專利名稱：一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅桿的制造方法，具體是一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法。該方法制造的無氧銅桿具有導電率高、含氧量低、拉伸率高等特點，主要應(yīng)用于風電、核電、高鐵、汽車導線、超高壓導線等對銅桿品質(zhì)要求高的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電是目前發(fā)電技術(shù)中最清潔、安全的，目前世界風力發(fā)電發(fā)展速度超過其他新能源發(fā)展，未來風力發(fā)電很可能成為全球電力的主要來源之一。據(jù)中國風能協(xié)會預測， 中國風電總裝機容量2020年達到80億瓦，2030年達到180億瓦，2050年達到500億瓦。我國政府將強力支持建設(shè)智能電網(wǎng)，解決風電輸送問題，未來風電將成為我國電力的主要來源之一。同時在“十二五”規(guī)劃中，中國高鐵將作為新興產(chǎn)業(yè)大力優(yōu)先發(fā)展。截至2010年， 中國鐵路營業(yè)里程達9. 1萬公里，高鐵運營里程達8358公里。而這僅僅是個開始，預計到 “十二五”期末(2015年)，中國鐵路營業(yè)里程將達到12萬公里以上，其中高速鐵路達1. 6萬公里以上。上述產(chǎn)業(yè)用到的發(fā)電機組、變壓器、牽引電機、接觸導線等都需要用到大量高品質(zhì)的電磁線。衡量電磁線的主要質(zhì)量指標有抗拉強度、延伸率、導電率、耐壓性、氧含量及表面質(zhì)量，其中氧含量是其主要質(zhì)量指標之一。對于生產(chǎn)電磁線的原材料銅桿，如果氧含量過高會出現(xiàn)以下現(xiàn)象①銅桿中的氧，以氧化銅狀態(tài)，從晶相組織上看氧化銅存在于晶粒邊界附近，氧化銅以夾雜形式在晶界出現(xiàn)對材料的韌性產(chǎn)生負面影響，導致銅桿的機械性能下降、 在后續(xù)加工中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象；②由于氧化銅的存在會造成銅桿導電率降低；③加工后的銅產(chǎn)品在氫氣中退火會產(chǎn)生氣泡和針孔，影響表面質(zhì)量；④產(chǎn)品表面有瑕疵后會降低耐高壓性能。目前市場上供應(yīng)的連鑄連軋生產(chǎn)的低氧銅桿氧含量在200-400PPM，利用上引連鑄工藝生產(chǎn)的無氧銅桿氧含量在10-20PPM，氧含量均較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有制造方法制得的銅桿氧含量較高的缺陷，提供一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法。為達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法所采用的技術(shù)方案是 將電解銅板經(jīng)過干燥爐加熱后投入熔化爐進行熔化，熔化后的銅液通過流道流入保溫爐保溫，將一根較細的連續(xù)銅桿穿過與保溫爐相連通的涂覆室而在銅桿表面附著銅液形成較粗的銅鑄桿，接著對銅鑄桿依次冷卻、熱軋、再冷卻、繞制成圈成為長度不限、導電率高、含氧量低、拉伸率高的光亮無氧銅桿。作為優(yōu)選技術(shù)措施，在熔化爐中銅液的表面覆蓋一層阻止空氣進入銅液的漂浮材料。進一步的，所述的漂浮材料為木炭。尤其是所述木炭的厚度為100-300mm。
作為優(yōu)選技術(shù)措施，所述熔化爐內(nèi)銅液的溫度控制在1140-1180°C，爐內(nèi)充滿還原性保護氣體。作為優(yōu)選技術(shù)措施，所述保溫爐內(nèi)銅液的溫度控制在1130-1160°c，爐內(nèi)充滿還原性保護氣體。作為優(yōu)選技術(shù)措施，所述的熔化爐內(nèi)靠近所述流道設(shè)一個下邊沿低于銅液液面 100-200mm的陶瓷擋板。作為優(yōu)選技術(shù)措施，所述的涂覆室內(nèi)充滿還原性保護氣體。作為優(yōu)選技術(shù)措施，銅桿進入涂覆室前經(jīng)過扒皮處理。作為優(yōu)選技術(shù)措施，所述的冷卻是令銅鑄桿通過冷卻室，冷卻室內(nèi)充滿還原性保護氣體。作為優(yōu)選技術(shù)措施，經(jīng)過冷卻的銅鑄桿的表面溫度控制在500-900°C。作為優(yōu)選技術(shù)措施，軋機內(nèi)充滿還原性保護氣體，軋機內(nèi)采用乳濁液對銅鑄桿酸洗。作為優(yōu)選技術(shù)措施，繞制成圈時銅鑄桿的表面溫度控制在35-80°C之間。作為優(yōu)選技術(shù)措施，所述還原性保護氣體為N2、H2與&的混合氣體，其中H2的體積濃度為0. 5%-4. 5%，其中A的濃度不高于20PPM，余下為N2。作為優(yōu)選技術(shù)措施，在用干燥爐加熱電解銅板前去除電解銅板上的附著物。本發(fā)明以較細的連續(xù)銅桿作為基材母桿，采用浸涂成型法在母桿的表面涂覆銅液得到更粗的銅鑄桿，然后依次經(jīng)冷卻、熱軋、再冷卻、繞制成圈成為光亮無氧銅桿，該方法制得的無氧銅桿長度不限、導電率高、含氧量低(氧含量在2-8PPM)、拉伸率高，可應(yīng)用于風電、 核電、高鐵、汽車導線、超高壓導線等對銅桿品質(zhì)要求高的領(lǐng)域。本發(fā)明在熔化爐的表面覆蓋了一層阻止空氣進入熔融銅液的漂浮材料，使得電解銅板可分批加入熔化爐但又不會導致含氧量的增加；同時，將涂覆室與熔化爐分開，保證了涂覆條件的穩(wěn)定性，降低了分批加材對涂覆的影響，從而實現(xiàn)無氧銅桿的連續(xù)生產(chǎn)。


圖1是實施本發(fā)明方法所涉及的生產(chǎn)線的示意圖。圖2是實施本發(fā)明方法所涉及的組合爐的示意圖。圖3是圖2所示組合爐的一個剖面示意圖。圖4是實施本發(fā)明方法所涉及涂覆室的示意圖。圖中標號說明1-上料輥道，2-上料小車，3-輸送輥道，4-熔化爐，5-保溫爐， 6-涂覆室，7-拉絲機，8-旋鍛機，9-入張控制裝置，10-直列軋機，11-出張控制裝置，12-收線裝置，13-成品輥道，14-乳濁液冷卻系統(tǒng)，15-循環(huán)母桿輸送裝置，16-銅桿接頭機，17-廢線成卷機，18-扒皮和校直裝置，19-TG1感應(yīng)器，20-FW感應(yīng)器，21-TG2感應(yīng)器，22-燒鑄通道，23-保溫爐蓋，24-裝料門，25-銅液，26-銅板，27-出氣口，28-低位感應(yīng)器，29-高位感應(yīng)器，30-陶瓷擋板，31-銅鑄桿。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明。
本發(fā)明的生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，是將電解銅板經(jīng)過干燥爐加熱后分批次(分批次是指實施該方法的過程中，隨著銅液的減少，適時的投入電解銅板用以補充原料)投入熔化爐進行熔化，熔化后的銅液通過流道(流道可用坩堝制成)流入保溫爐保溫，將一根較細的連續(xù)銅桿穿過與保溫爐相連通的涂覆室而在銅桿表面附著銅液形成較粗的銅鑄桿，接著對銅鑄桿依次冷卻、熱軋、再冷卻、繞制成圈成為長度不限、導電率高、含氧量低、拉伸率高的光亮無氧銅桿。本發(fā)明用于加熱的熱源可采用電加熱或者燃氣加熱方式。作為對上述技術(shù)方案的進一步完善和補充，本發(fā)明還包括以下各段述及的附加技術(shù)特征，在實施本發(fā)明時根據(jù)具體作用可將它們選用在上段所述的技術(shù)方案上首先，在熔化爐中銅液的表面覆蓋一層阻止空氣進入銅液的漂浮材料。進一步的，所述的漂浮材料為木炭。尤其是木炭的厚度為100-300mm。其次，熔化爐內(nèi)銅液的溫度控制在1140-1180°C， 爐內(nèi)充滿還原性保護氣體。第三，保溫爐內(nèi)銅液的溫度控制在1130-1160°C，爐內(nèi)充滿還原性保護氣體。第四，熔化爐內(nèi)靠近所述流道設(shè)一個下邊沿低于銅液液面100-200mm的陶瓷擋板。第五，涂覆室(可用坩堝爐)內(nèi)充滿還原性保護氣體。第六，銅桿進入涂覆室前經(jīng)過扒皮處理。第七，冷卻是令銅鑄桿通過冷卻室，使用特殊乳濁液沖淋(用冷卻水對循環(huán)乳濁液降溫，冷卻室水量可以調(diào)節(jié))，冷卻室內(nèi)充滿還原性保護氣體。第八，經(jīng)過冷卻的銅鑄桿的表面溫度控制在500-900°C。第九，軋機內(nèi)充滿還原性保護氣體，軋機內(nèi)采用乳濁液對銅鑄桿酸洗。第十，繞制成圈時銅鑄桿的表面溫度控制在35-80°C之間。第十一，還原性保護氣體為N2、H2與&的混合氣體，其中H2的體積濃度為0. 5%-4. 5%，其中&的濃度不高于20PPM，余下為隊。第十二，在用干燥爐加熱電解銅板前去除電解銅板上的附著物(如銅豆、銅綠等)。本發(fā)明方法的技術(shù)手段，是通過以下機理實現(xiàn)發(fā)明目的的。1)電解銅板(高純度更佳)經(jīng)過加熱、除塵后，電解銅板的表面雜質(zhì)及水分去除，防止銅板投入熔化爐后，水在高溫下發(fā)生化學反應(yīng)
2H20=2H2+02
分解出來的氧氣熔解到銅液中去，會造成銅水含氧量增高。熔化爐中的木炭及還原性保護氣體會發(fā)生一系列化學反應(yīng)
2Cu+02=2CU0
2C+02=2C0
2Η2+02=2Π20
2CuO+CO +H2=2Cu+H2CH-02
通過上述反應(yīng)，降低了銅水中的氧含量。木炭的覆蓋厚度會直接影響銅水的氧含量，當木炭覆蓋不足時，熔化爐內(nèi)氣體中CO不足，造成還原不充分，當木炭覆蓋過多時，氫氣無法順利接觸銅水，也會造成還原不充分，導致無法有效的降低銅水氧含量。2)銅水經(jīng)過低于銅水液面下的流道流入封閉的保溫爐，然后連續(xù)流向與保溫爐相連的涂覆室(坩堝爐)，保溫爐內(nèi)也充滿了含0. 5%-4. 5%氫氣的氮氣保護氣體，會發(fā)生下面化學反應(yīng)CuO+-H2=CU+H20
通過上述反應(yīng)，又進一步降低了銅水中的氧含量。保溫爐內(nèi)的陶瓷擋板，可選用剛玉陶瓷材料，擋板的作用是防止漂浮在保溫爐表面的銅渣流入涂覆室，否則會造成銅鑄桿表面有銅渣附著，影響表面質(zhì)量。3) 一根較細的銅桿從一個與保溫爐連通的涂覆室底部穿過，在銅桿表面附著銅水形成較粗的銅鑄桿。涂覆室內(nèi)也充滿了含0.5%-4.5%氫氣的氮氣保護氣體，一方面起還原作用，另一方面也隔絕了空氣中的氧氣。銅桿在進入涂覆室底部之前，經(jīng)過扒皮處理(扒皮處理是將銅桿表面氧含量高的一層材料去除)，保證浸涂之前的銅桿氧含量最低，才能保證最終生產(chǎn)出來的銅桿有較低的氧含量。4)銅鑄桿在涂覆室上方的冷卻室進行連續(xù)在線冷卻，通過調(diào)節(jié)各段水量，控制銅鑄桿結(jié)晶速度，同時冷卻室內(nèi)也充滿了含0. 5%-4. 5%氫氣的氮氣保護氣體，這一過程會發(fā)生下面化學反應(yīng)
2H20=2H2+02 2Cu+02=2CU0 CUQ+-H2=CU+H20
保護氣體的作用將遏制因冷卻水在高溫下分解出來的氧氣帶入銅桿，防止銅桿氧含量增高。5)經(jīng)過冷卻的鑄桿，銅桿表面進入軋機進行軋制，因為進入軋機前的銅桿表面溫度有500-900°C，為防止銅桿在高溫下氧化，軋機內(nèi)也必須充滿含0. 5%-4. 5%氫氣的氮氣保護氣體，同時在軋制過程中，銅桿表面的銅粉及氧化物與銅桿剝離，必須及時將其去除， 否則會在下一道軋輥軋制過程中嵌入銅桿，造成銅桿表面創(chuàng)傷，也會增加銅桿氧含量，此時需采用乳濁液對銅桿表面進行酸洗。6)軋制后的銅桿再次冷卻，進入收線裝置成卷，進入收線裝置的銅桿表面溫度控制在35-80°C之間。此時溫度過高，會造成銅桿在空氣中吸氧，隨著溫度升高，吸氧程度更加嚴重，就無法生產(chǎn)出滿足2-8PPM范圍的無氧銅桿。下面結(jié)合圖1所示的生產(chǎn)線說明本發(fā)明方法的實施。銅板沈(參見圖3)經(jīng)過處理后使用上料輥道1、上料小車2、輸送輥道3送入熔化爐4，熔化爐4對銅板進行加熱熔化。熔化爐4內(nèi)銅液液面較高，從而銅液進入相連通的保溫爐5。保溫爐5與相鄰涂覆室6貫通，銅液通過保溫爐進入涂覆室6。當熔化爐4停止工作時，可通過微量傾斜整個組合爐(參見圖2，組合爐包括熔化爐4、保溫爐5、涂覆室6)，使涂覆室6液面上升。原料銅桿經(jīng)過扒皮和校直裝置18后從涂覆室6底端通入，從上端通過拉絲機7引出(參見4)。銅桿因接頭過大可能無法穿過涂覆室6底端模具，可以使用旋鍛機 8先將接頭拉細，再進行穿桿。涂覆后的銅鑄桿31引出后經(jīng)過入張控制裝置9，入張控制裝置9通過銅鑄桿張力大小控制進入直列軋機10的速度，進入后直列軋機10對銅鑄桿進行軋制和乳濁液沖淋冷卻，升溫后的乳濁液進入乳濁液冷卻系統(tǒng)14使用冷卻水熱交換冷卻。 軋制銅鑄桿31后進入出張控制裝置11，出張控制裝置11通過張力大小調(diào)節(jié)牽引速率，最后進入收線裝置12，進行收線。收線完的銅桿形成卷狀進入成品輥道13。部分成品可以當成原料母桿進入循環(huán)母桿輸送裝置15，進行再生產(chǎn)。扒皮產(chǎn)生的銅桿外表皮可通過廢線成卷機17收集，不同卷銅桿原料需要接合連續(xù)生產(chǎn)的使用銅桿接頭機16接頭。圖2-4中TG1感應(yīng)器19和TG2感應(yīng)器21利用電流的渦流效應(yīng)加熱熔化爐。FW感應(yīng)器20加熱保溫爐，銅液25通過連通的燒鑄通道22從保溫爐5流入涂覆室6。向組合爐中加入銅板26時，裝料門M開啟。整個爐體運行時，保溫爐蓋23處于關(guān)閉狀態(tài)，同時爐體出氣口 27處于開啟狀態(tài)。低位感應(yīng)器28和高位感應(yīng)器四感應(yīng)保溫爐5中銅液25液位高低并反饋至控制系統(tǒng)，從而決定加入銅板沈熔化或傾斜爐體。在整條生產(chǎn)線運行過程中， 通過各爐體管口不斷向各爐體充入調(diào)制好比例的還原性保護氣體，從而保證各爐體中保護氣體或還原氣體的氣氛氛圍穩(wěn)定。以下通過幾個具體實施例具體數(shù)據(jù)說明本發(fā)明的效果。實施例1
熔化爐溫度參數(shù)1152°C，保溫爐溫度參數(shù)1146°C，銅鑄桿軋制前溫度70(TC，銅鑄桿軋制后溫度38°C，冷卻水溫度，保護氣體H2含量1. 8%，O2濃度5ppm。成品銅桿樣品測試溫度25°C，樣本長度1200mm，產(chǎn)品凈重905g，圓桿最大直徑Φ 1 為10. 82_，最小直徑Φ2為9. 88_，偏差比為0. 94，偏差比滿足2*( Φ 1-Φ2 V( Φ 1+Φ2)， 其中Φ 彡Φ2。所得銅桿基本特性如下電阻率0. 01685 Ω (mm) “ 2/m,伸長率42. 5%，氧濃度 3. Ippm0該實施例所述銅桿特性在于表面光潔，無缺陷，含氧量低，扭轉(zhuǎn)性能好，導電率和伸長率相對于其它銅桿高。適用于較高電氣、電子產(chǎn)品的需求。實施例2
熔化爐溫度參數(shù)1150°C，保溫爐溫度參數(shù)1145°C，銅鑄桿軋制前溫度680°C，銅鑄桿軋制后溫度37°C，冷卻水溫度，保護氣體H2含量1. 3%，O2濃度6. 5ppm。成品銅桿樣品測試溫度25°C，樣本長度1200mm，產(chǎn)品凈重850g，圓桿最大直徑Φ 1 為10. 45_，最小直徑Φ2為9. 82_，偏差比為0. 62，偏差比滿足2*( Φ 1-Φ2 V( Φ 1+Φ2)， 其中Φ 彡Φ2。所得銅桿基本特性如下電阻率0. 01685 Ω (mm) “ 2/m,伸長率42. 3%，氧濃度
3.5ppm。實施例3
熔化爐溫度參數(shù)1147°C，保溫爐溫度參數(shù)1130°C，銅鑄桿軋制前溫度720°C，銅鑄桿軋制后溫度38°C，冷卻水溫度35°C，保護氣體H2含量1. 2%，O2濃度6. 5ppm。成品銅桿樣品測試溫度25°C，樣本長度1200mm，產(chǎn)品凈重532g，圓桿最大直徑Φ 1 為8. 23_，最小直徑Φ2為7. 61_，偏差比為0. 62，偏差比滿足2*( Φ 1_Φ2)/( Φ 1+Φ2)， 其中Φ 彡Φ2。所得銅桿基本特性如下電阻率0. 01696 Ω (mm) “ 2/m,伸長率42. 0%，氧濃度
4.2ppm。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是將電解銅板經(jīng)過干燥爐加熱后投入熔化爐進行熔化，熔化后的銅液通過流道流入保溫爐保溫，將一根較細的連續(xù)銅桿穿過與保溫爐相連通的涂覆室而在銅桿表面附著銅液形成較粗的銅鑄桿，接著對銅鑄桿依次冷卻、熱軋、再冷卻、繞制成圈成為光亮無氧銅桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是在熔化爐中銅液的表面覆蓋一層阻止空氣進入銅液的漂浮材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述的漂浮材料為木炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述木炭的厚度為 100-300mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述熔化爐內(nèi)銅液的溫度控制在1140-1180°C，爐內(nèi)充滿還原性保護氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述保溫爐內(nèi)銅液的溫度控制在1130-1160°C，爐內(nèi)充滿還原性保護氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述的熔化爐內(nèi)靠近所述流道設(shè)一個下邊沿低于銅液液面100-200mm的陶瓷擋板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述的涂覆室(坩堝)內(nèi)充滿還原性保護氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是銅桿進入涂覆室 (坩堝)前經(jīng)過扒皮處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述的冷卻是令銅鑄桿通過冷卻室(用水對冷卻室降溫，冷卻室水量可以調(diào)節(jié))，冷卻室內(nèi)充滿還原性保護氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是經(jīng)過冷卻的銅鑄桿的表面溫度控制在500-900°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是軋機內(nèi)充滿還原性保護氣體，軋機內(nèi)采用乳濁液對銅鑄桿酸洗。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是繞制成圈時銅鑄桿的表面溫度控制在35-80°C之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求5、6、8、10、12中任何一項所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是所述還原性保護氣體為N2、H2與&的混合氣體，其中H2的體積濃度為0. 5%-4. 5%， 其中A的濃度不高于20PPM，余下為N2。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，其特征是在用干燥爐加熱電解銅板前去除電解銅板上的附著物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)光亮無氧銅桿的方法，現(xiàn)有制造方法制得的銅桿氧含量較高，本發(fā)明是將電解銅板經(jīng)過干燥爐加熱后投入熔化爐進行熔化，熔化后的銅液通過流道流入保溫爐保溫，將一根較細的連續(xù)銅桿穿過與保溫爐相連通的涂覆室而在銅桿表面附著銅液形成較粗的銅鑄桿，接著對銅鑄桿依次冷卻、熱軋、再冷卻、繞制成圈成為光亮無氧銅桿。本發(fā)明以較細的連續(xù)銅桿作為基材母桿，采用浸涂成型法在母桿的表面涂覆銅液得到更粗的銅鑄桿，然后依次經(jīng)冷卻、熱軋、再冷卻、繞制成圈成為長度不限、導電率高、含氧量低、拉伸率高的光亮無氧銅桿，該方法制得的無氧銅桿，可應(yīng)用于風電、核電、高鐵、汽車導線、超高壓導線等對銅桿品質(zhì)要求高的領(lǐng)域。
文檔編號C23C2/38GK102312184SQ20111025152
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者俞衛(wèi)民, 盛承軍, 羅海恩, 羊榮金 申請人:杭州富通昭和銅業(yè)有限公司