CN108118175A - 大容量调相机用含银铜杆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有色金属加工领域，尤其是一种大容量调相机用含银铜杆的制备方法，步骤如下：步骤一、材料配制；步骤二、准备上引连铸机组；步骤三、参数调节；步骤四、工频熔化炉；步骤五、引杆。采用本方案制作得到的含银铜杆作为基材制作含银铜排产品，得到的含银铜排产品的导电性能偏差较小，能够满足调相机转子绕组使用需求。

Description

大容量调相机用含银铜杆的制备方法

技术领域

本发明涉及有色金属加工领域，具体涉及一种大容量调相机用含银铜杆的制备方法。

背景技术

同步调相机又称同步补偿机，用于改善电网功率因数，维持电网电压水平。同步调相机 是一种特殊运行状态下的同步电机，当应用于电力系统时，能根据系统的需要，自动地在电 网电压下降时增加无功输出，在电网电压上升时吸收无功功率，以维持电压，提高电力系统 的稳定性，改善系统供电质量。为我国乃至全球从电站到电网之间实现长期、稳定供电提供 了一个全新的方案。

该机组生产流程为：含银铜杆——含银铜排坯线——含银铜排成品。其中含银铜杆的制 备决定整个铜排的综合性能。该含银铜排需要在耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性等方面要求较 高，同时要求较好的导电性能，采用加入微量元素银的方式可以实现。但当银铜含量大于等 于99.93％，银含量0.088～0.195％之间时，含银铜排导电率难以控制在1.765～1.898υΩ.cm (20℃)；导致含银铜排导电性能偏差较大，不能满足调相机转子绕组使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大容量调相机用含银铜杆的制备方法，能够克服上述不足， 使得含银铜排产品的导电性能偏差较小，满足调相机转子绕组使用需求。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

大容量调相机用含银铜杆的制备方法,步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.088～0.195％、 铁0.001～0.005％，铜和银的含量总和大于等于99.93％；

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、工频保温炉、牵引系统、 熔液冷却结晶系统；

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水 压保持在0.26Mpa～0.3Mpa，温度保持在26℃～32℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为5.5mm～8.5mm；

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水 表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入 到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1115℃～1130℃；

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制在0.4m/min～ 0.55m/min之间；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不变；且引杆过 程中不断加入铜、银和铁的方法如下：每2小时进行一次含银量和电阻率检测，保证银含量 为0.088～0.195％，20℃下测试电阻率为1.765～1.890μΩ.cm；当含银量小于规定值，加 入银进行平衡；当含银量大于规定值，则加入铜进行平衡；当电阻率小于1.765μΩ.cm，加 铁进行平衡；当电阻率大于1.890μΩ.cm，停止加铁，加入铜进行平衡；最后得到含银铜杆。

本方案产生的有益效果是：

1、材料成份重量百分比为：银0.088～0.195％、铁0.001～0.005％，铜和银的含量总和 大于等于99.93％；由于微量铁可以细化晶粒，上述范围能够改善铜及合金性能，控制电阻率。

2、铜水表面覆盖杠碳，能够铜水不被空气氧化，吸收铜水表面的氢和氧，保证铜水的 纯度；防止得到的含银铜杆出现空心、性能达不到要求等情况出现。

3、本方案在引杆过程中，持续加入铜、银、铁；同时，每2小时进行一次含银量和电阻率检测，来控制银含量在0.088～0.195％以及电阻率在1.765～1.890μΩ.cm的范围；本方案比普通含银铜杆生产过程更繁杂、精心，最后得到的含银铜杆性能非常的好，而且将该含银铜杆进行连续挤压、拉拔等工艺制作得到含银铜排产品，该含银铜排产品的导电率能够 控制在1.765～1.898υΩ.cm(20℃)，导电性能偏差小，能满足新型大容量空冷调相机转子绕组使用需求。

4、该发明采用在金属铜上引铸造过程中添加银、铁合金元素，改变其化学成分及综合 性能的方式。尤其是加入微量元素铁，且在铁总含量不超过0.005％的前提下，其熔化、冷却 结晶后，铁以杂质的形式形成于铜合金晶粒中，一定程度上增加了通电后该合金电子运动的 阻力，使该合金电阻增加。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，步骤五中加铁进行平衡时，先将铁等分成 若干份，然后再分批加入铁进行平衡。

采用上述方法，首先将铁分成若干成分，在需要的时候就将其中一份加入，非常的方便 且容易控制加入量。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，步骤二中引杆节距为6mm～7mm。

引杆节距在上述范围内，进一步控制了含银铜杆成型的硬度，减少含银铜杆内部空心， 表面裂纹。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，步骤二中熔液冷却结晶系统内的水压保 持在0.27Mpa～0.29Mpa，温度保持在28℃～30℃。

水压和温度在上述范围内，使得冷却温度适中，实现了含银铜杆结晶成型的冷却控制， 保证了冷却效果，也进一步保证了含银铜杆的品质，减少含银铜杆内部空心，表面裂纹。

优选方案四：作为对基础方案或优选方案三的进一步优化，步骤五中引杆速度为0.45m/min～0.5m/min之间。进一步防止含银铜杆内部空心，表面裂纹。

优选方案五：作为对基础方案的进一步优化，步骤一中，铁含量为0.001～0.002％。进 一步控制含铁量，进而控制电阻率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

上引连铸是一种连续铸造的方法,其原理是利用金属熔液冷却结晶的机理,从熔融的金 属或合金熔液中缓慢连续地抽出具有一定形状的固态金属线材、板材等。

上引连铸机主要由熔化系统、熔液液面跟踪系统、熔液冷却结晶系统、牵引系统组成。

熔化系统:对金属块进行加热熔化,并对熔液提供保温、保护等；主要由工频熔化炉构成。

熔液液面跟踪系统:对熔融的金属液面进行跟踪测量,并通过升降机构使熔液冷却结晶 系统中的结晶器能够与金属液面因不断地被抽取而发生的高度变化保持同步。主要由碳化硅 浮子、信号处理系统、升降机构组成。

熔液冷却结晶系统:对进入到结晶器内的金属熔液进行冷却凝固成形,从而获得固定形 状的线材或板材。主要由冷却水进出管道、结晶室、石墨定形管、耐火材料保护套、冷却水 系统等组成。

牵引系统:对在结晶器内已形成的短小的固态金属线材或板材进行受控牵引,以获得连 续的线材或板材。

实施例1

大容量调相机用含银铜杆的制备方法,步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.09％、铁0.001～ 0.005％，铜和银的含量总和等于99.94％；由于一般的铜、银中均含有杂质，因此材料成分重量百分 比的总和不会高达100％，其余的为杂质。

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、牵引系统、熔液冷却结 晶系统。

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水 压保持在0.26Mpa，温度保持在26℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为5.5mm。

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水 表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入 到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1115℃。

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制为0.4m/min； 熔化温度控制在1115℃；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不变；且 引杆过程中不断加入铜、银和铁的方法如下：先将铁等分成若干份；每2小时进行一次含银 量和电阻率检测，保证银含量为0.088～0.195％，20℃下测试电阻率为1.765～1.890μΩ.cm； 当含银量小于规定值，加入银进行平衡；当含银量大于规定值，则加入铜进行平衡；当电阻 率小于1.765μΩ.cm，根据添加周期分批加入铁进行平衡；当电阻率大于1.890μΩ.cm， 停止加铁，加入铜进行平衡；最后得到含银铜杆。含银铜杆中铁的总含量小于等于银、铁和 铜总含量的0.005％。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，大容量调相机用含银铜杆的制备方法,步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.1％、铁0.001～ 0.005％，铜和银的含量总和等于99.975％。由于一般的铜、银中均含有杂质，因此材料成分 重量百分比的总和不会高达100％，其余的为杂质。

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、牵引系统、熔液冷却结 晶系统。

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水 压保持在0.3Mpa，温度保持在32℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为8.5mm。

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水 表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入 到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1130℃。

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制在0.55m/min 之间；熔化温度控制在1130℃；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不 变；且引杆过程中不断加入铜、银和铁的方法如下：每2小时进行一次含银量和电阻率检测， 保证银含量为0.088～0.195％，20℃下测试电阻率为1.765～1.890μΩ.cm；当含银量小于 规定值，加入银进行平衡；当含银量大于规定值，则加入铜进行平衡；当电阻率小于1.765μΩ.cm，加铁进行平衡；当电阻率大于1.890μΩ.cm，停止加铁，加入铜进行平衡； 最后得到含银铜杆。含银铜杆中铁的总含量小于等于银、铁和铜总含量的0.005％。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：

大容量调相机用含银铜杆的制备方法,步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.08％，铜和银 的含量总和等于99.91％；由于一般的铜、银中均含有杂质，因此材料成分重量百分比的总和 不会高达100％，其余的为杂质。

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、牵引系统、熔液冷却结 晶系统。

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水 压保持在0.26Mpa，温度保持在26℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为5.5mm。

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水 表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入 到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1115℃。

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制在0.4m/min； 熔化温度控制在1115℃之间；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不变。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于：

大容量调相机用含银铜杆的制备方法,步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.0715％，铜和 银的含量总和等于99.98％；由于一般的铜、银中均含有杂质，因此材料成分重量百分比的总 和不会高达100％，其余的为杂质。

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、牵引系统、熔液冷却结 晶系统。

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水 压保持在0.26Mpa，温度保持在26℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为5.5mm。

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水 表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入 到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1115℃。

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制在0.4m/min； 熔化温度控制在1115℃之间；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不变。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于：

大容量调相机用含银铜杆的制备方法,步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.108％，铜和银的含量总和等于99.97％；由于一般的铜、银中均含有杂质，因此材料成分重量百分比的总 和不会高达100％，其余的为杂质。

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、牵引系统、熔液冷却结 晶系统。

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水 压保持在0.26Mpa，温度保持在26℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为5.5mm。

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水 表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入 到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1115℃。

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制在0.4m/min； 熔化温度控制在1115℃之间；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不变。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于：

步骤三中，引杆节距为0.4mm。

步骤五中，引杆速度控制为0.3m/min。

对比例5

本对比例与实施例1的区别在于：

步骤三中，引杆节距为9mm。

步骤五中，引杆速度控制为0.6m/min。

如表1所示，体现了现有技术中一般的含银铜杆制作的含银铜排产品的技术指标范围 和采用本方案的含银铜杆制作出来的大容量调相机用含银铜排产品的指标范围：

表1

如表2所示，表2为采用本方案的实施例1～对比例3得到的含银铜杆制作得到的含银 铜排产品的技术指标：

表2

对比例1与实施例1相比，对比例1中未在原材料中添加铁，且铜和银含量总和等于99.91％；同时未采用实施例1步骤五中，每两小时测试一次含银量和电阻率。

对比例2与实施例1相比，对比例2中未在原材料中添加铁，且铜和银含量总和等于99.98％；同时未采用实施例1步骤三中，每两小时测试一次含银量和电阻率。

对比例3与实施例1相比，对比例3中未在原材料中添加铁，且铜和银含量总和等于99.97％；同时未采用实施例1步骤三中，每两小时测试一次含银量和电阻率。

对比例1、对比例2和对比例3最后得到含银铜排产品的电阻率≤1.765υΩ.cm (20℃)，导电性能偏差较大，不能满足新型大容量空冷调相机转子绕组使用需求。而实施例 1和实施例2制作出来的含银铜排产品的电阻率均控制在1.765～1.898υΩ.cm(20℃)， 导电性能偏差小，能满足新型大容量空冷调相机转子绕组使用需求。其中最主要的原因在于 实施例1和实施例2中均加入了铁进行原料配比调整，使得制作过程中的电阻率控制在了1.765～1.890μΩ.cm(20℃)。注意：含银铜排产品的电阻率大于步骤五引杆过程中20℃下测试电阻率的范围，主要是因为成品含银铜排产品为硬态，而步骤五中引杆过程中的铜为软 态。

对比例4与实施例1相比，对比例4区别在于，引杆节距为0.4mm；引杆速度控制为0.3m/min；在对比例4中制作得到的含银铜杆表面发现裂纹且含银铜杆内部发现空心的情况。

对比例5与实施例1相比，对比例5区别在于，引杆节距为9mm；引杆速度控制为0.6m/min；在对比例5中制作得到的含银铜杆表面发现裂纹且含银铜杆内部发现空心的情况。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。 应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变 形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的 实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等 记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.大容量调相机用含银铜杆的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、材料配制：分别取银、铁和铜；且材料成份重量百分比为：银0.088～0.195％、铁0.001～0.005％，铜和银的含量总和大于等于99.93％；

步骤二、准备上引连铸机组：上引连铸机组包括工频熔化炉、工频保温炉、牵引系统、熔液冷却结晶系统；

步骤三、参数调节：调节熔液冷却结晶系统的冷却水量，使熔液冷却结晶系统内的水压保持在0.26Mpa～0.3Mpa，温度保持在26℃～32℃；牵引系统包括引杆，引杆节距为5.5mm～8.5mm；

步骤四、工频熔化炉：工频熔化炉内设有熔化的铜水，铜水表面覆盖有杠碳；将铜水表面覆盖的杠碳划开，使得杠碳之间产生缝隙，将铜、银、铁按顺序从杠碳之间的缝隙加入到铜水中进行熔化，熔化温度控制在1115℃～1130℃；

步骤五、引杆：将步骤四中熔化后的材料进行上引连铸；且引杆速度控制在0.4m/min～0.55m/min之间；在引杆过程中持续加入铜、银、铁以保持合金成份和液位不变；且引杆过程中不断加入铜、银和铁的方法如下：每2小时进行一次含银量和电阻率检测，保证银含量为0.088～0.195％，20℃下测试电阻率为1.765～1.890μΩ.cm；当含银量小于规定值，加入银进行平衡；当含银量大于规定值，则加入铜进行平衡；当电阻率小于1.765μΩ.cm，加铁进行平衡；当电阻率大于1.890μΩ.cm，停止加铁，加入铜进行平衡；最后得到含银铜杆。

2.根据权利要求1所述的大容量调相机用含银铜杆的制备方法，其特征在于，步骤五中加铁进行平衡时，先将铁等分成若干份，然后再分批加入铁进行平衡。

3.根据权利要求2所述的大容量调相机用含银铜杆的制备方法，其特征在于，步骤二中引杆节距为6mm～7mm。

4.根据权利要求3所述的大容量调相机用含银铜杆的制备方法，其特征在于，步骤二中熔液冷却结晶系统内的水压保持在0.27Mpa～0.29Mpa，温度保持在28℃～30℃。

5.根据权利要求1或4所述的大容量调相机用含银铜杆的制备方法，其特征在于，步骤五中引杆速度为0.45m/min～0.5m/min之间。

6.根据权利要求1所述的大容量调相机用含银铜杆的制备方法，其特征在于，步骤一中，铁含量为0.001～0.002％。