铜杆知识

铜杆知识
1）关于氧的吸入和脱去以及它的存在状态
生产铜杆的阴极铜的含氧量一般在10—50ppm，在常温下氧在铜中的固溶度约2ppm。

低氧铜杆的含氧量一般在200（175）—400（450）ppm，因此氧的进入是在铜的液态下吸入的，而上引法无氧铜杆则相反，氧在液态铜下保持相当时间后，被还原而脱去，通常这种杆的含氧量都在10—50ppm以下，最低可达1-2ppm，从组织上看，低氧铜中的氧，以氧化铜状态，存在于晶粒边界附近，这对低氧铜杆而言可以说是常见的但对无氧铜杆则很少见。

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。

而无氧铜中的氧很低，所以这种铜的组织是均匀的单相组织对韧性有利。

在无氧铜杆中的多孔性是不常见的，而在低氧铜杆中则是常见的一种缺陷。

2）热轧组织和铸造组织的区别
低氧铜杆由于经过热轧，所以其组织属热加工组织，原来的铸造组织已经破碎，在8mm的杆时已有再结晶的形式出现，而无氧铜杆属铸造组织，晶粒粗大，这是为什么，无氧铜的再结晶温度较高，需要较高退火温度的固有原因。

这是因为，再结晶发生在晶粒边界附近，无氧铜杆组织晶粒粗大，晶粒尺寸甚至能达几个毫米，因而晶粒边界少，即使通过拉制变形，但晶粒边界相对低氧铜杆还是较少，所以需要较高的退火功率。

对无氧铜成功的退火要求是：由杆经拉制，但尚未铸造组织的线时的第一次退火，其退火功率应比同样情况的低氧铜高10——15%。

经继续拉制，在以后阶段的退火功率应留有足够的余量和对低氧铜和无氧铜切实区别执行不同的退火工艺，以保证在制品和成品导线的柔软性。

3）夹杂，氧含量波动，表面氧化物和可能存在的热轧缺陷的差别
无氧铜杆的可拉性在所有线径里与低氧铜杆相比都是优越的，除上述组织原因外，无氧铜杆夹杂少，含氧量稳定，无热轧可能产生的缺陷，杆表氧化物厚度可达≤15A。

在连铸连轧生产过程中如果工艺不稳定，对氧监控不严，含氧量不稳定将直接影响杆的性能。

如果杆的表面氧化物能在后工序的连续清洗中得以弥补外，但比较麻烦的是有相当多的氧化物存在于“皮下”，对拉线断线影响更直接，故而在拉制微细线，超微细线时，为了减少断线，有时要对铜杆采取不得已的办法——剥皮，甚至二次剥皮的原因所在，目的要除去皮下氧化物。

4）低氧铜杆和无氧铜杆的韧性有差别
两者都可以拉到0.015mm，但在低温超导线中的低温级无氧铜，其细丝间的间距只有0.001mm.
5）从制杆的原材料到制线的经济性有差别。

制造无氧铜杆要求质量较高的原材料。

一般，拉制直径>1mm的铜线时，低氧铜杆的优点比较明显，而无氧铜杆显得更为优越的是拉制直径<0.5mm的铜线。

6）低氧铜杆的制线工艺与无氧铜杆的有所不同。

低氧铜杆的制线工艺不能照搬到无氧铜杆的制线工艺上来，至少两者的退火工艺是不同的。

因为线的柔软性深受材料成份和制杆、制线和退火工艺的影响，不能简单地说低氧铜或无氧铜谁软谁硬。

（摘自《金属导体及其应用》）
利用紫杂铜和国产连铸连轧设备生产低氧光亮铜杆
1.1 概述
采用传统热轧法生产黑铜线杆工艺在世界上已有一百多年的历史，进入上个世纪七十年代，世界工业发达国家相继开发了SCR法、properzi法、Contirod法、Secor法、Dip 法、Upcast法等光亮铜杆连铸连轧生产线从而使世界铜线杆的生产发生了重大变革。

所谓传统热轧法就是把电解铜加到阴极反射炉中加热熔化，做铜，铸成船形锭。

船形锭每根重80～90kg，然后再经加热炉加热，进入到横列式轧机中轧制，一般横列式轧机有十二或者十四座机架，才能轧成￠8～￠6mm的铜杆，由于此种铜杆表面氧化厉害，所以称黑杆，需经酸洗或者扒皮后再拉丝。

连铸连轧法与传统热轧法生产的铜线杆相比，具有长度长、节省能量，产品质量稳定、性能均一、表面光亮等特点。

目前，传统的热轧法已经被连铸连轧所取代。

比较连铸连轧与热轧法，其优缺点是很明显的
：
1）横列式轧机，由电解铜到线杆，消耗燃料油130kg/t，（相当于热能1300Mka/t）电力180kwh/t，合计消耗热能3023Mka/t；
连铸连轧工艺只消耗806 Mka/t；
两种工艺热能相差2217 Mka/t。

2）黑杆导电率比光亮杆低，因为黑杆含氧量高。

3）黑杆圈重小，一般只有80kg左右，而光亮杆一般在3～5 t，因此拉丝时接头少。

黑杆需要酸洗或扒皮，有三废污染，光亮铜线杆不需要酸洗或扒皮，，没有污染。

我国在上个世纪八十年代掀起了连铸连轧引进高潮，最早引进的是哈尔滨电缆厂，1982年签约，83年安装调试，84年投入生产，历时15月。

投资费用2400万人民币（其中外汇400万美元）。

该生产线为浸渍法（DFP），炉子是美国GE公司的，轧机是日本昭利公司，一年就收回全部投资。

自1984年以后，全国又引进了八条生产线和十几条上引法。

方法主要性能建造地点 SCR法 Contirod法 Proerzi法
云南冶炼厂上海钢材厂北京钢厂常州冶炼厂湘潭冶炼厂芜湖冶炼厂太原钢厂四川电缆厂
铸轮直径(毫米) 1676 模腔长2280 1400
铸机四轮双带二轮
生产能力(吨/时) 6.5 13 8-10 7.0
年生产能力(万吨/年) 3.0 6.5 4.5 3.5
扎机型式三辊(平、立) 二辊（平、立）三辊（互成120℃）
机架数(个) 9 10 9 10
线杆直径(毫米) φ8 φ8 φ8-22 φ8
引进国别和公司美国南方线材公司西德克虏伯公司意大利康梯纽斯公司
投产时间(年) 1988 1990 1987 1987 1988 1987 1987 1986
国内分布 2 3 3
不管是哪种生产方法，他们都要求用1#电解铜作原料（如果是A级铜更好），在竖炉或电炉中熔化，然后铜液在一定温度下进入铸机，强制水冷结晶成坯进入连轧机组轧制成杆，杆经过乳化液冷却绕圈。

1981年10月上海市科委、上海市冶金局给上海冶炼厂下达了反射炉连铸连轧新工艺实验任务，历时8个月，取得了一定的经验数据，但不能代替引进的连铸连轧机组，他也为今天所讲的利用紫杂铜生产光亮铜杆打下了基础。

1.2、用紫杂铜生产光亮铜杆的工艺原理
当时上海冶炼厂是用电解铜作原料，在10吨反射炉中熔化，做铜。

该反射炉炉床面积4.16m2，熔池3040×1500mm，熔池最大深度350mm。

每炉冶炼时间6小时，还原结束时炉内铜水温度1170℃~1190℃。

现在我们认为该炉设计太小，熔池太浅，铜液的氧含量不宜控制，前面引杆剪坯需要一、二吨，后面二、三吨铜液在炉子放不出，中间只剩四、五吨铜水很难正常生产。

当初该阳极炉如设计五十吨左右，也许能实验成功。

在火法精练过程中，要脱除的杂质可分五大类，第一类是在氧化过程中易除去的杂质，第二类是在氧化过程中一般能脱除的杂质，第三类为难于脱除的杂质，第四类是较少脱除的杂质，第五类是不能脱除的杂质。

在生产实践中主要杂质是Pb、Sn、Ni、Fe、O、S等。

应该说S、Zn属于第一类，Fe属于第二类，pb、Sn是第三类，Ni则是第四类，而O必须在还原中脱除。

实践证明，在氧化造渣过程中，杂质脱除率高达90%，但还有10%左右的锡会给生产带来麻烦。

从理论上讲，铜与锡在液态时互溶，精练炉中的锡主要来自锡青铜，镀锡铜废料。

在精炼过程中锡被氧化成亚锡和二氧化锡，前者呈碱性，后者呈酸性。

Sn+Cu2O=SnO+2Cu (1)
SnO+Cu2O=SnO2+2Cu (2)
SnO+SiO2=SnSiO3 (3)
酸性SnO2在造酸性渣不易与反应，所以只能靠造碱性渣来除去：
SnO2+Na2CO3=Na2SnO3+CO2 (4)
或者SnO2+CaO=CaSnO3 (5)
铅虽然容易造渣除去，PbO+SiO2=pbSiO3
工艺原理图：
油、蒸汽电解铜风
↓
反射炉熔炼
↓ ↓ ↓
返鼓风炉处理渣铜液炉气→ 烟囱放空
↓
浇包
↓
冷却水铜液
↓
水循环系统连续铸造
↓
回水铸坯
↓
牵引
↓
铸坯
↓
铣角→ 铜屑→ 回炉
↓
铸坯
↓
剪切
↓
铸坯堆放
但是铅比重比铜大得多，一般熔化后，PbO就容易沉到炉底，所以在氧化时，不易被搅起，因此除铅时，要想法把沉在炉底的PbO（比重9.2）除去。

我们曾在停炉时对炉底没有放净的铜采样，发现铅高出标准数倍到数十倍。

针对这种情况，我们在每次加料前适当向炉底撒入一些石英砂，使沉在炉底的PbO熔化后能与SiO2形成pbSiO3漂浮到铜液表面被扒除。

而镍是和铜互熔的金属，很难将铜镍用火法精练方法分离，一般镍是在湿法冶炼时以NiSO4蒸发溶液时脱除，只有极少数NiO+SiO2=NiSiO3造渣脱除。

因为同样的道理，CuO+SiO2=CuSiO3,这就造成铜的损失。

镍在铜熔液中结晶，造成脆性，使铜杆的抗拉强度延伸率降低明显，且使铜坯断坯，铜杆产生麻烦，必须在铜料分拣时尽量清除干净。

锌是较易脱除的杂质，一般采用加焦碳吹风蒸锌，在这个过程中锌被除去90%，剩下熔入铜液的ZnO+SiO2=ZnSiO3扒渣除去。

铁基本上都是造渣除去，
FeO+SiO2=FeSiO3
Fe2O3+3SiO2=Fe2(SiO3)3
硫则是氧化时生成SO2随烟气除去，
S+O2=SO2
脱除氧则在还原阶段完成，铜熔化后极易与氧反应，
4Cn+O2=2Cu2O (7)
2Cu2O+O2=4CnO (8)
在还原阶段，还原木（或重油）与高温铜水接触后，立即裂解产生甲烷，氢气来夺取铜水中的氧：
Cu2O+H2=2Cn+H2O
3Cu2O+CH4= 6Cn+H2O+CO2
既使用电解铜作原料，在反射炉中，由于电解铜自身含氧量高，也必须设法降低氧含量。

为了降低铜液中的氧含量，将电解铜熔化后直接进入还原阶段行不行呢？事实证明不行，生产黑杆时，电解铜在反射炉中还是要经过熔化氧化还原出铜这几个阶段，而且还得出了“氧化要完全，还原要彻底”的经验，这就是利用紫杂铜进行连铸连轧的基础。

对于不同等级的紫杂铜，采用不同的精练方法，这是紫杂铜料生产光亮铜杆的关键。

1.3、原料的选择和处理
现在杂铜分级的标准已经制定,但工厂很难按标准分级来购买杂铜,只能大致分为特紫铜、1#杂铜、2#杂铜和等外杂铜。

由于铜的价格高，在市场经济利益驱动下，许多不法商人不是严格分拣，而是人工造假，结果给杂铜火法精练带来极大困难。

一般造假的方法是：
1、向管中灌铅，铜管两头砸扁
2、用水泥做漆包线的盘，外围绕上漆包线
3、用铁丝放在硫酸铜溶液中浸泡，外表看是铜丝
4、用红糖熬成糖汁，泼在废铜丝上，将使砂屑牢牢粘在上面，外表好看。

5、打包中放铁块等其他杂物以增加重量。

检查方法：
1、用吸铁石吸以分铁
2、用手掂量铜管以知是否灌铅
3、拆开漆包线盘
4、分拣时扣除灰、砂重量
1.4、利用紫杂铜连铸连轧生产线简介
国产铜杆连铸连轧生产机组是在铝杆连铸连轧基础上发展起来的，其中四川德阳东方电工厂是生产铝杆丫型轧机的老厂，后来合肥神马机械厂亦开始生产，现在生产的厂家有河南巩义海绵设备制造厂、徐州冶金机械厂、成都蜀红机械厂。

该生产线的铸机是仿造SCR的，虽然有所改进，铸轮采用￠1.8m，而熔铜的炉子，有采用自制竖炉的，如吴江桦都电缆厂，宜兴林峰，采用竖炉只能以电解铜为原料。

大部分民营企业家都采用反射炉，吃紫杂铜，炉子的容量有大有小，大的100吨小的40吨，其中用得最多的是60吨、70吨的，搞的比较好的浙江永康芝瑛镇应时雨先生的工厂，吨杆成本在600元，且质量稳定。

芜湖市高智达新技术公司专为德阳电工配套，他们负责设备电气的安装调试，我们负责炉子的设计、砌筑、做铜，并帮助厂家进行技术培训，制定岗位操作规程、安全生产责任制和企业内控标准，等于交钥匙工程。

反射炉一般一年大修（有的中修一次），小修按季度进行。

室外烟囱30 m高，烟道30～50 m长，同时还要建筑，循环水池，乳化液池和酒精池。

反射炉自出铜口通过溜槽和浇包与铸机相连接，溜槽长度不得大于50 m，溜槽上盖满木炭防止铜液与空气接触，浇包的控制铜液流量的闸板周围用液化气烧嘴来控制铜液的还原性气氛和铜液温度，防止因溜槽过长降温而到浇嘴时冻结。

反射炉因做铜一炉一个周期，炉子里的铜水放完了，铜杆也就轧完了，因此有些厂家建两台炉子，交替作业。

利用紫杂铜连铸连轧生产光亮铜杆的主要技术一是做铜，二是浇铸，三是轧机的工艺和维护。

首先谈做铜，做铜分为五个步骤：一是加料，有手工加料和落地式加料机加料，加料机加料不但节省劳动力，还缩短加料时间。

二是熔化，熔化要彻底，炉底不能存有冷料，且熔化结束一定要扒一次渣，然后，再插风管氧化。

三是氧化，氧化要彻底，氧化结束要取样看样。

对氧化严重的再生铜原料，应在加料时配入一定的还原剂并在熔化过程中插入还原木进行搅动还原，即将工艺改为还原——氧化——还原。

在氧化阶段，复盖焦炭吹风蒸锌，加石英砂造酸性渣，加石灰造碱性渣，每次造渣都要扒净。

四是插木还原，还原一定要准确，即控制铜液中含氧量小于200PPm。

五是出铜，铜液面上复盖一层木炭，以防铜水吃氧。

在从事再生铜的生产时，一定要将每一道工序彻底分清，特别是氧化还原交叉作业时，避免相互影响，我们总结了九个字“深氧化、准还原，扒渣净”。

其二谈浇涛
浇铸一定要有一名熟练地浇铸手，我们芜湖高智达公司有一位王师傅，人称江南第一浇，可见其技艺之精湛。

浇铸是手控底浇，浇位10点钟。

浇包铜液温度1120℃±10℃
浇包移动机构：要求可分别作升降、横向、纵向移动，其运行速度为2mm/s
连铸机：
1）铸轮外缘直径￠1800 mm，用铜银合金铸造碾压加工而成，现在有用铜铬锆合金。

U 型槽，宽×高=150×110 mm
2）铸坯截面积2100 mm2
3）铸模温度～150℃
4）铸坯脱模温度~900℃
5）铸轮转速1.7～17m/分无级调速，其速度不均匀变≯1%
6）水冷却系统
最大水冷却量～200m3/时，流量90 m3/时，扬程108 m喷嘴呈扇形，使水均匀喷射在铸轮内，外侧及两边，其中：内冷却嘴设三排，每隔5°一只，侧冷喷嘴每侧一排，每隔5°一只，外冷喷嘴设两排，每隔5°一只。

7）钢带：冷轧低碳钢带，钢带张力700-900kg，钢带厚～2 mm，宽5 mm，长～12.8 m
最后谈轧机
四川德阳东方电工的机架14架，一、二号机架为二辊，其余为三辊，丫型排列。

1.5、产品质量的比较
产品适应市场性能生产能力产品质量技术指标装机水平
国际先进生产线产品能满足各种规格、各种需求的电线电缆，各种规格电磁线，尤其能满足线径＜0.18mm铜线生产，适合高速拉丝机生产要求。

10～20万吨/年导电率＞101IACS(s/m)扭转＞55N含氧量200～300ppm铜含量＞99.95%延伸率42～44%可生产最小线
径：￠0.05mm全面达到德国DIN标准要求现在都向大铸坯、高速度、大加工率、一专多能、节能型推进。

国内引进生产线 1982～1990引进生产线以常州冶炼厂最为成功，1997年常州又引进一条10万吨，南京华兴一条10万吨，21世纪初，江西铜业引进15万吨与国外水平一样 5~10万吨/年导电率＞101IACS扭转＞45N含氧量300~500ppm延伸率40～50%可生产最小线径：￠0.10mm部分达到美国ASTM标准要求具有中等铸坯、中小加工率，部分只能应中高速拉丝机，好的适应高速拉丝机
基本生产线生产单一光亮铜杆，产品仅能满足￠0.3mm以上（少数满足￠0.1mm）线径的要求，只能在低速拉丝上拉丝 1～5万吨/年导电率＞100IACS扭转＞40N含氧量200～500ppm延伸率38～45%可生产最小线径：￠0.3mm达到国际3542-98要求具有中等铸坯，中小加工率，适应低速拉丝。

我国光亮铜杆连铸连轧设备浅析
20世纪80年代，随着世界有色金属冶炼铸造技术的发展，国内相继引进了多条光亮铜杆连铸连轧生产线。

目前，除少数生产线因管理和经营不善停产外，大部分都还在正常运转。

连铸连轧生产技术的引进推动了我国铜线杆生产的发展和技术革新。

但由于历史局限性，这些生产线产能普遍偏低，另外，在引进这些设备的同时，没有配套引进过程检测技术，致使生产的铜杆在性能、质量上波动较大。

总的来说，这些生产线铸坯规格普遍偏小，总变形率小，致使产能上不去，能耗降不下来，产品质量也欠佳。

近年来，借着资产重组和异地搬迁的机会，这些生产线都得到了不同程度的改进和完善。

从20世纪90年代开始，我国电线电缆行业迅速发展，铜线杆的需求急剧增长。

据中国有色金属工业信息中心统计，1999年，我国圆铜杆的实际产量仅为40万吨，而消费量为65万吨左右，缺口大部分从国外进口。

另外随着电磁线、通讯电缆及其他特种用途电线电缆的迅速发展，多线多模高速拉丝机的出现，对铜杆的要求越来越高。

小规格铸坯生产的铜杆越来越不能满足要求。

于是在20世纪末，我国又先后引进或搬迁改造了多条连铸连轧生产线。

这些生产线装备水平高，生产规模大，具有能耗低、工艺过程连续、计算机监控程度高、产品质量优良稳定等特点，代表着当今世界先进的“SCR”和“Contirod”光亮铜杆生产技术。

同步引进的SpectroLabS大型多通道光谱分析仪、在线涡流探伤仪等设备，为保证生产优质低氧光亮铜杆提供了更加迅速、准确的检测手段。

它们依赖先进的工艺装备、较高的生产效率、低能耗和优良的产品质量赢得了市场，取得了显著的经济效益，其产品不但满足了国内市场，而且还出口世界各地。

目前，我国铜杆的总加工能力已有280万～300万吨，是需求量的3倍左右。

对现有生产线来讲，提高设备的使用率，提高产品质量，降低生产成本是在竞争中取得有利地位的根本保证。

国产连铸连轧生产装备自20世纪80年代我国建成自行设计、制造的第一条铜线杆连铸连轧生产线以来，至今已有10余条年产几万吨级的国产铜连铸连轧生产线投放市场。

这些生产线设备投资较低，生产成本也大大降低。

但由于行业的开发能力、技术设计力量还很薄弱，应用高新技术、在线检测手段也比较缺乏，设备制造的内在精度和外部质量与先进国家的技术水平还有相当差距。

具体体现在以下几个方面：1、竖炉的制造和控制还不成熟，生产线多配套反射炉，各炉次成本和氧含量不均匀，即使是同一炉次，也很难保证成分和氧含量始终均一，连铸连轧工艺的质量稳定、性能均一和节能等特点很难得到充分体现。