专利名称：一种生产光亮无氧铜杆的方法
技术领域：
本发明涉及铜杆的制造方法，具体是一种生产光亮无氧铜杆的方法。该方法制造的无氧铜杆具有导电率高、含氧量低、拉伸率高等特点，主要应用于风电、核电、高铁、汽车导线、超高压导线等对铜杆品质要求高的领域。
背景技术：
风力发电是目前发电技术中最清洁、安全的，目前世界风力发电发展速度超过其他新能源发展，未来风力发电很可能成为全球电力的主要来源之一。据中国风能协会预测， 中国风电总装机容量2020年达到80亿瓦，2030年达到180亿瓦，2050年达到500亿瓦。我国政府将强力支持建设智能电网，解决风电输送问题，未来风电将成为我国电力的主要来源之一。同时在“十二五”规划中，中国高铁将作为新兴产业大力优先发展。截至2010年， 中国铁路营业里程达9. 1万公里，高铁运营里程达8358公里。而这仅仅是个开始，预计到 “十二五”期末(2015年)，中国铁路营业里程将达到12万公里以上，其中高速铁路达1. 6万公里以上。上述产业用到的发电机组、变压器、牵引电机、接触导线等都需要用到大量高品质的电磁线。衡量电磁线的主要质量指标有抗拉强度、延伸率、导电率、耐压性、氧含量及表面质量，其中氧含量是其主要质量指标之一。对于生产电磁线的原材料铜杆，如果氧含量过高会出现以下现象①铜杆中的氧，以氧化铜状态，从晶相组织上看氧化铜存在于晶粒边界附近，氧化铜以夹杂形式在晶界出现对材料的韧性产生负面影响，导致铜杆的机械性能下降、 在后续加工中出现断裂现象；②由于氧化铜的存在会造成铜杆导电率降低；③加工后的铜产品在氢气中退火会产生气泡和针孔，影响表面质量；④产品表面有瑕疵后会降低耐高压性能。目前市场上供应的连铸连轧生产的低氧铜杆氧含量在200-400PPM，利用上引连铸工艺生产的无氧铜杆氧含量在10-20PPM，氧含量均较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有制造方法制得的铜杆氧含量较高的缺陷，提供一种生产光亮无氧铜杆的方法。为达到本发明的目的，本发明的生产光亮无氧铜杆的方法所采用的技术方案是 将电解铜板经过干燥炉加热后投入熔化炉进行熔化，熔化后的铜液通过流道流入保温炉保温，将一根较细的连续铜杆穿过与保温炉相连通的涂覆室而在铜杆表面附着铜液形成较粗的铜铸杆，接着对铜铸杆依次冷却、热轧、再冷却、绕制成圈成为长度不限、导电率高、含氧量低、拉伸率高的光亮无氧铜杆。作为优选技术措施，在熔化炉中铜液的表面覆盖一层阻止空气进入铜液的漂浮材料。进一步的，所述的漂浮材料为木炭。尤其是所述木炭的厚度为100-300mm。
作为优选技术措施，所述熔化炉内铜液的温度控制在1140-1180°C，炉内充满还原性保护气体。作为优选技术措施，所述保温炉内铜液的温度控制在1130-1160°c，炉内充满还原性保护气体。作为优选技术措施，所述的熔化炉内靠近所述流道设一个下边沿低于铜液液面 100-200mm的陶瓷挡板。作为优选技术措施，所述的涂覆室内充满还原性保护气体。作为优选技术措施，铜杆进入涂覆室前经过扒皮处理。作为优选技术措施，所述的冷却是令铜铸杆通过冷却室，冷却室内充满还原性保护气体。作为优选技术措施，经过冷却的铜铸杆的表面温度控制在500-900°C。作为优选技术措施，轧机内充满还原性保护气体，轧机内采用乳浊液对铜铸杆酸洗。作为优选技术措施，绕制成圈时铜铸杆的表面温度控制在35-80°C之间。作为优选技术措施，所述还原性保护气体为N2、H2与&的混合气体，其中H2的体积浓度为0. 5%-4. 5%，其中A的浓度不高于20PPM，余下为N2。作为优选技术措施，在用干燥炉加热电解铜板前去除电解铜板上的附着物。本发明以较细的连续铜杆作为基材母杆，采用浸涂成型法在母杆的表面涂覆铜液得到更粗的铜铸杆，然后依次经冷却、热轧、再冷却、绕制成圈成为光亮无氧铜杆，该方法制得的无氧铜杆长度不限、导电率高、含氧量低(氧含量在2-8PPM)、拉伸率高，可应用于风电、 核电、高铁、汽车导线、超高压导线等对铜杆品质要求高的领域。本发明在熔化炉的表面覆盖了一层阻止空气进入熔融铜液的漂浮材料，使得电解铜板可分批加入熔化炉但又不会导致含氧量的增加；同时，将涂覆室与熔化炉分开，保证了涂覆条件的稳定性，降低了分批加材对涂覆的影响，从而实现无氧铜杆的连续生产。
图1是实施本发明方法所涉及的生产线的示意图。图2是实施本发明方法所涉及的组合炉的示意图。图3是图2所示组合炉的一个剖面示意图。图4是实施本发明方法所涉及涂覆室的示意图。图中标号说明1-上料辊道，2-上料小车，3-输送辊道，4-熔化炉，5-保温炉， 6-涂覆室，7-拉丝机，8-旋锻机，9-入张控制装置，10-直列轧机，11-出张控制装置，12-收线装置，13-成品辊道，14-乳浊液冷却系统，15-循环母杆输送装置，16-铜杆接头机，17-废线成卷机，18-扒皮和校直装置，19-TG1感应器，20-FW感应器，21-TG2感应器，22-烧铸通道，23-保温炉盖，24-装料门，25-铜液，26-铜板，27-出气口，28-低位感应器，29-高位感应器，30-陶瓷挡板，31-铜铸杆。
具体实施例方式以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明的生产光亮无氧铜杆的方法，是将电解铜板经过干燥炉加热后分批次(分批次是指实施该方法的过程中，随着铜液的减少，适时的投入电解铜板用以补充原料)投入熔化炉进行熔化，熔化后的铜液通过流道(流道可用坩埚制成)流入保温炉保温，将一根较细的连续铜杆穿过与保温炉相连通的涂覆室而在铜杆表面附着铜液形成较粗的铜铸杆，接着对铜铸杆依次冷却、热轧、再冷却、绕制成圈成为长度不限、导电率高、含氧量低、拉伸率高的光亮无氧铜杆。本发明用于加热的热源可采用电加热或者燃气加热方式。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下各段述及的附加技术特征，在实施本发明时根据具体作用可将它们选用在上段所述的技术方案上首先，在熔化炉中铜液的表面覆盖一层阻止空气进入铜液的漂浮材料。进一步的，所述的漂浮材料为木炭。尤其是木炭的厚度为100-300mm。其次，熔化炉内铜液的温度控制在1140-1180°C， 炉内充满还原性保护气体。第三，保温炉内铜液的温度控制在1130-1160°C，炉内充满还原性保护气体。第四，熔化炉内靠近所述流道设一个下边沿低于铜液液面100-200mm的陶瓷挡板。第五，涂覆室(可用坩埚炉)内充满还原性保护气体。第六，铜杆进入涂覆室前经过扒皮处理。第七，冷却是令铜铸杆通过冷却室，使用特殊乳浊液冲淋(用冷却水对循环乳浊液降温，冷却室水量可以调节)，冷却室内充满还原性保护气体。第八，经过冷却的铜铸杆的表面温度控制在500-900°C。第九，轧机内充满还原性保护气体，轧机内采用乳浊液对铜铸杆酸洗。第十，绕制成圈时铜铸杆的表面温度控制在35-80°C之间。第十一，还原性保护气体为N2、H2与&的混合气体，其中H2的体积浓度为0. 5%-4. 5%，其中&的浓度不高于20PPM，余下为队。第十二，在用干燥炉加热电解铜板前去除电解铜板上的附着物(如铜豆、铜绿等)。本发明方法的技术手段，是通过以下机理实现发明目的的。1)电解铜板(高纯度更佳)经过加热、除尘后，电解铜板的表面杂质及水分去除，防止铜板投入熔化炉后，水在高温下发生化学反应
2H20=2H2+02
分解出来的氧气熔解到铜液中去，会造成铜水含氧量增高。熔化炉中的木炭及还原性保护气体会发生一系列化学反应
2Cu+02=2CU0
2C+02=2C0
2Η2+02=2Π20
2CuO+CO +H2=2Cu+H2CH-02
通过上述反应，降低了铜水中的氧含量。木炭的覆盖厚度会直接影响铜水的氧含量，当木炭覆盖不足时，熔化炉内气体中CO不足，造成还原不充分，当木炭覆盖过多时，氢气无法顺利接触铜水，也会造成还原不充分，导致无法有效的降低铜水氧含量。2)铜水经过低于铜水液面下的流道流入封闭的保温炉，然后连续流向与保温炉相连的涂覆室(坩埚炉)，保温炉内也充满了含0. 5%-4. 5%氢气的氮气保护气体，会发生下面化学反应CuO+-H2=CU+H20
通过上述反应，又进一步降低了铜水中的氧含量。保温炉内的陶瓷挡板，可选用刚玉陶瓷材料，挡板的作用是防止漂浮在保温炉表面的铜渣流入涂覆室，否则会造成铜铸杆表面有铜渣附着，影响表面质量。3) 一根较细的铜杆从一个与保温炉连通的涂覆室底部穿过，在铜杆表面附着铜水形成较粗的铜铸杆。涂覆室内也充满了含0.5%-4.5%氢气的氮气保护气体，一方面起还原作用，另一方面也隔绝了空气中的氧气。铜杆在进入涂覆室底部之前，经过扒皮处理(扒皮处理是将铜杆表面氧含量高的一层材料去除)，保证浸涂之前的铜杆氧含量最低，才能保证最终生产出来的铜杆有较低的氧含量。4)铜铸杆在涂覆室上方的冷却室进行连续在线冷却，通过调节各段水量，控制铜铸杆结晶速度，同时冷却室内也充满了含0. 5%-4. 5%氢气的氮气保护气体，这一过程会发生下面化学反应
2H20=2H2+02 2Cu+02=2CU0 CUQ+-H2=CU+H20
保护气体的作用将遏制因冷却水在高温下分解出来的氧气带入铜杆，防止铜杆氧含量增高。5)经过冷却的铸杆，铜杆表面进入轧机进行轧制，因为进入轧机前的铜杆表面温度有500-900°C，为防止铜杆在高温下氧化，轧机内也必须充满含0. 5%-4. 5%氢气的氮气保护气体，同时在轧制过程中，铜杆表面的铜粉及氧化物与铜杆剥离，必须及时将其去除， 否则会在下一道轧辊轧制过程中嵌入铜杆，造成铜杆表面创伤，也会增加铜杆氧含量，此时需采用乳浊液对铜杆表面进行酸洗。6)轧制后的铜杆再次冷却，进入收线装置成卷，进入收线装置的铜杆表面温度控制在35-80°C之间。此时温度过高，会造成铜杆在空气中吸氧，随着温度升高，吸氧程度更加严重，就无法生产出满足2-8PPM范围的无氧铜杆。下面结合图1所示的生产线说明本发明方法的实施。铜板沈(参见图3)经过处理后使用上料辊道1、上料小车2、输送辊道3送入熔化炉4，熔化炉4对铜板进行加热熔化。熔化炉4内铜液液面较高，从而铜液进入相连通的保温炉5。保温炉5与相邻涂覆室6贯通，铜液通过保温炉进入涂覆室6。当熔化炉4停止工作时，可通过微量倾斜整个组合炉(参见图2，组合炉包括熔化炉4、保温炉5、涂覆室6)，使涂覆室6液面上升。原料铜杆经过扒皮和校直装置18后从涂覆室6底端通入，从上端通过拉丝机7引出(参见4)。铜杆因接头过大可能无法穿过涂覆室6底端模具，可以使用旋锻机 8先将接头拉细，再进行穿杆。涂覆后的铜铸杆31引出后经过入张控制装置9，入张控制装置9通过铜铸杆张力大小控制进入直列轧机10的速度，进入后直列轧机10对铜铸杆进行轧制和乳浊液冲淋冷却，升温后的乳浊液进入乳浊液冷却系统14使用冷却水热交换冷却。 轧制铜铸杆31后进入出张控制装置11，出张控制装置11通过张力大小调节牵引速率，最后进入收线装置12，进行收线。收线完的铜杆形成卷状进入成品辊道13。部分成品可以当成原料母杆进入循环母杆输送装置15，进行再生产。扒皮产生的铜杆外表皮可通过废线成卷机17收集，不同卷铜杆原料需要接合连续生产的使用铜杆接头机16接头。图2-4中TG1感应器19和TG2感应器21利用电流的涡流效应加热熔化炉。FW感应器20加热保温炉，铜液25通过连通的烧铸通道22从保温炉5流入涂覆室6。向组合炉中加入铜板26时，装料门M开启。整个炉体运行时，保温炉盖23处于关闭状态，同时炉体出气口 27处于开启状态。低位感应器28和高位感应器四感应保温炉5中铜液25液位高低并反馈至控制系统，从而决定加入铜板沈熔化或倾斜炉体。在整条生产线运行过程中， 通过各炉体管口不断向各炉体充入调制好比例的还原性保护气体，从而保证各炉体中保护气体或还原气体的气氛氛围稳定。以下通过几个具体实施例具体数据说明本发明的效果。实施例1
熔化炉温度参数1152°C，保温炉温度参数1146°C，铜铸杆轧制前温度70(TC，铜铸杆轧制后温度38°C，冷却水温度，保护气体H2含量1. 8%，O2浓度5ppm。成品铜杆样品测试温度25°C，样本长度1200mm，产品净重905g，圆杆最大直径Φ 1 为10. 82_，最小直径Φ2为9. 88_，偏差比为0. 94，偏差比满足2*( Φ 1-Φ2 V( Φ 1+Φ2)， 其中Φ 彡Φ2。所得铜杆基本特性如下电阻率0. 01685 Ω (mm) “ 2/m,伸长率42. 5%，氧浓度 3. Ippm0该实施例所述铜杆特性在于表面光洁，无缺陷，含氧量低，扭转性能好，导电率和伸长率相对于其它铜杆高。适用于较高电气、电子产品的需求。实施例2
熔化炉温度参数1150°C，保温炉温度参数1145°C，铜铸杆轧制前温度680°C，铜铸杆轧制后温度37°C，冷却水温度，保护气体H2含量1. 3%，O2浓度6. 5ppm。成品铜杆样品测试温度25°C，样本长度1200mm，产品净重850g，圆杆最大直径Φ 1 为10. 45_，最小直径Φ2为9. 82_，偏差比为0. 62，偏差比满足2*( Φ 1-Φ2 V( Φ 1+Φ2)， 其中Φ 彡Φ2。所得铜杆基本特性如下电阻率0. 01685 Ω (mm) “ 2/m,伸长率42. 3%，氧浓度
3.5ppm。实施例3
熔化炉温度参数1147°C，保温炉温度参数1130°C，铜铸杆轧制前温度720°C，铜铸杆轧制后温度38°C，冷却水温度35°C，保护气体H2含量1. 2%，O2浓度6. 5ppm。成品铜杆样品测试温度25°C，样本长度1200mm，产品净重532g，圆杆最大直径Φ 1 为8. 23_，最小直径Φ2为7. 61_，偏差比为0. 62，偏差比满足2*( Φ 1_Φ2)/( Φ 1+Φ2)， 其中Φ 彡Φ2。所得铜杆基本特性如下电阻率0. 01696 Ω (mm) “ 2/m,伸长率42. 0%，氧浓度
4.2ppm。
权利要求
1.一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是将电解铜板经过干燥炉加热后投入熔化炉进行熔化，熔化后的铜液通过流道流入保温炉保温，将一根较细的连续铜杆穿过与保温炉相连通的涂覆室而在铜杆表面附着铜液形成较粗的铜铸杆，接着对铜铸杆依次冷却、热轧、再冷却、绕制成圈成为光亮无氧铜杆。
2.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是在熔化炉中铜液的表面覆盖一层阻止空气进入铜液的漂浮材料。
3.根据权利要求2所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述的漂浮材料为木炭。
4.根据权利要求3所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述木炭的厚度为 100-300mm。
5.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述熔化炉内铜液的温度控制在1140-1180°C，炉内充满还原性保护气体。
6.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述保温炉内铜液的温度控制在1130-1160°C，炉内充满还原性保护气体。
7.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述的熔化炉内靠近所述流道设一个下边沿低于铜液液面100-200mm的陶瓷挡板。
8.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述的涂覆室(坩埚)内充满还原性保护气体。
9.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是铜杆进入涂覆室 (坩埚)前经过扒皮处理。
10.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述的冷却是令铜铸杆通过冷却室(用水对冷却室降温，冷却室水量可以调节)，冷却室内充满还原性保护气体。
11.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是经过冷却的铜铸杆的表面温度控制在500-900°C。
12.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是轧机内充满还原性保护气体，轧机内采用乳浊液对铜铸杆酸洗。
13.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是绕制成圈时铜铸杆的表面温度控制在35-80°C之间。
14.根据权利要求5、6、8、10、12中任何一项所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是所述还原性保护气体为N2、H2与&的混合气体，其中H2的体积浓度为0. 5%-4. 5%， 其中A的浓度不高于20PPM，余下为N2。
15.根据权利要求1所述的一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是在用干燥炉加热电解铜板前去除电解铜板上的附着物。
全文摘要
本发明公开了一种生产光亮无氧铜杆的方法，现有制造方法制得的铜杆氧含量较高，本发明是将电解铜板经过干燥炉加热后投入熔化炉进行熔化，熔化后的铜液通过流道流入保温炉保温，将一根较细的连续铜杆穿过与保温炉相连通的涂覆室而在铜杆表面附着铜液形成较粗的铜铸杆，接着对铜铸杆依次冷却、热轧、再冷却、绕制成圈成为光亮无氧铜杆。本发明以较细的连续铜杆作为基材母杆，采用浸涂成型法在母杆的表面涂覆铜液得到更粗的铜铸杆，然后依次经冷却、热轧、再冷却、绕制成圈成为长度不限、导电率高、含氧量低、拉伸率高的光亮无氧铜杆，该方法制得的无氧铜杆，可应用于风电、核电、高铁、汽车导线、超高压导线等对铜杆品质要求高的领域。
文档编号C23C2/38GK102312184SQ20111025152
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者俞卫民, 盛承军, 罗海恩, 羊荣金 申请人:杭州富通昭和铜业有限公司