WO2017140099A1 - 一种高精度无氧光亮铜排的制备方法 - Google Patents

一种高精度无氧光亮铜排的制备方法 Download PDF

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王鹏举
陈爱华
张达
张利旭
张晓婷
李晔
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中天合金技术有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables

Definitions

  • the invention belongs to the field of processing non-ferrous metal materials, in particular to a preparation method of a high-precision oxygen-free bright copper row.
  • Copper platoon also known as copper busbar or copper busbar, is a long conductor made of copper and rectangular or chamfered (rounded) in rectangular shape. It acts as a conductor to carry current and connect electrical equipment. Copper platoons have been widely used in electrical equipment, especially in complete power distribution units. In recent years, with the development of UHV and EHV transmission, copper platoons have huge market space, especially high-performance and high-precision. Oxygen copper platoon is one of the hot spots of concern.
  • the object of the present invention is to provide a method for preparing a high-precision oxygen-free bright copper bar, which has high production efficiency, low cost and low energy consumption. Short delivery time, high yield, excellent precision and high performance.
  • the present invention provides a method for preparing a high-precision oxygen-free bright copper row, comprising the following steps:
  • step (3) Continuous extrusion of copper blank:
  • the high-purity oxygen-free copper rod of step (2) is extruded through a continuous extruder to obtain a copper blank, and the extrusion speed is preferably 4-8 r/min, which is obtained from the extrusion die.
  • the copper slab is received by the cooling water and the meter is received, wherein the cooling water is deionized water, and 3-8 wt% of industrial alcohol and an appropriate amount of passivation liquid are added to the cooling water to prevent and inhibit oxidation;
  • the dimensional accuracy error of the copper row is ⁇ 0.15mm, Cu+Ag ⁇ 99.99wt%, O content ⁇ 10PPM, Brinell hardness ⁇ 75HB, conductivity ⁇ 98% IACS.
  • the high-purity graphite flakes in the step (1) have a particle diameter of not less than 200 mesh, and are dry and free from other impurities.
  • the high pressure N 2 blowing tube in the step (1) is made of graphite, the diameter of the tube is 25 mm, and the purity is ⁇ 99.95%.
  • the extrusion die and the drawing die in the steps (3) and (4) are both highly precise.
  • the accuracy of the mold is ⁇ 0.10mm.
  • the invention has the advantages that the preparation method of the high-precision oxygen-free bright copper row provided by the invention has the advantages of simple process, short process, high production efficiency, low investment, low energy consumption, high finished product rate and short delivery time, and the prepared copper row size High precision and excellent performance.
  • the dimensional accuracy error of copper row produced by this method is ⁇ 0.15, Cu+Ag ⁇ 99.99wt%, O content ⁇ 10PPM, Brinell hardness ⁇ 75HB, conductivity ⁇ 98% IACS.
  • the present invention has the following outstanding advantages over conventional processes and new technologies:
  • the invention has the advantages of simple process, short process, large-length continuous production, low production cost and high production efficiency.
  • the equipment required by the method is simple, the plant, equipment and labor investment are low, the power consumption, water consumption, gas consumption and the like are small, and the environment is energy-saving and pollution-free.
  • the method can produce products in only three processes, which greatly shortens the delivery time, has fewer processes, less waste, and the finished product rate can reach more than 90%.
  • the method adopts high-precision drawing die, and the produced copper row product has high dimensional precision, and adopts high-quality electrolytic copper as raw material, and the produced copper row has good mechanical properties and high electrical conductivity.
  • FIG. 1 is a process flow diagram of a method for preparing a high-precision oxygen-free bright copper row according to the present invention.
  • the present invention provides a method for preparing a high-precision oxygen-free bright copper row, comprising the following steps:

Abstract

一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，包括：电解铜的熔炼、上引连铸高纯无氧铜杆、连续挤压铜排坯、拉拔、检验测试、和包装。采用该方法制备高精度无氧光亮铜排，工艺简单，流程短，成本能耗低，交货时间短，可以无间断连续生产，获得上千米以上长度的铜排坯，制得的铜排材料精度高、含氧量低、力学性能好、导电率高，尺寸精度误差≤±0.15，Cu+Ag≥99.99wt％，O含量≤10PPM，布氏硬度≥75HB，导电率≥98％IACS。

Description

一种高精度无氧光亮铜排的制备方法 技术领域：
本发明属于有色金属材料加工领域，特别涉及一种高精度无氧光亮铜排的制备方法。
背景技术
铜排又称铜母排或铜汇流排，是由铜材质制作的，截面为矩形或倒角(圆角)矩形的长导体，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用。铜排在电气设备，特别是成套配电装置中得到了广泛的应用，近年来，随着特高压和超高压输电的发展，铜排有着巨大的市场空间，尤其是具有高性能的高精度无氧铜排更是人们关注的热点之一。
目前，国内生产加工铜排仍然多采用传统工艺：熔铸→浇铸→压延→开坯→酸洗→精轧→铣边→机加工→包装→入库；也有一些企业开始探索并采用新工艺，如中国专利(CN101916624B，大宽厚比母线槽导电铜排的生产方法)采用的生产工艺为：熔炼→上引铜杆→连续挤压铜排坯→轧制→退火→拉拔→包装入库。以上两种工艺均存在几个方面的缺点：(1)生产效率低：工序多，流程长，生产效率较低；(2)成本高，能耗大：加工工序越多，相应的设备及人员配备也越多，机器成本、能耗、人工成本都大大增加；(3)交货时间长：由于工序较多，流程较长，每道工序都需要一定的时间，得到最终产品的时间较长；(4)成材率低：每道加工工序都会产生一定的废料，所以工序越多，成材率越低；(5)精度低，性能差：铜排的加工工艺和精度都会影响其性能，另外，模具的精度直接决定了铜排的尺寸精度，原材料的含氧量直接决定了铜排的性能。
发明内容
发明目的：为了克服上述传统工艺和新工艺技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，利用该方法加工的铜排生产效率高、成本低能耗小、交货时间短、成材率高、精度高性能优异。
技术方案：本发明提供一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，包括以下步骤：
(1)电解铜的熔炼：将熔炼所需的电解铜烘干后，加入到熔炼炉中，在熔 炼炉铜液上表面均匀覆盖100-150mm厚的煅烧木炭，关闭好炉盖继续熔炼，交流电压控制在380-400V之间，熔炼炉的温度保持在1140-1165℃之间，直到铜原料全部熔化，铜液具有良好的流动性，不断流向保温炉，保温炉铜液上表面均匀覆盖80-120mm厚的高纯石墨鳞片；
保持保温炉内的温度与熔炼炉内的温度相同(1140-1265℃)，向保温炉内距液面50-100mm处通过高压N2吹管通入高纯N2进行沸腾除气、脱氧，N2压力为0.2-0.3MPa，纯度≥99.99％；
(2)上引连铸高纯无氧铜杆：采用由PLC程序控制的牵引拉铸机引出高纯上引无氧铜杆，牵引拉铸机实现时间间隔可调的拉、停、拉、停循环动作，牵引速度为500-2000mm/min，铜杆直径为Φ8-30mm，结晶器进水温度为20-35℃，出水温度为35-50℃；
(3)连续挤压铜排坯：将步骤(2)的高纯无氧铜杆经连续挤压机挤压得到铜排坯，挤压速度优选4-8r/min，从挤压模具出来的铜排坯经过冷却水冷却和计米器后收到盘具上，其中冷却水采用去离子水，冷却水中加入3-8wt％的工业酒精和适量的钝化液以防止及抑制氧化；
(4)拉拔：采用全自动液压拉拔机，配以高精度拉拔模具和铜排专用的拉拔油，经过一次拉拔即可得到不同规格尺寸的高精度无氧光亮铜排；
(5)检验测试：分别取铜排产品的头、中、尾部，按照GB/T5585.1-2005的相关规定对其规格尺寸和各项性能进行检验；
(6)包装入库：将检验合格的铜排进行包装入库，准备交货。
其中，所述铜排的尺寸精度误差≤±0.15mm，Cu+Ag≥99.99wt％，O含量≤10PPM，布氏硬度≥75HB，导电率≥98％IACS。
作为另一种选择，所述步骤(1)中高纯石墨鳞片的粒径不小于200目，干燥且无其他杂质。
作为另一种选择，所述步骤(1)中高压N2吹管选用石墨材质，管径为25mm，纯度≥99.95％。
作为另一种选择，所述步骤(2)中高纯无氧铜杆中Cu+Ag≥99.99wt％，O含量≤10PPM。
作为另一种选择，所述步骤(3)及(4)中挤压模具和拉拔模具均为高精度 模具，其精度误差≤±0.10mm。
有益效果：本发明提供的一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，工艺简单、流程短、生产效率高、投资低能耗小、成材率高、交货时间短，制备得到的铜排尺寸精度高、各项性能优异。采用该方法生产加工的铜排尺寸精度误差≤±0.15，Cu+Ag≥99.99wt％，O含量≤10PPM，布氏硬度≥75HB，导电率≥98％IACS。
具体来说，本发明相对于传统工艺和新技术，具有以下突出优势：
(1)本发明工艺简单，流程短，能实现大长度连续化生产，生产成本低，生产效率高。
(2)该方法所需的设备简单，厂房、设备和人工投资低，电耗、水耗、气耗等能耗小，环保节能无污染。
(3)该方法只需三道工序就可以生产出产品，大大缩短了交货时间，工序少，废料少，成材率可达90％以上。
(4)该方法采用高精度的拉拔模具，生产出的铜排产品尺寸精度高，采用高质量的电解铜为原材料，生产出的铜排力学性能好、导电率高。
附图说明
图1为本发明一种高精度无氧光亮铜排的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，本发明提供一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，包括以下步骤：
(1)电解铜的熔炼：将熔炼所需的电解铜烘干后，加入到熔炼炉中，在熔炼炉铜液上表面均匀覆盖100-150mm厚的煅烧木炭，关闭好炉盖继续熔炼，交流电压控制在380-400V之间，熔炼炉的温度保持在1140-1165℃之间，直到铜原料全部熔化，铜液具有良好的流动性，不断流向保温炉，保温炉铜液上表面均匀覆盖80-120mm厚的高纯石墨鳞片，其中高纯石墨鳞片的粒径不小于200目，干燥且无其他杂质；
保持保温炉内的温度与熔炼炉内的温度相同(1140-1265℃)，向保温炉内距液面50-100mm处通过高纯N2吹管通入高纯N2进行沸腾除气、脱氧，N2压力为0.2-0.3MPa，纯度≥99.99％，高压N2吹管选用石墨材质，管径为25mm，纯度≥99.95％。；
(2)上引连铸高纯无氧铜杆：采用由PLC程序控制的牵引拉铸机引出高纯上引无氧铜杆，牵引拉铸机实现时间间隔可调的拉、停、拉、停循环动作，牵引速度为500-2000mm/min，铜杆直径为Φ8-30mm，结晶器进水温度为20-35℃，出水温度为35-50℃；
(3)连续挤压铜排坯：将步骤(2)的高纯无氧铜杆经连续挤压机挤压得到铜排坯，挤压速度优选4-8r/min，从精度误差≤±0.10mm的挤压模具出来的铜排坯经过冷却水冷却和计米器后收到盘具上，其中冷却水采用去离子水，冷却水中加入3-8wt％的工业酒精和适量的钝化液以防止及抑制氧化；
(4)拉拔：采用全自动液压拉拔机，配以精度误差≤±0.10mm的高精度拉拔模具和铜排专用的拉拔油，经过一次拉拔即可得到不同规格尺寸的高精度无氧光亮铜排；
(5)检验测试：分别取铜排产品的头、中、尾部，按照GB/T5585.1-2005的相关规定对其规格尺寸和各项性能进行检验；
(6)包装入库：将检验合格的铜排进行包装入库，准备交货。
注：铜排的化学成分如下表所示：
检测项目 Cu+Ag O P Si As Fe Ni
结果/％ 99.99 0.0005 0.0003 0.0004 0.0001 0.0010 0.0015
检测项目 Pb Sn Zn Sb Al Bi 其他
结果/％ 0.0005 0.0003 0.0008 0.0004 0.0015 0.0002 —

Claims (5)

  1. 一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
    (1)电解铜的熔炼：将熔炼所需的电解铜烘干后，加入到熔炼炉中，在熔炼炉铜液上表面均匀覆盖100-150mm厚的煅烧木炭，关闭好炉盖继续熔炼，交流电压控制在380-400V之间，熔炼炉的温度保持在1140-1165℃之间，直到铜原料全部熔化，铜液具有良好的流动性，不断流向保温炉，保温炉铜液上表面均匀覆盖80-120mm厚的高纯石墨鳞片；
    保持保温炉内的温度与熔炼炉内的温度相同(1140-1265℃)，向保温炉内距液面50-100mm处通过高压N2吹管通入高纯N2进行沸腾除气、脱氧，N2压力为0.2-0.3MPa，纯度≥99.99％；
    (2)上引连铸高纯无氧铜杆：采用由PLC程序控制的牵引拉铸机引出高纯上引无氧铜杆，牵引拉铸机实现时间间隔可调的拉、停、拉、停循环动作，牵引速度为500-2000mm/min，铜杆直径为Φ8-30mm，结晶器进水温度为20-35℃，出水温度为35-50℃；
    (3)连续挤压铜排坯：将步骤(2)的高纯无氧铜杆经连续挤压机挤压得到铜排坯，挤压速度优选4-8r/min，从挤压模具出来的铜排坯经过冷却水冷却和计米器后收到盘具上，其中冷却水采用去离子水，冷却水中加入3-8wt％的工业酒精和适量的钝化液以防止及抑制氧化；
    (4)拉拔：采用全自动液压拉拔机，配以高精度拉拔模具和铜排专用的拉拔油，经过一次拉拔即可得到不同规格尺寸的高精度无氧光亮铜排；
    其中，所述铜排的尺寸精度误差≤±0.15mm，Cu+Ag≥99.99wt％，O含量≤10PPM，布氏硬度≥75HB，导电率≥98％IACS。
  2. 根据权利要求1所述的一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中高纯石墨鳞片的粒径不小于200目，干燥且无其他杂质。
  3. 根据权利要求1所述的一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中高压N2吹管选用石墨材质，管径为25mm，纯度≥99.95％。
  4. 根据权利要求1所述的一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中高纯无氧铜杆中Cu+Ag≥99.99wt％，O含量≤10PPM。
  5. 根据权利要求1所述的一种高精度无氧光亮铜排的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)及(4)中挤压模具和拉拔模具均为高精度模具，其精度误差≤±0.10mm。
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