中国铜加工技术创新探讨.pdf

38中国有色金属 2008年第17期 热 点Focus 文 王碧文 中国铜加工技术创新概述 中国铜加工创新十分活跃， 在复杂多 变的外部环境中， 在保持铜加工业稳定发 展中发挥重要作用；中国铜加工创新的特 点是以企业为主体、 以工艺技术创新为 重点、 与产业化紧密结合， 不但成果显著而 且有理论作为指导。 生产方法的变革在铜加工中占有突出 地位， 传统经典的铜加工方法是三段式， 即 熔炼铸锭热加工冷加工。 其中热加工 有热挤、 热轧、 热锻等， 这些工序导致能耗 高、 污染环境、 降低成品率、 增加生产成本 和设备投资， 因此压缩热加工、 缩短工艺流 程， 成为铜加工工作者重要奋斗方向。 任何工艺方法的变革都离不开设备的 创新， 都依靠装备和生产线来实现， 生产方 法的变革都以设备为基础。 “十五” 期间中 国铜加工在生产方法的创新中取得了重大 进展， 其中三大技术的发展为中国铜加工 方法的变革提供了有力的技术支持。 这三 大技术是 一是连续铸造技术。 中国连续铸造技 术主要有上引和水平连铸， 可以生产铜及 合金上引管、 杆、 棒、 型、 线坯料；水平连 铸带卷、 棒、 型、 线坯料， 这些坯料卷重大、 长度长， 可直接进行冷加工。 二是行星轧制技术。 这种技术是互成 120度角配置的三轧辊自转， 同时又绕轧制 线公转从而形成对管坯复合轧制。 其特点 是管材冷轧时， 依靠变形热自身加热， 变形 改变企业经营方式， 依靠技术创新发展企业， 将成为一切成功企业的共识。 中国铜加工技术创新探讨 区温度可达700度～ 850度， 此时相当于热 加工状态， 从而实现了动态再结晶， 行星轧 制后的管材质量与热挤压相同， 而且轧制 产品具有表面不氧化、 大长度、 成卷， 可直 接进行冷加工， 为管材盘式生产奠定了基 础， 成为铸造管坯直接冷加工的关键技术。 这种技术的出现、 成熟、 产业化， 使铜及合 金管材生产方法发生了重大变革。 三是连续挤压技术。 这种技术在国外 又称康夫姆法， 此法实质是特长的金属线 坯在摩擦轮的强迫送进之下， 金属从模孔 中塑性变形流出， 变形热使金属本身加热， 变形区温度高达600度～ 800度， 从而实现 了金属动态再结晶。 重要创新成果 第一， 铸-轧-拉精密铜管产业建立。 使用水平连续铸造管坯行星轧制盘拉 光管， 经行星球模旋压成高精内螺纹盘管， 产品具有小直径、 薄壁厚、 复杂齿型、 高清 洁度、 高散热、 节材、 适应环保制冷剂等特 点， 产品质量、 生产技术都处于世界领先水 平。 该项技术创新突破了铸造管坯不能生 产薄壁内螺纹管的技术观点， 使铸造管坯 行星轧制盘管拉伸行星球模碾压内螺 纹管技术迅速在中国形成一个强大产业， 在 世界精密铜管生产技术中占有重要的地位， 并且迅速取代了热挤压周期轧制盘拉 生产方法；目前空调管正向大盘重、 高度 自动化、 连续化方向发展；我国铸轧精 密铜管生产技术装备已实现整条生产线出 口。 第二， 潜流式水平连铸在合金再生原 料直接生产铜加工材中的应用。 铜资源短 缺突显了铜及合金再生原料直接生产铜加 工材的重要性， 其中合金残料由于化学成 分复杂一直成为回收、 再生的难题。 中国宁 波金田铜业集团开发了大吨位、 潜流式、 水 平连铸铅黄铜棒、 型、 线、 管生产技术， 建 成了连续化、 自动化环保化生产线。 这种生 产线可同时水平连铸64条不同规格、 形状 铜加工材， 形成了具有中国自主知识产权 的技术， 被称为 “金田法” 。 “金田法” 由下列主要工序所组成合 金感应熔炼、化学成分监控、合金成分调 整、 烟尘收集、 布袋收尘、 合金液体潜液放 流式转注、 多面多流、 一流多头水平连铸、 引拉系统、 自动锯切、 产品自动收集等。 这 些工序组成了一条自动生产流水线， 合金 熔炼和水平连铸均处于密封状态下运行， 各工艺参数均自动调控， 从而实现了从合 金配料进入机列到成品产出的自动化、 连 续化、 环保化生产。 第三， 无氧铜带材生产。 无氧铜材是电 真空构件中的关键材料， 但是含氧量超标、 含氧量分布不均一直困扰着无氧铜生产。 39 2008年第17期 中国有色金属 国内外一直采用精料密封感应熔炼技术获 得含氧量合格的铸锭， 其生产成本高、 合格 率低， 在随后的热加工中又造成了渗氧。 中 国万宝铜业集团开发成功潜流式无氧铜宽 带坯水平连铸高精冷轧技术， 建成自动 化、 环保化、 连续化生产线。 可生产510毫 米宽、 厚度0.1毫米无氧铜带材， 含氧量小 于10ppm,成品率高达85,无氧铜带坯水 平连铸机列在中国多家电炉厂中已产业化 生产。 第四， 多线上引铸造大直径铜管。 大直 径铜管是重要的水路管材， 用于建筑水道 管、 海水管路等多方面。 传统方法为挤压 拉伸和热轧穿孔拉伸方法， 其产品成本 高、 生产工艺流程长。 近年来中国开发了多 线上引铸造大口径铜管新方法， 可直接铸 造直径大于φ120毫米铜管， 一次可同时铸 造6线， 铜管长度不受限制。 经过冷拉伸之 后可生产工程技术界所需求的大口径、 薄 壁铜管。 产业化生产实践表明， 这项生产方 法具有生产流程短、成品率高、产品成本 低、 生产线建设投资少等明显优点。 第五， 水平连铸带坯电磁搅拌技术。 锡 磷青铜带材是重要的弹性元件和电连接件 材料。 世界各国普遍使用水平连铸带坯 高精冷轧方法生产。 但是带坯柱状晶发达、 金属锡偏析和反偏折严重， 导致带材生产 中出现各种缺陷。 “十五” 期间， 中国首先实 现16毫米450毫米锡磷青铜带坯结晶过 程电磁搅拌， 使锡磷青铜带坯晶粒细化， 塑 性提高， 石墨模具使用寿命延长， 带材成品 率提高， 该项技术已处世界领先水平。 2006 年该项技术在锡磷青铜和锌白铜650毫米 带坯上应用情况良好。 第六， 铜及合金型线生产。 变压器、 电 机制造用纯铜扁线传统生产方法为纯铜圆 线经多次过渡拉伸成扁线， 工艺流程长、 成 品率低、 生产成本高， 目前中国己基本采用 铜线杆连续挤压冷拉伸方法生产， 实 现了生产连续化和自动化。 产品质量、 成品 率大为提高， 能耗、 金属消耗明显降低；黄 铜扁线是重要的接插元件材料， 传统生产 方法是黄铜圆线多次拉伸、 压扁， 其间还需 多次中间退火， 工艺流程长、 能耗高， 现采 用直径8毫米黄铜线坯， 经连续挤压可一次 产出黄铜扁线、 型线， 这种生产技术具有广 泛的应用空向。 第七， 铜排卷式生产法产业化。 绍兴力 博集团建成了自动化、 连续化生产线， 采用 直径22毫米铜杆盘卷， 经过大连交通大学 研制的400毫米连续挤压机挤制成动10毫 米х1250毫米导电铜排， 卷重4吨～ 6吨。 再经50吨液压拉伸机自动拉伸、 校直、 切 断成用户所需长度的铜排， 产品质量完全 满足标准要求， 成品率高达90， 单位电耗 为500度/吨， 生产线投资不足400万元人 民币，年产铜排7500吨。这种生产方法和 技术具有自动化、 连续化、 节能、 环保、 节 材、 低成本等突出优点， 是对目前国内外普 遍采用的热轧、 热挤压开坯冷加工生产 方式的革命化变革， 形成了具有自主知识 产权的新技术；力博集团在此基础上实现 创新再创新， 2007年又在此基础实现了电 子带产业化生产。 第八， 铝包铜管材复合技术。 该项技术 创新由常州兴荣高科技有限公司完成， 其 技术核心是将外铝内铜套管经行星轧制法 实现冶金复合， 然后采用盘拉方法生产各 种铜铝复合管、 内螺纹铜管。 为空调、 建筑 用水管节省用铜开拓了新的途径， 行星轧 制方法实现了铜铝复合界面的冶金结合， 这种方法填补了复合技术的一项空白， 该 技术处于世界领先水平， 该集团已建成自 动化生产线， 向产业化生产推进。 第九， 铜阳极球冷旋轧技术。 铜阳极球 是印刷电路生产中的关键材料， 国内外传 统生产方法有冷锻、 热轧等。 北京科技大学 冷旋轧新技术研发成功， 该装备具有工艺 流程短、 节能、 环保、 高效等优点， 在国内 外已被广泛采用。 中国铜加工技术创新展望 第一， 中国铜加工技术创新在产业化 生产中的重要作用。 中国铜加工技术创新 的核心是缩短工流程、 取消和压缩热加工 工序， 直接导致节能、 环保、 降低生产成本、 提高生产效率、 减少金属消耗， 在众多的技 术经济指标中， 成品率是一个核心指标， 各 项创新工艺与传统工艺相比列入下表。 第二， 技术创新展望。 通过各项技术创 新表明， 中国在铜加工领域中的技术已经 进入自主创新、 蓬勃发展的重要历史阶段， 从而使中国铜加工业产品产量居世界首位， 产品品种增加， 技术经济指标改善， 生产技 术进入国际先进行列。 在 “十五” 技术创新 取重大进展的基础之上， 中国铜加工技术 创新工作发展趋势如下首先， 铜加工企 业技术创新体制不断完善和加强， 技术创 新投入不断增加， 企业技术中心和工程研 发中心正在普遍建立， 创新工作正在受到 高度重视， 高校创新力量已向自主开发目 标推进;其次，技术创新的重点方向是加 工过程连续化、 自动化， 传统的压力加工模 式和工艺流程正在被打破， 工艺流程不断 缩短， 使铜加工生产过程进一步向节能、 节 材、 环保方向发展;最后， 铜加工技术创新 工作将进一步向生产的深度和广度方向发 展， 技术创新的选题将进一步围绕着市场 竞争、 增加产品品种、 提高质量、 降低成本 等方面展开， 重大课题与生产过程急需解 决的问题都将受到高度重视， 以新产品、 新 工艺、 新技术为内容的技术创新活动将全 面展开。 改变企业经营方式， 依靠技术创新 发展企业， 将成为一切成功企业的共识。中 （作者单位中国铜加工协会） 序号 工艺名称国内外先进指标 1传统无氧铜电子带生产工艺 （半连铸热轧高精冷轧）55 ～ 60 2创新无氧铜电子带工艺 （潜流连铸带坯高精冷轧）85 ～ 90 3创新无氧铜带生产工艺 （上引铜盘条连续挤压高精冷轧）89 ～ 92 4传统铜排、 铜异型材生产工艺 （半连续铸锭热挤压拉伸）60 ～ 65 5铜排、 异型材创新工艺 （上引铜杆盘坯连续挤压拉伸）90 ～ 95 6传统黄铜棒、 型生产工艺 （半连续铸锭热挤压拉伸）60 ～ 65 7黄铜棒、 型创新工艺 （多线潜流铸造冷拉）85 ～ 92 ●表 新工艺与传统生产工艺成品率之比较