CN113198991A - 基于上引法引制小规格铜杆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，该方法生产的小规格铜杆为直径小于8mm的铜杆，且同时设有两个及以上的小规格引杆进行引制，具体包括：选材、熔炼、除气、引制。本发明引制方法通过在结晶器内设置多根引杆，同时在各引杆间设置循环冷却水隔系统进行二次冷却，可同时引制多根小规格铜杆，生产效率高，牵引速度快，得到的铜杆表面圆整光亮、无瘢痕，经检测性能均合格。

Description

基于上引法引制小规格铜杆的方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种基于上引法引制小规格铜杆的方法。
背景技术
上引法铜杆生产技术是近年来改进、创新的一项成熟工业技术，与传统连铸连轧、水平连铸连轧等铜杆制备技术相比，具有产量高、质量稳定、能耗低、无环境污染等优势。国内上引法的主要产品规格是
Figure BDA0003063917350000011
的铜杆，然后用轧机或巨拉机将上引出的大直径铜杆加工为
Figure BDA0003063917350000012
铜杆。虽然上引大直径铜杆对后续加工生产型线，如电车用扇形线，变压器用扁线，是不可缺少的；对生产一般电线电缆行业用裸圆铜线而言，这一工序虽可满足上引所要求的规模产量，但生产成本偏高。尤其是首先要上引大直径铜杆，再用轧机将铜杆轧制到
Figure BDA0003063917350000013
这一工序的突出问题在于轧机的运行维护费用太高，导致
Figure BDA0003063917350000014
铜杆的生产成本居高不下。
上引法生产铜杆，作为铜杆生产工艺已相当成熟，改进余地不大。如何直接上引生产小规格铜杆，去掉轧机轧制工序，大大降低铜杆生产成本是当前需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，该生产方法可同时引制多根小规格铜杆，生产效率高，牵引速度快，得到的铜杆表面光亮、无瘢痕，经检测性能均合格。
为实现上述目的，本发明提供一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，所述小规格铜杆为直径小于8mm的铜杆，所述引制方法通过同时设有两个及以上的引杆进行引制，具体包括以下步骤：
S1.选材：选择铜原料，按需求配好料；
S2.熔炼：将步骤S1中配好的料加入到熔炼炉中，在熔炼炉中通入高纯氮气，然后将熔炼炉温度升至1160-1200℃，熔化后，再将温度升至1220℃下精练0.5h后，将铜液引到上引炉；
S3.除气：在步骤S2上引炉的铜液表面盖上一层石墨碳粉，同时将温度保持在1160-1220℃，并向距离上引炉铜液面60-80mm处通入高纯氮气，并静置5-6h；
S4.引制：将各引杆从上端插入结晶器内，引杆下端伸出结晶器下端并插入铜液中，将引杆固定，结晶器为中空型，内部设有循环冷却水隔系统，引制过程中铜液在结晶器内凝结成固定，在牵引机构的作用下引制成小规格铜杆。
进一步的，上述技术方案中，所述引杆的直径为3-5mm，数量为2-4根。本技术方案中引杆直径设置比较小，通过合理布置，2-4根也不会影响上引炉腔的空间排布及热效率。
进一步的，上述技术方案步骤S1中铜原料为黄铜或紫铜，含铜量均不低于99.9％，配料时加入铜原料总重量0.2-0.5％的脱氧剂。本技术方案中加入脱氧剂可将氧从铜原料中脱离出来，减少铜的氧含量，可有效防止铜在熔炼过程中被氧化。
进一步的，上述技术方案步骤S2中熔炼炉采用交流电压380V，在将铜液引到上引炉前的管道前装有耐高温陶瓷过滤器。本技术方案中通过在上引炉前的引流管道前装耐高温的陶瓷过滤器可有效去除铜液中的不熔物及杂质，提高铜杆的纯度。
进一步的，上述技术方案中高纯氮气纯度不低于99.9％，压力为0.2-0.25MPa。本技术方案中采用高纯氮气并排挤出熔炼炉中的空气，可有效防止氧和氢进入铜液，以及防止铜被氧化。
进一步的，上述技术方案步骤S3中石墨碳粉厚度为100-150mm，纯度不低于96％。本技术方案中通过在铜液表面覆盖一层石墨碳粉，进一步隔绝空气。
进一步的，上述技术方案步骤S4中循环冷却水隔系统包括底部相通的一次冷却水管和二次冷却水管，二次冷却水管紧挨各引杆且相通，冷却水从一冷却水管上部进入，从二次冷却水管上部流出，进水温度控制在24-28℃，进出水温差控制在7-9℃，供水压力0.18-2.2MPa。本技术方案中通过二次冷却，严格控制进出水温度，冷却效果好，有利于铜杆的牵引。
进一步的，上述技术方案中牵引速度控制在5000-6000mm/min。本技术方案中通过控制冷却温度，加快牵引速度来增加生产能力。
本发明具有的有益效果是：本发明引制方法通过在选材阶段添加脱氧剂、在熔炼阶段通入高纯氮气来控制铜液中氧气含量以及防止被氧化，通过过滤杂质提高铜的纯度，有利于提高铜的性能；在结晶器内设置多根引杆，同时在各引杆间设置循环冷却水隔系统进行二次冷却，可同时引制多根小规格铜杆，生产效率高，牵引速度快，得到的铜杆表面光亮、无瘢痕，经检测均合格。
附图说明
图1是本发明结晶器剖面结构示意图；
图2是本发明实施例1结晶器截面示意图；
图3是本发明实施例2结晶器截面示意图；
图4是本发明实施例3结晶器截面示意图。
图中，1.进水口，2.出水口，3.一次冷却水管，4.二次冷却水管，5.引杆，6铜液。
具体实施方式
下以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
请参阅图1至图4，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1所示，图1为本发明结晶器剖面结构示意图，引杆5穿过结晶器插入到铜液6中，引制铜杆时，冷却水从进水口1进入到一次冷却水管3，进行第一冷却，然后从一次冷却水管3下部进入到二次冷却水管4，进行第二次冷却，最后从出水口2排出。下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，同时设有两根直径为5mm的引杆进行引制，如图2所示，具体包括以下步骤：
S1.选材：选择含铜量均不低于99.9％的黄铜为原料，加入0.5％的脱氧剂；
S2.熔炼：将步骤S1中配好的料加入到熔炼炉中并采用交流电压380V，在熔炼炉中通入纯度不低于99.9％，压力为0.2MPa的高纯氮气，然后将熔炼炉温度升至1180℃，熔化后，再将温度升至1220℃下精练0.5h后，将铜液引到上引炉，同时在将铜液引到上引炉前的管道前装有耐高温陶瓷过滤器；
S3.除气：在步骤S2上引炉的铜液表面盖上一层厚度为100mm，纯度不低于96％的石墨碳粉，同时将温度保持在1180℃，并向距离上引炉铜液面65mm处通入纯度不低于99.9％，压力为0.2MPa的高纯氮气，并静置6h；
S4.引制：将各引杆从上端插入结晶器内，引杆下端伸出结晶器下端并插入铜液中，将引杆固定，结晶器为中空型，内部设有循环冷却水隔系统，包括底部相通的一次冷却水管和二次冷却水管，二次冷却水管紧挨各引杆且相通，冷却水从一冷却水管上部进入，从二次冷却水管上部流出，进水温度控制在24℃，进出水温差控制在7-9℃，供水压力0.18-2.2MPa，引制过程中铜液在结晶器内凝结成固定，以6000mm/min的牵引速度引制得到直径为7mm的小规格铜杆。
实施例2
一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，同时设有三根直径为4.5mm的引杆进行引制，如图3所示，具体包括以下步骤：
S1.选材：选择含铜量均不低于99.9％的紫铜为原料，加入0.3％的脱氧剂；
S2.熔炼：将步骤S1中配好的料加入到熔炼炉中并采用交流电压380V，在熔炼炉中通入纯度不低于99.9％，压力为0.25MPa的高纯氮气，然后将熔炼炉温度升至1170℃，熔化后，再将温度升至1220℃下精练0.5h后，将铜液引到上引炉，同时在将铜液引到上引炉前的管道前装有耐高温陶瓷过滤器；
S3.除气：在步骤S2上引炉的铜液表面盖上一层厚度为120mm，纯度不低于96％的石墨碳粉，同时将温度保持在1170℃，并向距离上引炉铜液面70mm处通入纯度不低于99.9％，压力为0.25MPa的高纯氮气，并静置5h；
S4.引制：将各引杆从上端插入结晶器内，引杆下端伸出结晶器下端并插入铜液中，将引杆固定，结晶器为中空型，内部设有循环冷却水隔系统，包括底部相通的一次冷却水管和二次冷却水管，二次冷却水管紧挨各引杆且相通，冷却水从一冷却水管上部进入，从二次冷却水管上部流出，进水温度控制在25℃，进出水温差控制在7-9℃，供水压力0.18-2.2MPa，引制过程中铜液在结晶器内凝结成固定，以5500mm/min的牵引速度引制得到直径为6.5mm的小规格铜杆。
实施例3
一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，同时设有四根直径为4mm的引杆进行引制，如图4所示，具体包括以下步骤：
S1.选材：选择含铜量均不低于99.9％的黄铜为原料，加入0.4％的脱氧剂；
S2.熔炼：将步骤S1中配好的料加入到熔炼炉中并采用交流电压380V，在熔炼炉中通入纯度不低于99.9％，压力为0.2MPa的高纯氮气，然后将熔炼炉温度升至1160℃，熔化后，再将温度升至1220℃下精练0.5h后，将铜液引到上引炉，同时在将铜液引到上引炉前的管道前装有耐高温陶瓷过滤器；
S3.除气：在步骤S2上引炉的铜液表面盖上一层厚度为150mm，纯度不低于96％的石墨碳粉，同时将温度保持在1160℃，并向距离上引炉铜液面75mm处通入纯度不低于99.9％，压力为0.2MPa的高纯氮气，并静置6h；
S4.引制：将各引杆从上端插入结晶器内，引杆下端伸出结晶器下端并插入铜液中，将引杆固定，结晶器为中空型，内部设有循环冷却水隔系统，包括底部相通的一次冷却水管和二次冷却水管，二次冷却水管紧挨各引杆且相通，冷却水从一冷却水管上部进入，从二次冷却水管上部流出，进水温度控制在26℃，进出水温差控制在7-9℃，供水压力0.18-2.2MPa，引制过程中铜液在结晶器内凝结成固定，以5000mm/min的牵引速度引制得到直径为6mm的小规格铜杆。
对比例1
一种小规格铜杆的制备方法，铜原料为黄铜，含铜量不低于99.9％，采用挤制法制得的直径为7mm的铜杆。
参照GB/T 3952-2008国家标准对实施例1-3和对比例1进行性能测试，结果如表1：
表1
Figure BDA0003063917350000071
从表1可以看出，本发明实施例生产的铜杆的性能均达到国家标准，且抗拉强度、伸长率均优于挤制法制得的铜杆。说明本发明方法生产的铜杆具有良好的强度性能和导电性能，且表面圆整光亮、无瘢痕。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述小规格铜杆为直径小于8mm的铜杆，所述引制方法通过同时设有两个及以上的引杆进行引制，具体包括以下步骤：
S1.选材：选择铜原料，按需求配好料；
S2.熔炼：将步骤S1中配好的料加入到熔炼炉中，在熔炼炉中通入高纯氮气，然后将熔炼炉温度升至1160-1200℃，熔化后，再将温度升至1220℃下精练0.5h后，将铜液引到上引炉；
S3.除气：在步骤S2上引炉的铜液表面盖上一层石墨碳粉，同时将温度保持在1160-1220℃，并向距离上引炉铜液面60-80mm处通入高纯氮气，并静置5-6h；
S4.引制：将各引杆从上端插入结晶器内，引杆下端伸出结晶器下端并插入铜液中，将引杆固定，结晶器为中空型，内部设有循环冷却水隔系统，引制过程中铜液在结晶器内凝结成固定，在牵引机构的作用下引制成小规格铜杆。
2.根据权利要求1所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述引杆的直径为3-5mm，数量为2-4根。
3.根据权利要求1所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述步骤S1中铜原料为黄铜或紫铜，含铜量均不低于99.9％，配料时加入铜原料总重量0.2-0.5％的脱氧剂。
4.根据权利要求1所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述步骤S2中熔炼炉采用交流电压380V，在将铜液引到上引炉前的管道前装有耐高温陶瓷过滤器。
5.根据权利要求1所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述高纯氮气纯度不低于99.9％，压力为0.2-0.25MPa。
6.根据权利要求1所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述步骤S3中石墨碳粉厚度为100-150mm，纯度不低于96％。
7.根据权利要求1所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述步骤S4中循环冷却水隔系统包括底部相通的一次冷却水管和二次冷却水管，二次冷却水管紧挨各引杆且相通，冷却水从一冷却水管上部进入，从二次冷却水管上部流出，进水温度控制在24-28℃，进出水温差控制在7-9℃，供水压力0.18-2.2MPa。
8.根据权利要求7所述的基于上引法引制小规格铜杆的方法，其特征在于，所述牵引速度控制在5000-6000mm/min。
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