齿轮和轴承进行喷溅润滑，使用后同样进行回流循环利用。

步骤四、出料；

低氧铜杆经夹送辊送入绕杆机，绕杆机将轧制好的低氧铜杆绕成螺旋形并打包，最终包装后出料。

经生产检测及诸多客户的意见反馈，采用本实施例的加工工艺生产出的低氧铜杆，含氧量极低，且铜杆的电阻率低，导电性能优异，铜杆抗拉强度高，延展性能佳，后续进行拉丝处理时不易出现断头现象，拉丝效率较高，满足了市场对于优质低氧铜杆的需求，且采用本实施例的加工方法，能够对二次铜资源进行有效回收，生产成本得到显著降低，提高了企业生产效益。

实施例2

一种低氧铜冶炼结晶方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例步骤一中采用95％的废电机线和5％的光亮铜为原料混合打包，玻璃与原料的质量比为1：75，天然气流量为780m³/h，熔铜炉内的熔铜温度达到1200℃；步骤二中铜液的浇铸温度控制在1110℃，结晶轮2的温度控制为120℃。

本实施例中内冷却管3包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，其前冷却段、中冷却段和后冷却段的进水水压均为8kg/cm²；外冷却管4包括前冷却段和后冷却段，其前冷却段和后冷却段的进水水压均为8kg/cm²；外侧冷却管5和内侧冷却管15均包括前冷却段和后冷却段，其前冷却段和后冷却段的进水水压均为7kg/cm²。

本实施例中内冷却管3上安装的喷嘴6与内冷却管3在该安装位置切线方向的夹角α为15°，外冷却管4上安装的喷嘴6与外冷却管4在该安装位置切线方向的夹角γ为15°。

本实施例步骤三中铜铸坯进轧前的温度为850℃，轧制比为1：1.40。

实施例3

一种低氧铜冶炼结晶方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例步骤一中采用93％的废电机线和7％的光亮铜为原料混合打包，玻璃与原料的质量比为1：70，天然气流量为800m³/h，熔铜炉内的熔铜温度达到1300℃；步骤二中铜液的浇铸温度控制在1120℃，结晶轮2的温度控制为110℃。

本实施例中内冷却管3包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，其前冷却段、中冷却段和后冷却段的进水水压均为7.5kg/cm²；外冷却管4包括前冷却段和后冷却段，其前冷却段和后冷却段的进水水压均为7.5kg/cm²；外侧冷却管5和内侧冷却管15均包括前冷却段和后冷却段，其前冷却段和后冷却段的进水水压均为6.5kg/cm²。

本实施例中内冷却管3上安装的喷嘴6与内冷却管3在该安装位置切线方向的夹角α为12°，外冷却管4上安装的喷嘴6与外冷却管4在该安装位置切线方向的夹角γ为12°。

本实施例步骤三中铜铸坯进轧前的温度为830℃，轧制比为1：1.375。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、原料的熔化；

(1)加料：采用90％～95％的废电机线和5％～10％的光亮铜为原料混合打包，使用自动加料机将原料加入熔铜炉内，并在原料表面覆盖一层碎玻璃，玻璃与原料的质量比为1：(65～75)；

(2)熔化：向熔铜炉内通入天然气作为热源，并点燃烧火嘴熔化原料；原料熔化后，通入氧气进行氧化；铜液液面持平后，将松木通入熔铜炉内，利用松木的燃烧进行还原；

(3)去杂：铜液还原结束后，用扒渣机将铜液表面泛起的杂物扒出；

步骤二、铜液的浇铸；

去杂结束后，铜液从出铜溜槽流向自动浇铸机，其中铜液的浇铸温度为1110～1130℃，经冷却系统冷却后的结晶轮(2)温度为100～120℃，铜液经浇包(1)进入结晶轮(2)冷却结晶形成铜铸坯，铜铸坯从结晶轮(2)的拉坯口引出后，送入后段加工工序进行低氧铜的后续加工；

所述冷却系统包括冷却总管，冷却总管上设置有内冷却管(3)、外冷却管(4)、外侧冷却管(5)和内侧冷却管(15)，内冷却管(3)和外冷却管(4)分别位于结晶轮(2)径向的两侧，外侧冷却管(5)和内侧冷却管(15)分别位于结晶轮(2)轴向的两侧；内冷却管(3)、外冷却管(4)、外侧冷却管(5)和内侧冷却管(15)朝向结晶轮(2)的一侧均设置有喷嘴(6)；所 述内冷却管(3)包括前冷却段、中冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为7～8kg/cm²，中冷却段的进水水压为7～8kg/cm²，后冷却段的进水水压为7～8kg/cm²；外冷却管(4)包括前冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为7～8kg/cm²，后冷却段的进水水压为7～8kg/cm²；外侧冷却管(5)包括前冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为6～7kg/cm²，后冷却段的进水水压为6～7kg/cm²；

内侧冷却管(15)包括前冷却段和后冷却段，前冷却段的进水水压为6～7kg/cm²，后冷却段的进水水压为6～7kg/cm²；外冷却管(4)前冷却段上安装的喷嘴(6)沿铜液的流动方向倾斜；外冷却管(4)后冷却段上安装的喷嘴(6)沿铜液流动的反方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，所述步骤一中天然气的流量为780～820m³/h，熔铜炉内的熔化温度为1200～1350℃。

3.根据权利要求2所述的一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，步骤二中出铜溜槽和浇包(1)中的铜液表面均盖满一层木炭。

4.根据权利要求3所述的一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，步骤二中浇包(1) 的一侧设置有加热装置(16)。

5.根据权利要求4所述的一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，步骤二中自动浇铸机包括结晶轮(2)、钢带(12)和钢带轮组，钢带(12)穿过钢带轮组并包覆在结晶轮(2)外缘，与结晶轮(2)外缘开设的凹槽形成结晶腔(201)，铜液经浇包(1)流入结晶腔(201)内通过冷却系统进行冷却结晶，形成铜铸坯；

钢带轮组包括压轮(7)、调节轮(8)、固定轮(9)、第一张紧轮(10)和第二张紧轮(11)，钢带轮组驱动钢带(12)转动，压轮(7)将钢带(12)紧压在结晶轮(2)外缘，压轮(7)和调节轮(8)的一侧分别设置有第一预热装置(13)和第二预热装置(14)。

6.根据权利要求1所述的一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，所述冷却总管的进水水压为6～8kg/cm²，进水水温不大于35℃；内冷却管(3)、外冷却管(4)、外侧冷却管(5)和内侧冷却管(15)均为分段式结构，各分段设置有进水口，对各分段的冷却水水压进行独立控制。

7.根据权利要求1所述的一种低氧铜冶炼结晶方法，其特征在于，所述外冷却管(4)上安装的喷嘴(6)与外冷却管(4)在该安装位置切线方向的夹角γ为10°～15°；内冷却管(3)、外侧冷却管(5)和内侧冷却管(15)的喷嘴(6)分布结构与外冷却管(4)上的喷嘴(6)分布结构相同。