DEP0047501DA

DEP0047501DA - Process for the production of homogeneous, oxide zone-free copper wires

Info

Publication number: DEP0047501DA
Authority: DE
Inventors: Carl Dr. Düsseldorf Schaarwächter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-03-29

Description

Kupferdraht für elektronische Zwecke wird aus möglichst reinem Kupfer zur Erzielung einer hohen Leitfähigkeit hergestellt. Es wird im Raffinierofen gereinigt und dann in langgestreckte, liegende Formen gegossen, die vermittels des Wirebar-Karussels am Ofen vorübergefahren werden. Die dabei entstandenen langestreckten Kupferblöcke, Wirebars genannt, bilden die Ausgangsstücke für die Drahtherstellung. Sie werden im Walzwerk warm bis an 6 mm gewalzt, danach von ihrer Walzhaut einer festhaftenden Oxydschicht, durch Abbeizen befreit und dann in gereinigten Zustand auf das gewünschte Endmaß im Drahtzug kalt gezogen.Copper wire for electronic purposes is made from the purest possible copper to achieve high conductivity. It is cleaned in the refining furnace and then poured into elongated, lying molds that are moved past the furnace by means of the wirebar carousel. The resulting elongated copper blocks, known as wirebars, form the starting point for wire production. They are rolled warm in the rolling mill up to 6 mm, then stripped of a firmly adhering oxide layer from their rolling skin, and then, in a cleaned state, cold drawn to the desired final dimension in wire drawing.

Erfahrungsgemäss lassen sich dabei fehlerhafte Stellen im Draht trotz sorgfältiger Behandlung nie ganz vermeiden. Sie haben ihre Ursache in Lunkern, Gas- oder Oxydeinschlüssen, die beim Guss der Wirebars entstanden waren. Die Schmelzoberfläche bildet nämlich mit dem Luftsauerstoff Kupferoxydul. Es löst sich in der Schmelze und bleibt im erstarrenden Wirebar als Ausscheidungsstoff zurück. Bei der späteren Verarbeitung beeinträchtigt es die Leitfähigkeit oder verursacht die gefürchtete Wasserstoffkrankheit, jenen brüchigen oder unbrauchbaren Zustand, den Kupfer bekommt, wenn es beispielsweise im Anwärmofen mit Wasserstoff abgebenden oder entwickelnden Gasen bei hohen Temperaturen in Berührung gekommen war. Dabei diffundiert nämlich der Wasserstoff in das Kupfer und reduziert das Kupferoxydul unter Wasserdampfbildung. Der Dampf kann aber nicht mehr durch das Metall diffundieren. So entstehen feine Haarrisse im Kupfer, die es brüchig und unbrauchbar machen.Experience has shown that faulty areas in the wire can never be completely avoided despite careful handling. They are caused by voids, gas or oxide inclusions that were created when the wirebars were cast. The surface of the enamel forms copper oxide with the oxygen in the air. It dissolves in the melt and remains in the solidifying wirebar as waste. During subsequent processing, it affects the conductivity or causes the dreaded hydrogen disease, the brittle or unusable state that copper gets when it comes into contact with gases that emit or evolve hydrogen at high temperatures, for example in a heating furnace. The hydrogen diffuses into the copper and reduces the copper oxide with the formation of water vapor. However, the steam can no longer diffuse through the metal. This creates fine hairline cracks in the copper that make it brittle and unusable.

Zur Vermeidung der von den Oxyduleinschlüssen herrührenden Fehler hat man für die Drahtherstellung schon Stangen oderIn order to avoid the errors resulting from the oxide inclusions, rods or rods have already been used for wire production

Blöcke stehend gegossen. Die Stangen werden anstelle der Wirebars benutzt, während der Block wegen seines wesentlich größeren Querschnitts vermittels einer Presse zu einem Kupferstrang gepresst und anstelle des Walzdrahts weiterverarbeitet wird. Beim stehenden Guss ist eine wesentlich kleinere Fläche der Luft ausgesetzt. Infolgedessen kann sich Kupferoxydul nur in einer wesentlich kleineren Menge in der Schmelze bilden und der Oxydulgehalt der stehend gegossenen Stangen oder Blöcke ist wesentlich geringer als beim Wirebar. Dafür haben aber jene mehr versteckte Fehler, die von Gasblasen oder Lunkern herrühren. Außerdem ist ihre Fertigung nicht wirtschaftlich. Infolgedessen ist als Ausgangswerkstück für die Drahtfertigung bisher im wesentlichen der Wirebar benutzt worden, obwohl seine Verarbeitung in den Stufen des Drahtzugs schwierig ist und eine besondere Sorgfalt erfordert.Blocks cast upright. The rods are used instead of the wirebars, while the block is pressed into a copper strand by means of a press due to its much larger cross-section and processed further instead of the wire rod. With standing cast, a much smaller area is exposed to the air. As a result, copper oxide can only form in a much smaller amount in the melt and the oxide content of the vertically cast bars or blocks is considerably lower than with the wirebar. On the other hand, they have more hidden defects that come from gas bubbles or blowholes. In addition, their production is not economical. As a result, the wirebar has hitherto essentially been used as the starting workpiece for wire production, although its processing in the stages of wire drawing is difficult and requires special care.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein homogenes, fehlerfreies Kupfer, insbesondere zur Drahtherstellung zu erzeugen, das beim Glühen und Schweissen von Wasserstoff nicht angegriffen wird. Dies Kupfer lässt sich dann ohne nachteilige Folgen in einem mit Fern- oder Wasserstoffgas beheizten Ofen, sowie in reduzierender Atmosphäre, beispielsweise in Ammoniak oder Kohlenoxyd, glühen und mit wasserstoffhaltigen Gasen schweissen. Das als Ausgangswerkstück benutzte Kupfer soll also so beschaffen sein, dass es weder versteckte Fehler, wie Lunker, noch oxydulhaltige Zonen hat.The invention has set itself the task of producing a homogeneous, defect-free copper, in particular for wire production, which is not attacked by hydrogen during annealing and welding. This copper can then be annealed in a furnace heated with long-distance gas or hydrogen gas and in a reducing atmosphere, for example in ammonia or carbon oxide, and welded with hydrogen-containing gases without any disadvantageous consequences. The copper used as the starting workpiece should therefore be made in such a way that it has neither hidden defects, such as voids, nor zones containing oxide.

Erfindungsgemäß ist ein nach dem Stranggussverfahren hergestellter Kupferblock oder eine danach hergestellte Stange für die Kupferdrahtherstellung das geeignete Ausgangswerkstück weil beim Strangguss sich keine Lunker bilden und die Entstehung von Oxydulzonen fast unmöglich ist oder durch ein Schutzgas ganz vermieden werden kann.According to the invention, a copper block produced by the continuous casting process or a rod produced afterwards for copper wire production is the suitable starting workpiece because during continuous casting no cavities are formed and the formation of oxide zones is almost impossible or can be avoided entirely by using a protective gas.

Bei dem Strangguss handelt es sich um ein den besonderen Bedürfnissen der Presstechnik, und zwar vornehmlich der Presstechnik von Leichtmetallen, angepassten Giessverfahren. Dabei wird die Schmelze in eine kurze gekühlte Kokille gegossen. Ihr Boden wird nach der Erstattung der eingelassenen Schmelze allmählich gesenkt. Die gleichzeitig ununterbrochenen zufließende Schmelze lässt so einen zusammenhängenden Gusstrang entstehen, der erfahrungsgemäß frei von Lunkern ist und ein homo- genes Gefüge hat. Die so hergestellten völlig dichten Blöcke werden ohne den erheblich Abfall verpresst, der bei anders gegossenen Blöcken unvermeidlich ist.Continuous casting is a casting process that is adapted to the special needs of pressing technology, primarily the pressing technology of light metals. The melt is poured into a short, cooled mold. Their bottom is gradually lowered after the reimbursement of the melt that has been let in. The simultaneously uninterrupted inflowing melt creates a coherent cast strand which, as experience shows, is free of voids and has a homogeneous has the same structure. The completely dense blocks produced in this way are compressed without the considerable waste that is inevitable with blocks cast in other ways.

Die Erfindung geht also davon aus, daß ein stranggegossener Kupferblock sehr homogen ist und einen sehr niedrigen Oxydulgehalt hat. Um bewusst oxydulzonenfrei zu arbeiten, ist es zweckmäßig, das Kupfer aus dem Vorratsbehälter in die Stranggusskontrolle unter Schutzgas zu vergiessen.The invention is based on the assumption that a continuously cast copper block is very homogeneous and has a very low oxide content. In order to work consciously without oxide zones, it is advisable to cast the copper from the storage container into the continuous casting control under protective gas.

Die Verwendung solcher nach dem Stranggusverfahren erzeugter Kupferblöcke verspricht einen wesentlichen Fortschritt für die Drahtherstellung. Denn sie liefern Drähte mit einer hohen Leitfähigkeit. Sie lassen sich besonders leicht ziehen, weil die sonst reibenden Kupferoxydeinschlüsse fehlen. Die Ziehdüsen bleiben deswegen auch weitaus länger gebrauchsfähig. Solche Drähte sind das geeignete Material für den Feinstzug. Denn der Draht läuft ohne zu reissen durch die feinsten Ziehdüsen. Daher lassen sich in der Fertigung hohe Leistungen erzielen. Neben der Leistungssteigerung bietet sich der weitere Vorteil der gleichmäßigen Dehnungs- und Festigkeitswerte.The use of such copper blocks produced by the continuous casting process promises a significant advance in wire production. Because they deliver wires with a high conductivity. They are particularly easy to pull because the otherwise rubbing copper oxide inclusions are missing. The drawing nozzles therefore remain usable for much longer. Such wires are the most suitable material for fine drawing. Because the wire runs through the finest drawing nozzles without tearing. Therefore, high performance can be achieved in production. In addition to the increase in performance, there is another advantage of the uniform elongation and strength values.

Die Leitfähigkeit, die bekanntlich höchstens 58 beträgt, lässt sich nach einem weiteren Erfindungsgedanken sogar auf 60 bis 61 steigern und die Biegefähigkeit verbessern, wenn der Kupferschmelze zwecks Desoxydation geringe Spuren Lithium, ungefähr 0.002 - 0.05 %, beigegeben werden. An sich ist es zwar bekannt, dass der Lithiumzusatz in geringer Menge die Leitfähigkeit steigert. Das konnte bisher aber praktisch nicht ausgenutzt werde, denn die aus solchen Kupferschmelzen gegossenen Wirebars wiesen in der Barrenmitte so große Einsenkungen durch Lunkerung auf, daß sie nicht mehr gewalzt werden konnten. Auch der gewöhnliche stehende Guss ergab Lunkerungsschwierigkeiten und ist zu kostspielig, sodaß er praktisch ungenutzt bleibt.The conductivity, which is known to be a maximum of 58, can even be increased to 60 to 61 according to a further inventive concept and the flexibility improved if small traces of lithium, approximately 0.002-0.05%, are added to the copper melt for the purpose of deoxidation. It is known per se that the addition of lithium in small amounts increases the conductivity. So far, however, it has not been possible to take advantage of this, because the wire bars cast from such copper melts had so large depressions in the middle of the bars due to voids that they could no longer be rolled. The usual standing cast also gave cavity problems and is too expensive that it remains practically unused.

Bei dem Strangguss einer mit geringem Lithiumzusatz desoxydierten Kupferschmelze treten jene Schwierigkeiten nicht auf, es entsteht ein einwandfreier Kupferblock, der, in der üblichen Weise zu Draht verarbeitet, ein Material mit höch- ster Leitfähigkeit liefert.In the continuous casting of a copper melt that has been deoxidized with a small amount of lithium, these difficulties do not arise; a flawless copper block is produced which, when processed into wire in the usual way, is a material with the highest ster conductivity.

Die Stranggusstangen von etwa 120-140 mm Durchmesser werden zweckmäßigerweise vom Strang in einer solchen Länge abgeschnitten, dass sie gerade die lichten Maße des Walzwerkofens unterschreiten. Dadurch lässt sich die Walzwerksleistung auf ein Höchstmaß steigern. Das hat den weiteren Vorteil, daß der nachfolgende Grobzug infolge der größeren Ringgewichte wirtschaftlicher arbeitet. Der Drahtzieher braucht dann seltener eine neue Drahtrolle in die Anfangsziehdüse einzuführen, wodurch er von anderen Verrichtungen abgehalten wird, oder den Draht seltener aneinanderzuschweißen, wenn er den Anfang eines angelieferten Drahtringes mit dem Ende des auf der Ziehbank laufenden Rings verschweißt.The continuously cast bars with a diameter of about 120-140 mm are expediently cut from the strand in such a length that they are just below the clear dimensions of the rolling mill. As a result, the rolling mill performance can be increased to a maximum. This has the further advantage that the subsequent coarse drawing is more economical due to the larger ring weights. The wire puller then seldom needs to introduce a new roll of wire into the initial drawing nozzle, which prevents him from doing other work, or welding the wire together less often when he welds the beginning of a wire ring that has been delivered to the end of the ring running on the drawing bench.

Die so gefertigten Straggusskupferblöcke können auch in der Presse zu Stangen verpresst und dann in der üblichen Weise anstellt von Walzdraht weiterverarbeitet werden.The extruded copper blocks produced in this way can also be pressed into bars in the press and then processed further in the usual way instead of wire rod.

Claims

1. Use of continuously cast copper ingots for wire production.

2. Use of continuously cast copper blocks with a low addition of lithium for wire production.

3. Use of continuously cast copper blocks in a length that is just below the clear dimensions of the rolling mill furnace for wire production.

4. Use of the wires made from continuously cast copper blocks in fine and ultra-fine wire drawing.

5. Use of a protective gas atmosphere in the continuous casting of line copper.

6. Line copper made from continuously cast ingot.