CN1504585A - 一种工业级高纯铜材的连续生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在利用感应电炉熔炼与保温铸造的易密封性，配套精炼器系统、自动控制和自动检测等设施，进行连续铸造、拉伸或精轧的相互配套，生产铜含量≥99.99％Cu(4N)的高纯铜材。其技术特征是：通过精炼器和特殊工艺，除去融体中有害杂质元素，对融体实施密封覆盖保护下熔炼与铸造连续生产，满足电子信息工业快速发展的要求。本技术是专门用于生产高端电子产品和其它特殊用途铜产品的方法，属低成本，环保型生产方法。

Description

一种工业级高纯铜材的连续生产方法

本发明技术提供了一种专门用于生产工业级高纯铜连铸线、棒、板、带坯和配套拉伸或压延加工的生产方法，技术涉及有色金属工业和电子信息工业技术领域。产品是专供高端电子产品和其它特殊用途的高级基础材料。

工业级高纯铜材的生产，据有关资料显示，目前国内外该金属材料的生产方法有两类，一类是采用真空熔炼，惰性气体保护立式半连续铸造，铸锭棒坯经加热挤压，多道次拉伸出产品，或铸板坯经热轧、冷轧(精轧)后最终制成工业级高纯铜产品。另一类是采用竖炉熔炼，融体在流经密封流槽时加入惰性气体保护，并配制精炼装置，铸造采用密封立式半连铸或水平连续铸造，锭坯经热轧或冷轧(或挤压、拉伸)后续变形加工，最终制成工业级高纯铜产品。上述方法工艺是可行的，但其生产成本偏高，生产工艺操作复杂，工艺参数不易控制。本发明的目的在于充分利用连体感应电炉的密封熔炼、铸造及操作的方便灵活和可控性特点，配备精炼装置和融体保护工艺，实现去除融体中有害杂质元素的目的，配套后续拉伸或轧制压延工序，满足低成本工业级高纯铜的生产。采用该方法可生产氧含量＜5PPM的各种类型的线、棒、板、带、型材的高纯电子铜材。

本发明技术采用主要设施有：阴级铜烘烤炉、熔炼炉、保温炉、精炼室、自动测导仪、自动控制系统，以及多模拉伸机或轧机等。阴级铜烘烤炉炉体是水平设置，炉膛内通入保护性气体烘烤，烘烤过程是间歇式进行；熔炼炉与精炼室设置及精炼室与保温炉设置是台阶式结构，相互间高度差在0.5-1.0m之间；熔炼炉中设置可控导流孔，导流孔与精炼室相互贯通，稍高于或平行于熔炼炉炉膛底平面，可控导流装置主要用于连续生产时模具的变换或事故性控制操作；密闭精炼室中内置炭质制阶梯弯道精炼器与废炭精粒燃烧或采用还原性气体保护进行复合精炼/或在精炼室融体中通入保护性气体，用自动机械搅拌方法精炼除气/或在精炼室中用真空精炼除气，精炼室中的导流孔应与精炼室底平面成一定斜度，满足停产时及时清除精炼室中残留融体，精炼室与保温炉导流孔相通；保温炉和熔炼炉融体表面用干馏炭精粒或干馏木炭覆盖，铸造是在保温炉上水平或上引连铸进行，铸杆或铸板经测导仪检测，检验铸坯是否满足质量要求，对铸坯存在铸造缺陷的部位，测导仪将信号反馈至中央计算器，由中央计算器发出警示声鸣信号，并在该处打戳标识，以便后续拉伸或压延加工中分类处理。连铸线的系统密封是在熔炼炉和保温炉融体表面覆盖干馏木炭/或炭精粒/或高纯石墨片；熔炼炉炉膛上口与烘烤炉出口连通，这样可充分利用熔炼炉余热和还原性气氛；在精炼室中填满干馏炭精粒/或还原性气体保护，精炼室严格密封；在连续生产过程中熔炼炉和保温炉融体要始终保持超过导流孔，从而实现连铸生产系统的密封。

本发明技术的特征是：利用台阶式感应熔炼炉和保温炉连续铸造的密封性及操作的可控性和灵活性，配置精炼装置对融体进行复合精炼除气，实现低成本高纯铜的生产。其方法是，保证原材料阴极铜化学成分满足高纯阴极铜，铜含量≥99.993％Cu(4N)，尤其微量杂质元素Fe、Pb、S、Cd、AS含量确保在允许范围之内；其次，对阴极铜表面要求洁净干燥，表面不得有硫酸铜、针孔、结瘤及氧化褐色，切除四边及挂耳。由于感应电炉精炼能力很有限，因此保证原料高纯阴极铜合格是非常之必要。通常高纯阴极铜表面含有一定的水分，须在投炉之前进行严格烘烤，烘烤温度≮500℃，烘烤在保护性气氛中≮15min，分批、间断、连续投炉熔炼，上述过程由自动上料机构和自控系统完成；熔炼是在干馏木炭或废炭粒覆盖保护下进行，覆盖层厚度≮200mm，粒度≮30mm，挥发物≯0.004％，湿度≯0.5％，当高纯阴极铜熔化后，融体缓慢溢过熔炼炉的可控导流口至70-150mm时，此时稍稍打开自动导流装置，控制熔炼炉内融体源源不断连续流入精炼室，当融体在流经密闭精炼室的过程中，将会发生物理和化学反应，由于精炼室中内置炭质阶梯弯道和炭精粒燃烧保护，融体由上向下在阶梯弯道中喘流形成紊流，同时部分融体与炭精粒接触，这样就延长了融体中Cu₂O与H的接触机率，而产生还原反应脱氢，同时被氧化的氧与炭作用生成CO₂和CO气体，其CO₂由于分解压高不稳定，继续与碳作用生成较稳定的CO还原性气氛，从而实现除氧。在精炼室中加入干馏废炭精粒或保护性气体/或真空除气，实现精炼室融体在密封状态下进行精炼。经精炼后的融体通过精炼室导流孔进入保温炉；保温炉内融体与熔炼炉一样，融体表现须用干馏木炭或高纯石墨片覆盖。铸造是在保温炉上进行，引杆(或板)采用纯铜杆(或板)，直径或宽厚尺寸略小于结晶器内腔尺寸，禁止融体与铁制工具接触，炉衬最好采用中性耐火材料，最大限度地降低金属熔铸及加工过程中的二次污染，产品化学成分试样应从铸杆直接截取，以确保产品检验的真实代表性。铸坯经自动测导仪检验，看是否存在铸造缺陷，当铸坯存在缺陷时，自动测导仪将会发生警示声鸣信号，并在铸造缺陷处打上印戳标识，确保后续拉伸或轧制加工时追溯分类处理。根据铸坯规格及形状要求进行结晶器的变换，可提供各种类型的线、板、型坯铜材，也可采用O.C.C法提供单晶铜产品或印制电路板高纯阴极铜。对铸坯盘元经检验合格后，进行分类拉伸或轧制加工成线、板、带材，也可不采用退火直接冷拉加工出线径Φ0.1mm以上线材或厚度0.1mm以上带材。满足铜含量≥99.99％Cu高纯铜材的连续生产。本技术方法，操作过程简便灵活，易实现自动化控制，其生产制造成本较低廉，批量可多可少。属投资少，见效快的环保型生产方法。

下面以线材生产为例，参照图1连续生产来进行具体描述：

当阴级高纯铜(1)外观检查和化学成分检验，确认满足使用要求时，可通过中央计算器(6)设定自动送料机(3)送料，实现自动加料控制，其单位时间内加料频次和加入量按结晶器(13)的产出能力来设定。高纯阴极铜在烘烤炉(2)炉膛内烘烤时间不少于15min，满足充分干馏后自动送入熔炼炉(21)内熔化，在此之前熔炼炉(21)炉膛须充分干燥后，加入干馏过木炭或炭精覆盖，其覆盖层(4)厚度≮200mm。熔炼好的融体(20)通过熔炼炉(21)的导流孔(8)进入精炼室(19)，在精炼室(19)中融体(20)经阶梯弯道(18)向下喘流形成紊流，促使融体(20)中的氢和Cu₂O产生还原反应，实现脱氢除气，同时生成微量氧可用炭质阶梯弯道(18)和炭精粒(9)发生反应，生成的CO则形成还原性气氛对融体(20)进行保护，或用管道直接向精炼室(19)中吹入保护性气体(7)/或采用真空除气，确保精炼室(19)中精炼除气满足精炼要求。被精炼后的熔体进入保温炉(16)后，在保温炉融体(15)表面覆盖高纯石墨片层(14)，覆盖层厚≮150mm；进入保温炉内融体(15)超过精炼室与保温炉导流口(17)一定高度后，既可安装好结晶器(13)开始铸造，此时结晶器(13)内模口的封闭和引杆尺寸须满足工艺条件要求；铸造温度和融体液面的控制，通过被测点的信息反馈至中央计算器(6)，进行全方位的自动控制；铸造速度由铸造规格、铸造温度、冷却能力进行自动调整。当铸坯杆(11)在测导仪检测时，发现铸造缺陷会自动在该处打印记，并发出声鸣警示信号，当操作者在接到警示信号后，将会立即检查缺陷存在的部位，及时调整工艺参数，保证铸坯(11)质量满足高纯铜的生产；铸坯(11)经卷屈成盘元(12)后，可直接连接多模拉伸机拉伸出成品，线经可拉至0.1mm以下，产品被广泛用于微型线路连接和高性能电路连接。其整个生产过程是在连续不间断地循环进行，尤其是精炼过程，从而实现低成本高纯铜材连续生产。

Claims (3)

1、一种工业级高纯铜材的连续生产方法，其设施主要包括连体台阶感应电炉与精炼除气装置，配套自动检测系统和自动控制，以及后续压延加工，实现低成本高纯铜材的生产；

2、流经密闭精炼室中的融体用阶梯弯道和炭精粒燃烧保护，复合精炼除气/或在精炼室中用自动搅拌器精炼除气/或在精炼室中用真空精炼除气；熔炼炉与精炼室密封及精炼室与保温炉的密封，是由融体超过导流孔来实现体系的自密封；

3、一种如权力要求所述，其特征在于整套炉体与密闭内置除气精炼器装置构成一套完整、连续、可控高纯铜材生产方法。在不使用精炼时也可生产各种高铜铜合金材料。