专利名称：一种生产高纯净上引无氧铜杆的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产高纯净上引无氧铜杆的方法，具体地说是一种利用稀土元素降 低铜材中氧等杂质含量进而生产高纯净上引无氧铜杆的方法。
背景技术：
风电作为一种清洁能源，在我国获得了飞速发展，预计到2015年将达到700万kW。 由数十台甚至数百台风力发电机组成风电场(风车田)联合向电网供电，是应用现代技 术大规模开发利用风能资源的一个趋势。风电场的运行一般都用计算机监控，使各风机 运行在最佳状态，我国近几年建立的风电场都是采用风车田的运行方式。作为风力发电 系统中的关键设备，风电用组合式变压器技术也获得较快发展。在我国，风力资源丰富 的地区一般集中在沿海、东北、西北地区，变压器运行在野外，因此就要考虑设备的耐 候性问题。在沿海地区的设备就应考虑防盐雾、霉菌和湿热；在东北、西北地区就要考 虑低温严寒、风沙等的影响。因此，对变压器的关键材料电磁线的质量要求就更高。衡 量电磁线质量的指标主要有抗拉强度、延伸率、电阻率及导电率、氧含量及外观质量， 其中氧含量是主要质量指标之一。
就生产电磁线的无氧铜杆而言， 一级无氧铜杆的氧含量不大于10ppm， 二级无氧铜 杆不大于20ppm。如果氧含量过高，对产品的质量有下列影响l)能与铜生成Cu20脆 性相，形成Cu-Cu20共晶体，以网状组织分布在晶界上，导致铜杆的机械性能下降，在 后续加工中容易造成断裂现象；2)导致无氧铜杆导电率下降；3)使铜材在氢气中退火 时产生裂纹或针状气泡。近年来有关稀土添加剂对铝及其合金的影响研究较多，而其对 铜的影响研究较少，特别是稀土在大型生产线方面的应用研究非常少见。刘强等人(刘 强，张翔，崔建忠，等。稀土对无氧铜杆生产工艺及产品性能的影响。特种铸造及有色 合金，2004， (6): 69， 70.)在上引无氧铜铸杆生产过程中添加富铈混合稀土，达到了 降低无氧铜杆含氧量的目的。研究中，选用A级电解铜，经熔化、保温、上引铸造生产 出直径〈20mm无氧铜铸杆，在生产过程中分批添加富铈混合稀土(混合稀土各元素的质 量分数为56 %的Ce， 24 %的La， 15 %的Nd， 5 %的Pr )，稀土加入量分别为0.02 %~0.12 %,在稀土加入量合适的情况下可以有效降低铜杆中的氧含量，且对降低其它杂质元素
3含量也有一定作用。但是，这种利用添加富铈混合稀土来降低无氧铜杆含氧量的方法中， 由于稀土是分批加入，缺少充分的搅拌，难以保证稀土在铜液中的分布；同时，处理过 程中形成的稀土氧化物也不能有效排除，影响了稀土处理的效果。
发明内容
为了克服现有技术生产高纯净上引无氧铜杆存在的问题，本发明的目的是提供一种 生产高纯净上引无氧铜杆的方法。该方法生产工艺简单，生产过程稳定，稀土元素形成 的氧化物夹渣残留少，铜材净化效果好，产品质量好。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于它包括以下步骤
1) 在铜材熔化过程中，将铜板分批均匀加入熔化炉中；所述铜板无开花粒子、酸 迹、铜锈、灰砂缺陷。
2) 采用Cu-RE中间合金杆连续加入单一或混合稀土元素，在熔化炉中通过感应加 热线圈实现电磁搅拌使稀土元素在铜水中均匀分布；
3) 在熔化炉与保温炉之间的流槽前放置陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤挡板完全遮盖流 槽，防止稀土氧化物巻入上引无氧铜杆中，得到高纯净上引无氧铜杆。保温炉采用鳞片 石墨覆盖，用来隔绝空气中的氧和氢与高温铜液接触，石墨鳞片覆盖厚度110mm。
本发明中，Cu-RE中间合金杆在熔化炉上方通过木炭覆盖层直接加入，加入的速度 由机械控制。且Cu-RE中间合金杆的加入量随熔化炉流入保温炉的铜水量变化作相应调 整，当熔化炉流入的铜水量增加时，中间合金杆的加入量也相应变大，Cu-RE中间合金 杆的加入量为加入铜中的RE元素占铜水质量的0.05~0.15%。
陶瓷过滤挡板采用耐高温陶瓷制作，如采用刚玉制作，陶瓷挡板的厚度不低于 15mm。
本发明在铜材熔化过程中，将铜板分批均匀加入熔化炉中；采用Cu-RE中间合金杆 连续加入单一或混合稀土元素，在熔化炉中通过感应加热线圈实现电磁搅拌使稀土元素 在铜水中均匀分布；在熔化炉与保温炉之间的流槽前放置陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤挡板 完全遮盖流槽，防止稀土氧化物巻入上引无氧铜杆中，得到高纯净上引无氧铜杆。与现 有技术相比，本发明的主要优点如下1) 生产工艺简单，便于实现自动化操作；
2) 稀土元素形成的氧化物夹渣残留少，铜材净化效果好；
3) 生产过程稳定，产品质量稳定性高。
通过本发明所述方法，可以成功实现高纯净上引无氧铜杆的生产。
具体实施方式
实施例1
选择符合1#电解铜成分要求，且外观无开花粒子、酸迹、铜锈、灰砂等缺陷的铜板 作为炉料进行配料。选用木炭作为熔化炉覆盖剂，木炭粒度为30 50mm，木炭覆盖厚 度约为200mm。木炭入炉前进行筛选、剔除杂质，并烘烤干，以在炉内产生C0和C02 气氛，防止高温铜液从空气中吸氧吸氢。保温炉采用鳞片石墨覆盖，用来隔绝空气中的 氧和氢与高温铜液接触，以免使生产的铜杆发脆，石墨鳞片覆盖厚度110mm。选用直径 10mm的Cu-20wt.n/。Ce中间合金杆连续加入熔化炉，加入速度为0.6mm/min。在熔化炉 与保温炉之间的流槽前放置15mm厚的刚玉质陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤挡板完全遮盖流 槽。上引铜杆生产过程中的工艺参数为水压0.7MPa、进水温度〈35'C、结晶器进出水 温差7'C 8'C、结晶器冷却水流量30L/min、节距4 5mm/次、引杆速度1100mm/min、 保温炉设定温度U50'C、熔化炉设定温度1175°C，保温炉液面波动范围为lOOmm。由 此生产出直径12mm的高纯净无氧铜杆，其中氧含量为4.5ppm， P含量为lppm， S含量 为15ppm， Fe含量为20ppm。
通过本上述方法，可以成功实现高纯净上引无氧铜杆的生产。
实施例2
选择符合1#电解铜成分要求，且外观无开花粒子、酸迹、铜锈、灰砂等缺陷的铜板 作为炉料进行配料。选用木炭作为熔化炉覆盖剂，木炭粒度为30 50mm，木炭覆盖厚 度约为200mm。木炭入炉前进行筛选、剔除杂质，并烘烤干，以在炉内产生C0和C02 气氛，防止高温铜液从空气中吸氧吸氢。保温炉采用鳞片石墨覆盖，用来隔绝空气中的 氧和氢与高温铜液接触，以免生产的铜杆发脆，石墨鳞片覆盖厚度110 mm。选用直径 10mm的Cu-15 wt.%La中间合金杆连续加入熔化炉，加入速度为1.3mm/min。在熔化炉与保温炉之间的流槽前放置15mm厚的刚玉质陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤挡板完全遮盖流 槽。上引铜杆生产过程中的工艺参数为水压0.7MPa、进水温度〈35'C、结晶器进出水 温差7°C 8°C、结晶器冷却水流量30L/min、节距4 5mm/次、引杆速1130mm/min、 保温炉设定温度1150'C、熔化炉设定温度1180°C，保温炉液面波动范围为100mm。由 此生产出直径14mm的高纯净无氧铜杆，其中氧含量为4.0ppm， P含量为lppm， S含量 为13ppm， Fe含量为18ppm。
实施例3
选择符合1#电解铜成分要求，且外观无开花粒子、酸迹、铜锈、灰砂等缺陷的铜板 作为炉料进行配料。选用木炭作为熔化炉覆盖剂，木炭粒度为30 50mm，木炭覆盖厚 度约为200mm。木炭入炉前进行筛选、剔除杂质，并烘烤干，以在炉内产生C0和C02 气氛，防止高温铜液从空气中吸氧吸氢。保温炉采用鳞片石墨覆盖，用来隔绝空气中的 氧和氢与高温铜液接触，以免生产的铜杆发脆，石墨鳞片覆盖厚度110 mm。选用直径 10mm的Cu-20%RE(La+Ce混合稀土)中间合金杆连续加入熔化炉，加入速度为1.5mm /min。在熔化炉与保温炉之间的流槽前放置15mm厚的刚玉质陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤 挡板完全遮盖流槽。上引铜杆生产过程中的工艺参数为水压0.7MPa、进水温度〈35'C、 结晶器进出水温差7"C 8'C、结晶器冷却水流量30L/min、节距4 5mm/次、引杆速度 1080 1180mm/min、保温炉设定温度1150°C、熔化炉设定温度1175°C，保温炉液面波 动范围为100mm。由此生产出直径18mm的高纯净无氧铜杆，其中氧含量为4.2ppm， P 含量为lppm， S含量为14ppm， Fe含量为18ppm。
权利要求
1、一种生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于它包括以下步骤1)在铜材熔化过程中，将铜板分批均匀加入熔化炉中；2)采用Cu-RE中间合金杆连续加入单一或混合稀土元素，在熔化炉中通过感应加热线圈实现电磁搅拌使稀土元素在铜水中均匀分布；3)在熔化炉与保温炉之间的流槽前放置陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤挡板完全遮盖流槽，防止稀土氧化物卷入上引无氧铜杆中，得到高纯净上引无氧铜杆。
2、 根据权利要求1所述的生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于步骤l) 中，所述铜板无开花粒子、酸迹、铜锈、灰砂缺陷。
3、 根据权利要求1所述的生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于步骤2) 中，Cu-RE中间合金杆在熔化炉上方通过木炭覆盖层直接加入，加入的速度由机械控制。
4、 根据权利要求3所述的生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于所述木 炭粒度为30 50 mm，木炭覆盖厚度约为200mm。
5、 根据权利要求3所述的生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于所述木 炭入炉前进行筛选、剔除杂质，并烘烤干。
6、 根据权利要求1所述的生产高纯净上引无氧铜^:的方法，其特征在于步骤2) 中，Cu-RE中间合金杆的加入量随熔化炉流入保温炉的铜水量变化作相应调整，当熔化 炉流入的铜水量增加时，中间合金杆的加入量也相应变大，Cu-RE中间合金杆的加入量 为加入铜中的RE元素占铜水质量的0.05~0.15%。
7、 根据权利要求l所述的生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于步骤3) 中，陶瓷过滤挡板采用耐高温陶瓷制作，陶瓷挡板的厚度不低于15mm。
8、 根据权利要求7所述6^生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于陶瓷过 滤挡板采用刚玉制作。
9、 根据权利要求1所述的生产高纯净上引无氧铜杆的方法，其特征在于步骤3) 中，保温炉采用鳞片石墨覆盖，用来隔绝空气中的氧和氢与高温铜液接触，石墨鳞片覆 盖厚度110 mm。
全文摘要
本发明公开了一种生产高纯净上引无氧铜杆的方法，包括以下步骤在铜材熔化过程中，将铜板分批均匀加入熔化炉中；采用Cu-RE中间合金杆连续加入单一或混合稀土元素，在熔化炉中通过感应加热线圈实现电磁搅拌使稀土元素在铜水中均匀分布；在熔化炉与保温炉之间的流槽前放置陶瓷过滤挡板，陶瓷过滤挡板完全遮盖流槽，防止稀土氧化物卷入上引无氧铜杆中，得到高纯净上引无氧铜杆。本发明生产工艺简单，生产过程稳定，稀土元素形成的氧化物夹渣残留少，铜材净化效果好，产品质量好。
文档编号B22D11/14GK101491825SQ200910025708
公开日2009年7月29日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者冯四平, 孙国平, 赵玉涛, 刚 陈 申请人:江苏大学;江苏中容电气有限公司