連鑄連軋生產(chǎn)銅線桿技術述評

連鑄連軋生產(chǎn)銅線桿技術述評毛允正【期刊名稱】《資源再生》【年（卷），期】2012（000）005【總頁數(shù)】4頁（P53-56）【作者】毛允正【作者單位】西部礦業(yè)投資（天津）有限公司【正文語種】中文1965年美國南方線材公司聯(lián)合摩根公司和西屋電氣公司開發(fā)建成世界第一條銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線（SCR法）。1973年德國克虜伯公司在比利時霍博特奧費爾特冶金廠開發(fā)成功新型連鑄連軋光亮銅桿生產(chǎn)方法：哈茲列特——克虜伯法，即Contirod法，現(xiàn)該技術屬德國西馬克梅爾公司。上世紀七十年代末意大利康梯紐斯公司在鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線的基礎上開發(fā)出Properzi銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線。八十年代中期，康梯紐斯公司和西班牙拉法格公司聯(lián)合米蘭大學和巴塞羅那大學的專家學者開發(fā)一項全廢銅為原料連鑄連軋生產(chǎn)銅桿的專利技術，稱為FRHC法雜銅精煉工藝，即火法精煉高導電銅生產(chǎn)工藝。上世紀八十年代，上海冶煉廠聯(lián)合洛陽有色金屬加工設計研究院、北京鋼鐵設計總院和上海機電設計院建成我國自行設計、制造了第一條銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線，規(guī)模3萬到5萬噸。連鑄連軋技術利用鑄造時的熱量進行軋制成材，而不經(jīng)中斷和加熱，具有對原料要求低、產(chǎn)量大、生產(chǎn)效率高、能耗成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、性能均勻、表面光亮等特點，給銅工業(yè)發(fā)展帶來一次偉大變革。目前世界上90%以上的銅線桿都用連鑄連軋技術生產(chǎn)。用陰極銅為原料的連鑄連軋生產(chǎn)銅桿一般分為四個步驟：熔化——鑄坯——軋制——繞桿，目前建成單條生產(chǎn)線最大產(chǎn)能已達到48噸/小時，年產(chǎn)可達到35萬噸。SCR法、CONTIROD法、PROPERZI法在設備的總體流程配置上均相似，僅具體到某個設備上有些不同而已。連鑄連軋設備主要有熔煉爐、鑄造機、軋機。三種連鑄連軋法最大的區(qū)別在鑄機上，三種不同的鑄機如圖1所示。SCR法SCR法是由美國南方線材公司、摩根公司和西屋電氣公司共同研制開發(fā)的。主要的工藝設備為：熔化采用美國精煉公司的豎爐，鑄造采用五輪鋼帶式連鑄機連鑄，軋制配備了摩根二輥懸臂式連軋機組。自1999年國內(nèi)采用的SCR銅線桿生產(chǎn)線約為16條，最大產(chǎn)能為32萬噸/年。主要技術特點：1.1鑄造機為5輪式，鑄輪上的銅制結(jié)晶環(huán)與環(huán)繞的鋼帶形成鑄模，鋼帶長度約24米，使用壽命7~10天，更換約20分鐘，鑄輪直徑2.4米。鑄坯為梯形斷面，鑄坯運行正前方無鋼帶阻擋，鑄坯截面可增大，但進軋機前仍有一定的彎曲弧度，需由彎變直，造成高溫下應力增大，表面可能會產(chǎn)生裂紋，故鑄坯面積也不能無限制增大，目前鑄坯斷面積可達7000mm2。1.2軋機為摩根二輥無扭轉(zhuǎn)懸壁軋機，軋輥平、立交替布置，可重復使用，并且每個軋輥具有多道槽，最多有4道，可減少軋輥的使用數(shù)量，降低成本。軋輥采用輥環(huán)結(jié)構(gòu)，互換性強，換輥也方便。1.3軋機一般設置有一道粗軋、兩道中軋、六道精軋。每道軋機機架之間設置堆線傳感器，用于檢測軋機是否正常進行。CONTIROD法其主要的工藝設備為：熔化爐采用美國精煉公司的豎爐，鑄造采用美國哈茲列特公司的雙帶式直線連鑄機，軋制配備了德國克虜伯公司的二輥連軋機組。自1999年以來，國內(nèi)采用Contirod法生產(chǎn)銅桿的廠家約有13家，最大產(chǎn)能32萬噸/年。其特點是：2.1鑄造機為雙鋼帶直線連鑄機。由上下鋼帶與兩側(cè)的青銅擋塊鏈組成四面封閉的矩形模腔，可生產(chǎn)大斷面的鑄坯，最大可達9000mm2。鑄坯由鑄模走出的方向與軋制方向成15°角，已向一條直線接近，線桿總加工率大，產(chǎn)品的規(guī)格范圍較寬，但設備結(jié)構(gòu)比較復雜，維護較麻煩。雙帶式鑄機是有鑄坯冷卻均勻、截面積較大的特點，因此比其它方法的鑄造溫度低，一般在1110°C~1120OC.2.2直線、無湍流、高液態(tài)金屬壓頭鑄造，鑄坯密度高。在鑄機出口設有二次冷卻裝置，保證在高速鑄造時不斷裂，可在較低溫度開軋，一般不高于850C。生產(chǎn)線桿晶粒細化、含氧量低、再結(jié)晶溫度低，在拉絲過程中，可降低退火溫度，降低能耗。2.3軋機采用兩個成對軋輥同時對稱調(diào)節(jié)，全部軋輥輥環(huán)可重磨最大磨消量為原始直徑的10%（基本允許25次再修磨），輥環(huán)壽命長。12機架，單獨傳動。表1CONTIROD與SCR生產(chǎn)線設備及工藝參數(shù)比較表（見附件）ROPERZI法ROPERZI法是意大利康特紐斯-普羅佩茨公司，在鋁桿連鑄連軋基礎上開發(fā)的銅線桿連鑄連軋設備。1987年西班牙拉法格公司與其合資經(jīng)營，開始應用于以100%廢雜銅為原料生產(chǎn)火法精煉低氧光亮銅桿的工藝中。廠家認為，他們是世界上唯一全面掌握了廢雜銅通過火法精煉技術生產(chǎn)電工圓銅桿，并在倫敦交易所注冊的企業(yè)。在歐洲、俄羅斯、烏克蘭、伊朗、韓國等地都有使用他們的設備和技術生產(chǎn)FRHC銅桿的企業(yè)。國內(nèi)江鎢集團和天津大無縫銅材公司引進了該項技術，另有1家企業(yè)在建設中。主要技術特點：3.1二輪式鑄造機由一個導向輪、一個鑄造輪和一條環(huán)形鋼帶組成，鑄造機結(jié)構(gòu)簡單緊湊，鋼帶更換方便。3.2鑄坯近似梯形截面，鑄坯引出后，需偏轉(zhuǎn)5°—8°角，以避開鋼帶進入軋機。鑄坯受拉表面在高溫下易產(chǎn)生裂紋，影響質(zhì)量，同時限制鑄坯斷面的擴大，鑄坯斷面積在3000mm2左右。3.3采用二輥和三輥軋機進行軋制。二昆粗軋機變形量大，有利于內(nèi)部組織改善。三輥Y型機使軋件承受三向壓縮應力狀態(tài)，變形均勻，線桿性能好，尺寸精度高，但三昆軋機道次變形量小，需較多的加工道次，軋昆更換和維護較麻煩。一般設置兩道粗軋和九道精軋。與傳統(tǒng)利用陰極銅生產(chǎn)銅桿工藝技術比較，F(xiàn)RHC法不需要電解銅和二次熔融，而是100%直接利用廢銅生產(chǎn)，原料成本低且利于環(huán)保，節(jié)約能源支出，是再生銅的綠色環(huán)保工藝。FRHC法使用的原料若是含銅量在92%以上的2#、3#紫雜銅，用于半連續(xù)生產(chǎn)線;含銅量96%以上的1#紫雜銅、廢電磁線、加工銅屑等，則用于連續(xù)生產(chǎn)線cosmelt工藝。西班牙拉法格公司利用該技術產(chǎn)出的低氧光亮銅桿質(zhì)量標準完全達到了DIN標準，并經(jīng)過CE認證，產(chǎn)出的銅錠和銅桿已經(jīng)在LME掛牌期貨市場交易。此種銅桿質(zhì)量由ASTM標準中的FRHC銅標準予以規(guī)定。FRHC法雜銅精煉技術采用計算機輔助設計工藝參數(shù)，特種添加劑及選擇性二次精煉等技術，突破了雜銅中鉛、錫、鎳、氧等雜質(zhì)大量存在且含量變化無常難以火法去除的問題。該技術的精髓和核心是調(diào)整雜質(zhì)和含氧量，最終使精煉后的銅產(chǎn)品達到ASTM標準中高導電銅的技術指標，而非最大限度地去除雜質(zhì)。FRHC火法精煉半連續(xù)工藝FRHC火法精煉銅半連續(xù)工藝，主要設備由1臺傾動爐+連鑄連軋組成，生產(chǎn)周期為24小時，8小時加料、8小時精煉、8小時連鑄連軋，每次澆鑄時爐內(nèi)不留銅水。原料為含銅92%的廢雜銅，原料預處理流程：原料-去除輻射物（采用探測儀）一肉眼檢查一滾筒篩篩除塵土一化學成分分析一稱重一送原料庫房。產(chǎn)出的爐渣在渣包進行沉降分離，冷卻后倒出分揀，其中上部占總量60%的爐渣含銅30%左右直接出售，下部占總量40%的冷銅含銅99%返爐處理。煙塵率0.5%~1%，產(chǎn)出煙塵含銅4%左右。連續(xù)生產(chǎn)工藝（cosmelt工藝）連續(xù)生產(chǎn)工藝（COSMELT工藝）是LFL和CP的合資企業(yè)在2000年前后開發(fā)的由廢銅經(jīng)過熔融，火法精煉，連鑄連軋生產(chǎn)出FRHC銅桿的工藝。主要設備由1臺帶前室的豎爐+2臺傾動爐+1臺保溫爐+連鑄連軋機。廢銅在豎爐中熔融，經(jīng)COSMELT工藝火法精煉直至生產(chǎn)出雜質(zhì)含量到400PPM以下進行連續(xù)鑄造成為FRHC銅桿。用康迪紐斯公司的連續(xù)鑄造機將FRHC法生產(chǎn)的熔融態(tài)銅以每小時15噸的速度連續(xù)鑄造成鑄坯。鑄輪中生產(chǎn)的2400平方毫米截面的梯形熱鑄坯經(jīng)過兩道粗軋和九道精軋成為8毫米銅圓桿。銅圓桿經(jīng)過含有異丙醇的非酸性溶液中進行清洗。使用PROPERZI緊湊型軋機獲得的銅圓桿表面的氧化層厚度小于150埃。然后冷淬至室溫。在生產(chǎn)線的末端，收線之前，用一套渦流系統(tǒng)檢測表面缺陷和鐵磁雜質(zhì)。西班牙拉法格公司目前生產(chǎn)工藝及設備配置110噸傾動爐生產(chǎn)周期是8小時加料熔化，8小時精煉，8小時連鑄連軋。豎爐生產(chǎn)線是連續(xù)生產(chǎn)線，兩者共用1條連鑄連軋生產(chǎn)線。其中16小時連續(xù)生產(chǎn)銅桿，在傾動爐進行連鑄連軋時，8小時生產(chǎn)銅棒坯。精煉效果及FRHC銅桿質(zhì)量比較FRHC火法精煉銅桿可滿足95%下游市場的需要，只有5%的超細線需要使用由陰極銅生產(chǎn)的銅桿。生產(chǎn)產(chǎn)品種類FRHCT藝技術可以生產(chǎn)8、10、12、17、20、23、25mm低氧光亮銅桿、精煉銅桿、擠壓銅管、銅合金、銅棒、高速鐵路用接觸導線、電車線等自上世紀八十年代，銅線桿的連鑄連軋技術得到了快速發(fā)展，同時，由于國內(nèi)對銅線桿的巨大需求，國內(nèi)企業(yè)相繼弓1進了多條銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線。近幾年弓I進的生產(chǎn)線裝備水平高，產(chǎn)能規(guī)模大，具有能耗低，計算機監(jiān)控強度高，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良穩(wěn)定，不但滿足了國內(nèi)市場，而且還出口世界各地。據(jù)資料，截止2011年，國內(nèi)企業(yè)共引進銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線38條，2011年中國電纜行業(yè)產(chǎn)值超過9000億元，銅桿消費量約500萬噸。目前國內(nèi)企業(yè)引進銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線近四十條，主要分布在我國的中東部地區(qū)，總生產(chǎn)能力達到了460萬噸。此外，我國目前在建和擬建的銅桿連鑄連軋項目生產(chǎn)能力達到120多萬噸，這些項目建成之后，我國引進的銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線總生產(chǎn)能力將達到580萬噸。隨電工電器行業(yè)的不斷發(fā)展，對銅導線的質(zhì)量要求越來越高，為獲得優(yōu)質(zhì)銅桿，國內(nèi)外設備制造廠家和銅桿生產(chǎn)廠家均在生產(chǎn)工藝、裝機水平、質(zhì)量檢測和管理方面做了大量工作，如增設自動化裝置，提高對工藝過程的監(jiān)控，改進設備并采用電腦管理，以提高質(zhì)量，降低成本。1.技術進步（1.1）豎爐燃氣/空氣比例和熔化速率由計算機控制，提高豎爐適應能力，減少開停爐次數(shù)，進一步改善生產(chǎn)線的環(huán)保性能。（1.2）氣氛分析采用CO%分析儀，檢測速度比H2%分析儀提高5倍。（1.3）提高軋輥的使用壽命，降低成本。（1.4）粗精軋使用不同成分的乳化液，進一步改善銅桿表面質(zhì)量。（1.5）配置先進的質(zhì)量檢測設備，確保檢測結(jié)果的準確性和可靠性。（1.6）采用雙叉加料系統(tǒng)，不沖擊爐壁，布料均勻，進一步提高爐子熱效率。（1.7）降低精軋溫度，改善拉絲加工性能。2.展望（2.1）可加入更多的或品位更低的廢料，以降低生產(chǎn)成本。（2.2）擴大產(chǎn)品規(guī)模范圍，對設備進行改進，增加