一種高伸長率退火銅線及其製備方法和退火爐與流程
2024-04-13 22:34:05 1
1.本發明涉及金屬加工技術領域，具體涉及一種高伸長率退火銅線及其製備方法和退火爐。
背景技術：
2.電線電纜導體經冷拔加工後，均存在硬化現象，抗拉強度和屈服強度明顯增加，欲消除冷拔硬化現象，提高延伸率，就必須進行退火處理，以消除內部應力及缺陷，使之恢復到冷加工前的物理及機械性能。在電線電纜領域中，對導體銅線所以使用的退火方法有：退火爐退火，熱管式退火，接觸式電刷傳輸大電流退火和感應式退火等幾種方法。然而，傳統退火爐退火能耗較大、工藝周期長；而熱管式退火爐工藝缺點是能耗較大，氧化風險高；接觸式電刷傳輸大電流退火容易改變銅線線徑甚至損傷銅線；而感應式退火對設備要求較高，設備成本昂貴。現有的常用退火方法中能耗高、成本高等問題有待於進一步改進。
技術實現要素：
3.為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在於提供一種高伸長率退火銅線的製備方法，本發明採用該方法對拉絲銅線進行低溫退火處理，具有成本低、效率高、能耗低，操作簡單易控，產品質量穩定的優點，利於工業化生產，可有效解決目前常用退火方法的能耗大、周期長，製得的銅線伸長率差及不穩定的問題。
4.本發明還提供一種退火爐，該退火爐結構簡單，設備成本低，可對退火爐爐腔保持恆壓和調節真空度，可方便得對壓力實現動態調節，使用便捷，使用該退火爐對銅線進行退火處理，有助於得到產品質量穩定、伸長率高的銅線。
5.為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：一種高伸長率退火銅線的製備方法，包括如下步驟：
6.(1)將銅線放入退火爐內，對退火爐進行抽真空處理，使得退火爐的爐腔內真空壓力為-0.06mpa～-0.01mpa；
7.(2)對退火爐進行預加熱，爐腔內溫度升溫至60-70℃，升溫加熱時間為15-25min；
8.(3)對爐腔內充入氮氣；
9.(4)調節爐腔內壓力，使得爐腔內壓力維持在-0.06mpa～-0.01mpa；
10.(5)對銅線進行退火加熱，升溫至溫度為115-135℃，升溫加熱時間為35-45min；然後升溫至310-330℃，升溫加熱時間為170-190min；在310-330℃溫度下加熱165-185min；
11.(6)所述步驟(5)中的退火加熱處理完成後，冷卻，至爐腔內溫度降至65-85℃後將銅線取出，得到退火銅線。
12.進一步的，所述步驟(1)中，將銅線放入退火爐內後，將退火爐置於加熱爐內。
13.進一步的，所述步驟(3)中，對爐腔內充入氮氣，至爐腔內壓力為0.01-0.04mpa。
14.進一步的，所述步驟(4)中，採用真空恆壓調節系統對爐腔內壓力進行動態恆壓調節，使得爐腔內維持恆壓。
15.進一步的，所述步驟(6)中，退火加熱處理完成後，退火爐再留在加熱爐中40-80min，然後移出退火爐至冷卻區，至爐腔內溫度降至65-85℃後將銅線取出，得到退火銅線。
16.對於銅導線而言，退火溫度要高於最低再結晶溫度(開始再結晶溫度)，但必須低於使晶粒過分長大階段的溫度。在實際設計計算中，選取銅線材的最低再結晶溫度為100-270℃，再結晶退火溫度為500-570℃。而通過本發明，實際退火溫度可以加溫至約320℃左右即可，整個過程較傳統退火爐退火工藝可以節省耗電量。由於降低了溫度要求，縮短了升溫時間，降低了退火爐的耐溫等級，降低退火爐設備成本，大大提高了銅線的伸長率。
17.本發明還提供一種高伸長率退火銅線，所述高伸長率退火銅線由上述高伸長率退火銅線的製備方法製成。
18.本發明還提供一種退火爐，包括退火爐體和真空恆壓調節系統，所述退火爐體內設有爐腔，所述爐腔設有開口，所述退火爐體設置有用於遮蓋開口的爐蓋，所述真空恆壓調節系統包括程序控制裝置、真空泵、氣源罐以及用於測定爐腔內氣壓的氣壓傳感器，所述真空泵和氣源罐分別設有第一氣路管和第二氣路管，所述第一氣路管和第二氣路管用於與爐腔連通，所述第一氣路管設置有抽真空控制閥，所述第二氣路管或氣源罐設有流量控制器，所述氣壓傳感器、抽真空控制閥、流量控制器、真空泵均與程序控制裝置電連接。
19.進一步的，所述真空恆壓調節系統還包括主通氣管，所述第一氣路管以及第二氣路管均與主通氣管連通，所述主通氣管與爐腔連通。
20.進一步的，所述退火爐還包括換氣嘴，所述爐蓋開設有貫穿爐蓋的通氣孔，所述換氣嘴穿過通氣孔並與爐腔連通，所述換氣嘴用於與第一氣路管、第二氣路管或者主通氣管連通。
21.進一步的，所述氣體冷卻裝置設有冷卻水管道，所述冷卻水管道設有冷卻水進口和冷卻水出口。
22.進一步的，所述退火爐還包括用於測定爐腔內壓力的壓力表，所述壓力表設置於爐蓋。
23.本發明的有益效果：本發明採用高伸長率退火銅線的製備方法，對拉絲銅線進行低溫退火處理，具有成本低、效率高、能耗低、操作簡單易控、產品質量穩定的優點，利於工業化生產，可有效解決目前常用退火方法的能耗大、周期長，製得的銅線伸長率差及不穩定的問題，可獲得高伸長率的銅線。本發明的退火爐結構簡單，設備成本低，可對退火爐爐腔保持恆壓和調節真空度，可方便得對壓力實現動態調節，使用便捷，使用該退火爐對銅線進行退火處理，有助於得到產品質量穩定、伸長率高的銅線。
附圖說明
24.圖1為本發明的退火爐的結構示意圖。
25.圖2為真空恆壓調節系統的控制原理圖。
26.圖3為實施例2的高伸長率退火銅線的製備方法中的退火過程加熱曲線圖。
27.附圖標記包括：1-退火爐體、2-換氣嘴、3-真空恆壓調節系統、31-控制面板、32-真空泵、33-氣源罐、34-主通氣管、4-壓力表、5-氣體冷卻裝置、51-冷卻水進口、52-冷卻水出口、6-加熱爐、61加熱管、7-銅線。
具體實施方式
28.為了便於本領域技術人員的理解，下面結合實施例及附圖對本發明作進一步的說明，實施方式提及的內容並非對本發明的限定。
29.實施例1
30.如圖1-2所示，一種退火爐，包括退火爐體1和真空恆壓調節系統3，所述退火爐體1內設有爐腔，所述爐腔設有開口，所述退火爐體1設置有用於遮蓋開口的爐蓋，所述真空恆壓調節系統3包括程序控制裝置、真空泵32、氣源罐33以及用於測定爐腔內氣壓的氣壓傳感器，所述真空泵32和氣源罐33分別設有第一氣路管和第二氣路管，所述第一氣路管和第二氣路管用於與爐腔連通，所述第一氣路管設置有抽真空控制閥，所述第二氣路管或氣源罐33設有流量控制器，所述氣壓傳感器、抽真空控制閥、流量控制器、真空泵32均與程序控制裝置電連接。所述氣源罐33為氮氣罐或者其他氣源罐33。爐腔的開口設置於退火爐體1的上端。
31.本發明的退火爐結構簡單，設備成本低，可用於對退火爐的爐腔內保持恆壓和調節真空度，可方便地對壓力實現動態調節，使用便捷，實用性強。使用時，將退火爐放入加熱爐6內，加熱爐6內設有加熱管61，對退火爐進行加熱處理，真空恆壓調節系統3可對退火爐體1內的壓力進行動態恆壓調節，並可根據需要保持恆壓，所述退火爐可用於對拉絲銅線7進行退火處理，有助於獲得質量穩定、性能優越的銅線7。程序控制裝置設有控制面板31。真空恆壓調節系統3對退火爐體1內的壓力進行動態調節時，先在程序控制裝置中預先設定要保持的壓力，程序控制裝置可採用現有技術中的控制裝置。當氣壓傳感器測定到真空壓力偏低時，程序控制裝置接收到氣壓輸入信息，打開抽真空控制閥，並使得控制氣源流量的流量控制器處於關閉狀態，真空泵32進行抽真空；氣壓傳感器測定到真空壓力偏低時，程序控制裝置接收到氣壓輸入信息，控制抽真空控制閥打開，並使得控制氣源流量的流量控制器處於關閉狀態，真空泵32進行抽真空；當氣壓傳感器測定到真空壓力偏高時，程序控制裝置接收到氣壓輸入信息，控制抽真空控制閥關閉，並控制流量控制器，使得氮氣罐向爐腔內充入氮氣，從而根據需要控制爐腔內的恆壓狀態。
32.進一步的，所述真空恆壓調節系統3還包括主通氣管34，所述第一氣路管以及第二氣路管均與主通氣管34連通，所述主通氣管34與爐腔連通。所述第一氣路管以及第二氣路管經由主通氣管34與爐腔連通。本實施例可將主通氣管34作為主路管，第一氣路管以及第二氣路管作為支路管分別經由主通氣管34與爐腔連通。更進一步的，所述換氣嘴2設置有氣嘴閥門。本實施例中，所述換氣嘴2可根據實際情況與第一氣路管、第二氣路管和主通氣管34連接，便於連接不同的管道，使用方便。
33.進一步的，所述退火爐還包括氣體冷卻裝置5，所述氣體冷卻裝置5可用於與第一氣路管以及第二氣路管連接，並可用於與主通氣管34連接。所述氣體冷卻裝置5設有冷卻水管道，所述冷卻水管道設有冷卻水進口51和冷卻水出口52，冷卻水進口51用於與外界的冷卻水儲存容器或者冷卻水進水管路連接。冷卻水管道可對第一氣路管、第二氣路管和主通氣管34冷卻。本實施例的氣體冷卻裝置5可用於對進出第一氣路管、第二氣路管以及主通氣管34內的氣體進行冷卻，有助於控制氣體溫度，減少對管道和設備的損耗，提高使用安全性。
34.進一步的，所述退火爐還包括用於測定爐腔內壓力的壓力表4，所述壓力表4設置
於爐蓋。在真空恆壓調節系統3處於開啟和關停狀態時，壓力表4可用於實時對爐腔內壓力進行監控。
35.實施例2
36.本實施例中，一種高伸長率退火銅線7的製備方法，採用實施例1中的退火爐，以線徑為0.15-0.30mm的銅線7為例，其退火加熱過程曲線如圖3所示，其包括如下步驟：
37.(1)將銅線7放入退火爐體1內，然後將退火爐置於加熱爐6內，將換氣嘴2接上第一氣路管，對退火爐進行抽真空處理，使得退火爐的爐腔內真空壓力為-0.02mpa後，再抽12min，然後關閉氣嘴閥門，再關停真空泵32，拔掉第一氣路管；
38.(2)對採用加熱爐6對退火爐進行預加熱，爐腔內溫度升溫至65℃(見圖3中的溫度c1)，升溫加熱時間為20min(見圖3中的時間t1)；
39.(3)將換氣嘴2接上第二氣路管，再打開氮氣罐的罐體閥門，充入高純氮氣，至爐腔內壓力為0.02mpa；隨後關閉氮氣罐的罐體閥門；
40.(4)將第一氣路管和第二氣路管作為支路管通過主通氣管34與換氣嘴2連通，開啟真空恆壓調節系統3，進行動態恆壓調節，使得爐腔內壓力維持在-0.02mpa；
41.(5)對銅線7進行退火加熱，升溫至溫度為125℃(見圖3中的溫度c2)，升溫加熱時間為40min(見圖3中的時間t2)；然後升溫至320℃(見圖3中的溫度c3)，升溫加熱時間為180min(見圖3中的時間t3)；在320℃(見圖3中的溫度c4)溫度下加熱175min(見圖3中的時間t4)；
42.(6)所述步驟(5)中的退火加熱處理完成後，冷卻，至爐腔內溫度降至75℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
43.進一步的，所述步驟(6)中，退火加熱處理完成後，退火爐再留在加熱爐6中60min，然後移出退火爐至冷卻區，至爐腔內溫度降至75℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
44.即本實施例的高伸長率退火銅線7的製備方法中的退火過程加熱曲線圖如圖3所示，具體為：起始溫度為室溫，預加熱溫度c1：65℃，時間t1：20min；退火加熱溫度c2：125℃，時間t2：40min；退火加熱溫度c3：320℃，時間t3：180min；退火加熱溫度c4：320℃，時間t4:：175min。
45.實施例3
46.本實施例中，一種高伸長率退火銅線7的製備方法，採用實施例1中的退火爐，其包括如下步驟：
47.(1)將銅線7放入退火爐體1內，然後將退火爐置於加熱爐6內，將換氣嘴2接上第一氣路管，對退火爐進行抽真空處理，使得爐腔內真空壓力為-0.06mpa後，再抽10min，然後關閉氣嘴閥門，再關停真空泵32，拔掉第一氣路管；
48.(2)對採用加熱爐6對退火爐進行預加熱，爐腔內溫度升溫至60℃，升溫加熱時間為15min；
49.(3)將換氣嘴2接上第二氣路管，再打開氮氣罐的罐體閥門，充入高純氮氣，至爐腔內壓力為0.01；隨後關閉氮氣罐的罐體閥門；
50.(4)將第一氣路管和第二氣路管作為支路管通過主通氣管34與換氣嘴2連通，開啟真空恆壓調節系統3，進行動態恆壓調節，使得爐腔內壓力維持在-0.06mpa；
51.(5)對銅線7進行退火加熱，升溫至溫度為115℃，升溫加熱時間為35min；然後升溫
至310℃，升溫加熱時間為170min；在310℃溫度下加熱185min；
52.(6)所述步驟(5)中的退火加熱處理完成後，冷卻，至爐腔內溫度降至65℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
53.進一步的，所述步驟(6)中，退火加熱處理完成後，退火爐再留在加熱爐6中40min，然後移出退火爐至冷卻區，至爐腔內溫度降至65℃後將銅線7取出，得到退火銅線7
54.實施例4
55.本實施例中，一種高伸長率退火銅線7的製備方法，採用實施例1中的退火爐，其包括如下步驟：
56.(1)將銅線7放入退火爐體1內，然後將退火爐置於加熱爐6內，對退火爐進行抽真空處理，使得爐腔內真空壓力為-0.01mpa；
57.(2)對退火爐進行預加熱，爐腔內溫度升溫至70℃，升溫加熱時間為25min；
58.(3)對爐腔內充入氮氣，至爐腔內壓力為0.04mpa。
59.(4)調節爐腔內壓力，使得爐腔內壓力維持在-0.01mpa；
60.(5)對銅線7進行退火加熱，升溫至溫度為135℃，升溫加熱時間為45min；然後升溫至330℃，升溫加熱時間為190min；在330℃溫度下加熱1655min；
61.(6)所述步驟(5)中的退火加熱處理完成後，冷卻，至爐腔內溫度降至-85℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
62.進一步的，所述步驟(4)中，採用真空恆壓調節系統3對爐腔內壓力進行動態恆壓調節，使得爐腔內維持恆壓。
63.進一步的，所述步驟(6)中，退火加熱處理完成後，退火爐再留在加熱爐6中80min，然後移出退火爐至冷卻區，至爐腔內溫度降至85℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
64.實施例5
65.本實施例中，一種高伸長率退火銅線7的製備方法，採用實施例1中的退火爐，其包括如下步驟：
66.(1)將銅線7放入退火爐體1內，然後將退火爐置於加熱爐6內，對退火爐進行抽真空處理，使得爐腔內真空壓力為-0.02mpa；
67.(2)對退火爐進行預加熱，爐腔內溫度升溫至65℃，升溫加熱時間為20min；
68.(3)對爐腔內充入氮氣，至爐腔內壓力為0.02mpa。
69.(4)調節爐腔內壓力，使得爐腔內壓力維持在-0.04mpa；
70.(5)對銅線7進行退火加熱，升溫至溫度為125℃，升溫加熱時間為40min；然後升溫至325℃，升溫加熱時間為175min；在325℃溫度下加熱175min；
71.(6)所述步驟(5)中的退火加熱處理完成後，冷卻，至爐腔內溫度降至75℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
72.進一步的，所述步驟(4)中，採用真空恆壓調節系統3對爐腔內壓力進行動態恆壓調節，使得爐腔內維持恆壓。
73.進一步的，所述步驟(6)中，退火加熱處理完成後，退火爐再留在加熱爐6中70min，然後移出退火爐至冷卻區，至爐腔內溫度降至75℃後將銅線7取出，得到退火銅線7。
74.對比例1
75.本對比例與實施例2的不同之處在於：對比例1採用常規的密封式非恆壓負壓方式
的退火爐，對爐腔內充入氮氣後，不採用真空恆壓調節系統3對爐腔內壓力進行動態恆壓調節，退火溫度由室溫升溫530℃，升溫加熱時間為300min。
76.以φ0.15mm為例子，對採用實施例2和對比例1的製備方法製得的銅線7進行伸長率的多次測定，測定結果如下表1所示：
[0077][0078]
其中，銅線7伸長率的測定方法按照gb/t 4909.3-2009第三部分：拉力試驗中要求，測定斷裂伸長率。
[0079]
通過上表可以看出，以φ0.15mm為例子，實施例2製得的退火銅線7的伸長率較對比例1，能提升28.8％。對比例1的退火加熱過程中並沒有對爐內氣壓進行恆壓動態調控。實施例2相對於對比例1，實際退火溫度可以加溫至約320℃左右即可，整個過程較傳統退火爐退火工藝可以節省約40％的耗電量，由於降低了溫度要求，縮短了約40％的升溫時間，降低了退火爐的耐溫等級，降低退火爐設備成本，大大提高了銅線7的伸長率。
[0080]
本發明採用高伸長率退火銅線7的製備方法，具有成本低、效率高、能耗低、周期長、操作簡單易控、產品質量穩定的優點，利於工業化生產，可有效解決目前常用退火方法的能耗大、周期長，製得的銅線7伸長率差及不穩定的問題，可獲得高伸長率的銅線7。本發明的退火爐結構簡單，設備成本低，可對退火爐爐腔保持恆壓和調節真空度，可方便得對壓力實現動態調節，使用便捷，使用該退火爐對銅線7進行退火處理，有助於得到產品質量穩定、伸長率高的銅線7。
[0081]
以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。