一种生产光亮无氧铜杆的方法

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. I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I. 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。在传统的被覆金属线制造方法中，例如有一种将母线浸溃于铜液或铜合金液等被覆材料，使被覆材料被覆于母线表面的浸溃形成(Dip Forming)法。这一方法中记载了将母线由保有铜液的坩埚底部(下方)插入，从上方拉出的方法(专利文献I :特公昭49-39740号公报)。记载于专利文献2 (特开昭57-68263号公报)的Dip Forming法,是关于被覆用坩埚的发明内容。目的是为解决母线表面铜合金层的偏差，在实施例中记载的温度条件为溶解炉的温度是1160°C。记载于专利文献3 (特公昭2-11460号公报)的Dip Forming法,是关于提高线材强度和耐磨性的发明。母线经过铜液或铜合金液的连续浸溃后，在750-850°C的温度条件下，以10%至40%的压延比进行热轧处理使母线与铜或铜合金发生金属结合，从而提高线材的强度和耐磨性。
记载于专利文献4 (特开昭60-261658号公报)的Dip Forming法，是关于通过特殊坩埚使铜合金连续附着铸造于母线上的制造方法提高线材的电导率及耐弯曲性的发明。实施例中记载的温度条件为，溶解炉的溶液温度1150°C左右，且轧制处理工序前的温度800 °C左右。但是，即使按照上述专利文献I至4中记载的温度条件以Dip Forming法进行制造，也会发生成圈后的铜线材含氧量分布不均的问题。例如，线材含氧量过多时，铜线被焊接到特定位置时，会造成焊接处产生气泡等问题。同时，还会造成在其后绕制成圈时的退火过程中，线材之间发生相互粘连的问题。这一问题是Dip Forming法制造出的含氧量极低的铜线材所特有的问题。特别是，对用于汽车电子零件的铜线材，不仅需要提供低含氧量的线材以满足其焊接到特定位置的需求，还必须提供表面状态等良好的高品质线材。

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，提供一种保证具有低含氧量的同时，也能使铜线材在维持相互接触的状态下不相互粘连的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铜材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，将一根较细且连续的铜杆母线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；保温铜液的保温炉温度在1140-1180°C，铜液附着于母铜杆线经冷却后、进行热轧前的温度在600-800°C，绕制成圈时的温度高于室温，且低于100。。。作为优选技术措施，绕制成圈时的温度在45°C以上80°C以下。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，所述还原性保护气体为N2、H2与O2的混合气体，其中H2的体积浓度为O. 5%-4. 5%，其中O2的浓度不高于20PPM，余下为N2。
作为优选技术措施，在用干燥炉加热铜材(电解铜板)前去除铜材(电解铜板)上的附着物。
本发明以较细且连续的铜杆母线作为基材母杆，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(2-10PPM)、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，使得铜材(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I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-感应器A，20-感应器B，21-感应器C，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，是将铜材(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，适时的投入铜材用以补充原料)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，将一根较细且连续的铜杆母线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；保温铜液的保温炉温度在1140-1180°C，铜液附着于母铜杆线经冷却后、进行热轧前的温度在600-800°C，绕制成圈时的温度高于室温，且低于100°C。理想的温控范围在是45度-80度之间。本发明用于加热的热源可采用电加热或者燃气加热方式。通过上述温控管理技术，使制造含氧量在2-10ppm之间的高品质铜线成为可能。同时，由于本发明使用的温控技术，能够在铜杆的表面形成特定的氧化膜，不仅在其后绕制成圈时的退火过程中抑制了线材之间相互粘连现象的发生，而且不会造成表面伤痕或者断线发生，因此能够生产出表面状态良好且高质量的光亮无氧铜杆。当绕制成圈时的温度超过上述范围时，因急剧的氧化反应导致铜杆表面形成过厚的氧化膜，造成加工时发生表面伤痕或者断线，致使光亮无氧铜杆的表面状态变差，因此不能得到具有期望含氧量的铜线材。当绕制成圈时的温度达不到上述范围时，因在铜杆的表面无法形成氧化膜，导致在其后绕制成圈时的退火过程中线材之间相互粘连现象的发生，造成光亮无氧铜杆的表面状态变差，同样不能得到高品质的铜线材。因此，将成圈时的温度控制在高于室温的温度，促使极少量的氧化反应发生来解决线材相互粘连的问题。鉴于该方法，可以制得含氧量在2ppm至IOppm之间铜线材，制得的铜线材尤以用于汽车电子零件。当含氧量超过上述范围时，不但在焊接过程中会产生气泡，而且因铜杆表面形成过厚的氧化膜，造成加工时发生伤痕或者断线，形成表面状态差的光亮无氧铜杆，因此，不能用于对于高品质线材的表面状态等要求严格的汽车电子零件。另一方面，当含氧量低于上述范围时，在铜杆表面无法形成氧化膜，导致在其后绕制成圈时的退火过程中线材之间相互粘连现象的发生，造成光亮无氧铜杆的表面 状态变差，因此，同样不能用于对于高品质线材的表面状态等要求严格的汽车电子零件。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，为了控制含氧浓度及避免粘连，绕制成圈时的温度在45°C以上80°C以下。其次，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。第三，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。第四，保温炉内充满还原性保护气体。第五，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。第六，涂覆室(可用坩埚炉)内充满还原性保护气体。第七，铜杆进入涂覆室前经过扒皮处理。第八，还原性保护气体为N2、H2与O2的混合气体，其中H2的体积浓度为O. 5%-4. 5%，其中O2的浓度不高于20PPM，余下为N2。第九，在用干燥炉加热铜材(电解铜板)前去除铜材(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。I)铜材(电解铜板)(高纯度更佳)经过加热、除尘后，铜材(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 +O2
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
20+02=200
2H2 +03=2H20
2CuO+CO +H2-2Cu+n3003
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O. 5%-4. 5%氢气的氮气保护气体，会发生下面化学反应
权利要求
1.一种生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是将铜材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，将一根较细且连续的铜杆母线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；保温铜液的保温炉温度在1140-1180°c，铜液附着于母铜杆线经冷却后、进行热轧前的温度在600-800°C，绕制成圈时的温度高于室温，且低于ioo°c。
2.根据权利要求I所述的生产光亮无氧铜杆的方法 ，其特征是绕制成圈时的温度在45°C以上80°C以下。
3.根据权利要求I所述的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为 1140-1180。。。
4.根据权利要求I所述的生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是扒皮前的母杆经过至少2次以上上述工序的多层铜杆。
5.根据权利要求I所述的生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是绕制成圈后的铜杆氧含量为2-10PPM。
6.根据权利要求I所述的生产光亮无氧铜杆的方法，其特征是生产的铜杆多作为于汽车电子零件的铜线材。
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高，本发明是将铜材加热干燥后熔化，熔化后的铜液在保温炉保温，将一根铜杆母线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；保温铜液的保温炉温度在1140-1180℃，铜液附着于母铜杆线经冷却后、进行热轧前的温度在600-800℃，绕制成圈时的温度高于室温，且低于100℃。本发明使制造含氧量2-10ppm的高质量铜线材成为可能。同时，由于本发明能够在铜杆的表面形成特定的氧化膜，不仅在其后绕制成圈时的退火过程中抑制了线材之间相互粘连现象的发生，而且还因其在加工时不会造成表面伤痕或者断线发生，所以能够生产出表面状态良好且高质量的光亮无氧铜杆。
文档编号B22D23/04GK102615271SQ20121008210
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月26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:富通集团有限公司, 昭和电线电缆系统株式会社, 杭州富通昭和铜业有限公司