低氧铜杆生产中氧含量、夹杂、氧化变色及开裂的分析

铜杆生产中氧含量、夹杂、氧化变色的

分析及处理方法

一. 影响低氧铜杆质量因素及其控制方法

1.竖炉铜水含氧量的控制是根据成品低氧铜杆含氧量来控制，如成品氧在250×10-4～450×10-4为最佳，那么如何控制呢? 首先，必须控制好竖炉铜水含氧量．竖炉含氧量应控制在10～200×10-4为宜；利用CO分析仪对竖炉预混的燃气、煤气、混合气进行分析，监控其中的CO含量，从而达到控制竖炉含氧量的目的。

2.铸坯质量的控制是整个连铸连轧，生产线的关键。连铸连轧对铸机的质量要求是：温度均匀、无裂纹无气孔、夹渣并具有所需的轧制温度，其质量要求，往往受到下列几个主要影响因素的制约：结晶轮的冷却速度、浇注温度、结晶轮腔涂碳黑的效果、铜液中含氢量、含硫量、铸机冷却水的水质状况以及人为操作熟练程度等等；其实际上是在铸轮结晶腔内的液态铜向固态铜的转化过程。在冷却均匀的情况下，铜液在凝固时必然成标准的“v”字形，V字形锐角的大小，也将随铜液的高度、冷却速度的大小而发生变化。冷却速度的原因很多，诸如：冷却水压力、流量、冷却水温度、碳黑层的厚度和结构，以及冷却水的水质情况等。

3.结晶轮的涂碳黑效果对铸坯质量的影响在连铸过程中依赖于乙炔不完全的燃烧，在每次浇铸之间连续向结晶轮成型腔内喷涂碳黑，由于熔融的铜液与碳黑直接接触，使碳黑层发生二次热分解。二次热分解之后残留在结晶轮内残存碳黑分布情况和质量、重量，就成为决定连铸过程中铜液凝固时热传导速度的主要因素。事实证明，在这过程中，热传导速度是随这残存碳黑层厚度的增加而降低。当铜液接触到结晶轮腔内碳黑层后，铜液的热量迅速排出，立即形成薄薄的一层凝壳层，随即壳层收缩；于是在结晶轮和凝固壳层之间形成一个间隙，这个间隙将被碳黑层在二次分解后产生的混合气体所填满。在这些释放的气体中，每一种气体均具有不同的热传导系数；因此，混合气体的平均热传导系数和冷却水压力、流量、碳黑层厚度是决定热传导的另一个重要因素。由于气体的平均热传导系数与碳黑层结构有关，因此，谨慎地确定和调节碳黑层的厚度，以便在二次热分解期间能释放出较高的热传导系数的气体井充满问隙是十分必要的影响碳黑层结构的因素：乙炔气的质量、乙炔的压力、流量、燃烧器喷嘴直径、火焰高度(在完全燃烧时，在整个乙炔火焰

的不同位置、碳黑颗粒大小也是不相同的)等等。结晶轮内腔的碳黑层厚度也是决定热传导率的一个重要因素，这是因为在结晶腔内铜液的冷却速度与碳黑层厚度成反比过厚的碳黑层，将会降低冷却速度，在这种情况下浇铸出来的铸坯内部就会产生氧化物的偏析缺陷或形成气泡或形成成团的氧化物，上述这些缺陷，正是使铸坯发生开裂的主要原因。

4.氢对铸坯开裂的影响，但当液态铜向固态铜转化时(此时温度处在l083℃)。氢在液态铜中的溶解度将明显下降，这时会析出大量氢气。在冷却速度较慢的情况下，凝固时析出的氢气不可能全部以气泡形式排出，而主要析出在铸坯结晶前沿的铜液中，随着结晶体的生长逐渐富集于支晶之间。与此同时，在固液面附近支晶凝固收缩时产生疏松和支晶的表面缺陷，为气孔的形核长大提供了有利的条件。这就是铸坯在冷却速度较慢的情况下会产生沿晶气孔的一个主要原因，当带有沿晶气孔的铸坯进入轧机时，铸坯表面同时受外力作用，气孔随金属的变形而被压缩或伸长，并与沿晶界分布的疏松及夹杂等缺陷互助作用并串通，使之成为一个薄弱的晶界结构环节。在轧制时，不但不能与铜材母体压成一体，相反使沿晶裂纹发生扩展，从而产生沿晶热裂，并在其后各道次变形中逐步扩大。此外，沿晶界分布的气孔降低了铸坯断面承受拉力的有效面积，降低了晶界塑性变形能力．使铸坯开裂。气孔的存在，破坏了秒重量流量相等的连轧条件，因此多气孔的轧件在轧制过程中，将会产生冲导卫现象。

5.对铸坯开裂的影响，由于在电解铜中本己存在一定数量的含硫量，加上电解铜表面粘附着电解液、硫酸铜以及煤气中的含硫量，使铜液中的含硫量增加。铜液中由于氧和硫的共同存在，将有如下的反应：

Cu

2

S+2CuO=4Cu+SO

溶解在铜液中SO 气体，当其分压大于炉气中SO 分压和铜水静压力时，将逸出液面，由于液面上留有铜渣及煤气中的含硫，有如下反应：

2Cu+SO

2 = Cu

2

S+O

2

(1)

2HS+S0 = SO+H

2

O (2)

反应式(1)表明硫不能逸出铜液面；反应式(2)表明炉中SO 增多，使铜液中的SO析出困难，另一方面，由于炉气中SO增多加速反应式(1)向右进行，这就是使用含硫量较高的煤气作燃料，而导致铸坯含硫量增加的原因所在。由于硫或SO气体富集于晶界，成为铸坯热裂的核心，从而形成热裂，这就是我们通常称之为“硫脆”现象。

6.铸机冷却水的水质对铸坯开裂的影响，铸机冷却水的水质化学条件对铸机结晶轮的

冷却效果影响很大，根据经验及要求，必须使用“软水”。否则，铸机结晶轮底部、两侧以及钢带的顶部形成水垢，使结晶轮和铜带的热传导急剧下降，降低了结晶轮的冷却速度，结果铸坯将会产生上面已经提到种种铸造缺陷，使铸坯开裂。往往在很短的时问内使铸造过程停止下来，无法维持正常生产。在生产过程中铸机冷却水不可避免地混有碳黑、铜屑、耐火材料等杂物，如不把这些沉淀物分离，势必阻塞冷却水喷嘴，影响冷却水流量、压力。因此，在铸机冷却水系统中增添一套沉淀物隔离机构是完全必要的。由上分析可知，造成铸坯开裂的原因是多种的。铸坯开裂严重时使生产无法进行(通常为断坯)，轻微时，铜杆表面(或内部)将会产生裂纹，给下道拉丝工序带来很多麻烦。

二. 含氧量对低氧铜杆质量的影响

1. 铜杆含氧量对扭转性能的影响

当低氧铜杆含氧量过高时，扭转会相应的降低。例如：大于600×10-4时，在进行反扭转试验时会产生纵向裂纹，严重时甚至会产生开裂现象。其原因是铜杆含氧量过高时，在低氧铜杆组织将会产生一定量的Cu0 共晶体，使铜杆硬度增加。当进行扭转或冷加工时，这些氧化物周围产生不均匀变形，结果使铜杆产生裂纹。当含氧量过低时，例如：小于180×10-4，扭转次数有明显的下降趋势．这是因为铜杆含氧量过低时，铜杆的含氢量将会上升，在进行扭转或冷加工时，将会产生所谓的“氢脆”。

2．铜杆含氧量对电导率的影响

低氧铜杆电导率的高低，主要取决于电解铜本身的化学成分及其杂质含量。在连铸连轧生产工艺中所采用的竖炉、保温炉不能处理电解铜中的杂质，加上电解铜在储运过程中表面沾有大量的灰尘、泥土等如不清洗，将会增加铜杆中的含硅、含铁量。因此，选用《GB/T467—92(铜分类》中的l号铜以及对电解铜表面进行吹扫甚至煮洗，对提高铜杆的电导率是非常重要的。铜杆中的氧也作为一种杂质存在于铜中，它可与其它杂质形成氧化物，因此对低氧铜杆来说，适当的含氧量反而能增加其电导率。低氧铜杆作为电工用铜杆，其主要的技术指标是机械性能、电导率和加工性能为获得上述3个性能的综合指标，低氧铜杆的含氧量应控制在350×l0-4～150x l0-4范围。

三. 低氧铜杆的夹杂的控制

1. 夹杂就是在铜杆内夹有铜渣或其它异杂物。

铜渣主要由电解铜表面的附着物、耐火材料的烧损和脱落掉入铜液内的异物而形成。假若铜液温度控制适当，这些铜渣始终悬浮在铜液表面上，但当铜渣的温度过高时，铜渣