一種生產高純淨上引無氧銅杆的方法
2023-10-09 21:36:09 1
專利名稱：一種生產高純淨上引無氧銅杆的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產高純淨上引無氧銅杆的方法，具體地說是一種利用稀土元素降 低銅材中氧等雜質含量進而生產高純淨上引無氧銅杆的方法。
背景技術：
風電作為一種清潔能源，在我國獲得了飛速發展，預計到2015年將達到700萬kW。 由數十臺甚至數百颱風力發電機組成風電場(風車田)聯合向電網供電，是應用現代技 術大規模開發利用風能資源的一個趨勢。風電場的運行一般都用計算機監控，使各風機 運行在最佳狀態，我國近幾年建立的風電場都是採用風車田的運行方式。作為風力發電 系統中的關鍵設備，風電用組合式變壓器技術也獲得較快發展。在我國，風力資源豐富 的地區一般集中在沿海、東北、西北地區，變壓器運行在野外，因此就要考慮設備的耐 候性問題。在沿海地區的設備就應考慮防鹽霧、黴菌和溼熱；在東北、西北地區就要考 慮低溫嚴寒、風沙等的影響。因此，對變壓器的關鍵材料電磁線的質量要求就更高。衡 量電磁線質量的指標主要有抗拉強度、延伸率、電阻率及導電率、氧含量及外觀質量， 其中氧含量是主要質量指標之一。
就生產電磁線的無氧銅杆而言， 一級無氧銅杆的氧含量不大於10ppm， 二級無氧銅 杆不大於20ppm。如果氧含量過高，對產品的質量有下列影響l)能與銅生成Cu20脆 性相，形成Cu-Cu20共晶體，以網狀組織分布在晶界上，導致銅杆的機械性能下降，在 後續加工中容易造成斷裂現象；2)導致無氧銅杆導電率下降；3)使銅材在氫氣中退火 時產生裂紋或針狀氣泡。近年來有關稀土添加劑對鋁及其合金的影響研究較多，而其對 銅的影響研究較少，特別是稀土在大型生產線方面的應用研究非常少見。劉強等人(劉 強，張翔，崔建忠，等。稀土對無氧銅杆生產工藝及產品性能的影響。特種鑄造及有色 合金，2004， (6): 69， 70.)在上引無氧銅鑄杆生產過程中添加富鈰混合稀土，達到了 降低無氧銅杆含氧量的目的。研究中，選用A級電解銅，經熔化、保溫、上引鑄造生產 出直徑〈20mm無氧銅鑄杆，在生產過程中分批添加富鈰混合稀土(混合稀土各元素的質 量分數為56 %的Ce， 24 %的La， 15 %的Nd， 5 %的Pr )，稀土加入量分別為0.02 %~0.12 %,在稀土加入量合適的情況下可以有效降低銅杆中的氧含量，且對降低其它雜質元素
3含量也有一定作用。但是，這種利用添加富鈰混合稀土來降低無氧銅杆含氧量的方法中， 由於稀土是分批加入，缺少充分的攪拌，難以保證稀土在銅液中的分布；同時，處理過 程中形成的稀土氧化物也不能有效排除，影響了稀土處理的效果。
發明內容
為了克服現有技術生產高純淨上引無氧銅杆存在的問題，本發明的目的是提供一種 生產高純淨上引無氧銅杆的方法。該方法生產工藝簡單，生產過程穩定，稀土元素形成 的氧化物夾渣殘留少，銅材淨化效果好，產品質量好。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於它包括以下步驟
1) 在銅材熔化過程中，將銅板分批均勻加入熔化爐中；所述銅板無開花粒子、酸 跡、銅鏽、灰砂缺陷。
2) 採用Cu-RE中間合金杆連續加入單一或混合稀土元素，在熔化爐中通過感應加 熱線圈實現電磁攪拌使稀土元素在銅水中均勻分布；
3) 在熔化爐與保溫爐之間的流槽前放置陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾擋板完全遮蓋流 槽，防止稀土氧化物巻入上引無氧銅杆中，得到高純淨上引無氧銅杆。保溫爐採用鱗片 石墨覆蓋，用來隔絕空氣中的氧和氫與高溫銅液接觸，石墨鱗片覆蓋厚度110mm。
本發明中，Cu-RE中間合金杆在熔化爐上方通過木炭覆蓋層直接加入，加入的速度 由機械控制。且Cu-RE中間合金杆的加入量隨熔化爐流入保溫爐的銅水量變化作相應調 整，當熔化爐流入的銅水量增加時，中間合金杆的加入量也相應變大，Cu-RE中間合金 杆的加入量為加入銅中的RE元素佔銅水質量的0.05~0.15%。
陶瓷過濾擋板採用耐高溫陶瓷製作，如採用剛玉製作，陶瓷擋板的厚度不低於 15mm。
本發明在銅材熔化過程中，將銅板分批均勻加入熔化爐中；採用Cu-RE中間合金杆 連續加入單一或混合稀土元素，在熔化爐中通過感應加熱線圈實現電磁攪拌使稀土元素 在銅水中均勻分布；在熔化爐與保溫爐之間的流槽前放置陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾擋板 完全遮蓋流槽，防止稀土氧化物巻入上引無氧銅杆中，得到高純淨上引無氧銅杆。與現 有技術相比，本發明的主要優點如下1) 生產工藝簡單，便於實現自動化操作；
2) 稀土元素形成的氧化物夾渣殘留少，銅材淨化效果好；
3) 生產過程穩定，產品質量穩定性高。
通過本發明所述方法，可以成功實現高純淨上引無氧銅杆的生產。
具體實施方式
實施例1
選擇符合1#電解銅成分要求，且外觀無開花粒子、酸跡、銅鏽、灰砂等缺陷的銅板 作為爐料進行配料。選用木炭作為熔化爐覆蓋劑，木炭粒度為30 50mm，木炭覆蓋厚 度約為200mm。木炭入爐前進行篩選、剔除雜質，並烘烤乾，以在爐內產生C0和C02 氣氛，防止高溫銅液從空氣中吸氧吸氫。保溫爐採用鱗片石墨覆蓋，用來隔絕空氣中的 氧和氫與高溫銅液接觸，以免使生產的銅杆發脆，石墨鱗片覆蓋厚度110mm。選用直徑 10mm的Cu-20wt.n/。Ce中間合金杆連續加入熔化爐，加入速度為0.6mm/min。在熔化爐 與保溫爐之間的流槽前放置15mm厚的剛玉質陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾擋板完全遮蓋流 槽。上引銅杆生產過程中的工藝參數為水壓0.7MPa、進水溫度〈35'C、結晶器進出水 溫差7'C 8'C、結晶器冷卻水流量30L/min、節距4 5mm/次、引杆速度1100mm/min、 保溫爐設定溫度U50'C、熔化爐設定溫度1175°C，保溫爐液面波動範圍為lOOmm。由 此生產出直徑12mm的高純淨無氧銅杆，其中氧含量為4.5ppm， P含量為lppm， S含量 為15ppm， Fe含量為20ppm。
通過本上述方法，可以成功實現高純淨上引無氧銅杆的生產。
實施例2
選擇符合1#電解銅成分要求，且外觀無開花粒子、酸跡、銅鏽、灰砂等缺陷的銅板 作為爐料進行配料。選用木炭作為熔化爐覆蓋劑，木炭粒度為30 50mm，木炭覆蓋厚 度約為200mm。木炭入爐前進行篩選、剔除雜質，並烘烤乾，以在爐內產生C0和C02 氣氛，防止高溫銅液從空氣中吸氧吸氫。保溫爐採用鱗片石墨覆蓋，用來隔絕空氣中的 氧和氫與高溫銅液接觸，以免生產的銅杆發脆，石墨鱗片覆蓋厚度110 mm。選用直徑 10mm的Cu-15 wt.%La中間合金杆連續加入熔化爐，加入速度為1.3mm/min。在熔化爐與保溫爐之間的流槽前放置15mm厚的剛玉質陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾擋板完全遮蓋流 槽。上引銅杆生產過程中的工藝參數為水壓0.7MPa、進水溫度〈35'C、結晶器進出水 溫差7°C 8°C、結晶器冷卻水流量30L/min、節距4 5mm/次、引杆速1130mm/min、 保溫爐設定溫度1150'C、熔化爐設定溫度1180°C，保溫爐液面波動範圍為100mm。由 此生產出直徑14mm的高純淨無氧銅杆，其中氧含量為4.0ppm， P含量為lppm， S含量 為13ppm， Fe含量為18ppm。
實施例3
選擇符合1#電解銅成分要求，且外觀無開花粒子、酸跡、銅鏽、灰砂等缺陷的銅板 作為爐料進行配料。選用木炭作為熔化爐覆蓋劑，木炭粒度為30 50mm，木炭覆蓋厚 度約為200mm。木炭入爐前進行篩選、剔除雜質，並烘烤乾，以在爐內產生C0和C02 氣氛，防止高溫銅液從空氣中吸氧吸氫。保溫爐採用鱗片石墨覆蓋，用來隔絕空氣中的 氧和氫與高溫銅液接觸，以免生產的銅杆發脆，石墨鱗片覆蓋厚度110 mm。選用直徑 10mm的Cu-20%RE(La+Ce混合稀土)中間合金杆連續加入熔化爐，加入速度為1.5mm /min。在熔化爐與保溫爐之間的流槽前放置15mm厚的剛玉質陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾 擋板完全遮蓋流槽。上引銅杆生產過程中的工藝參數為水壓0.7MPa、進水溫度〈35'C、 結晶器進出水溫差7"C 8'C、結晶器冷卻水流量30L/min、節距4 5mm/次、引杆速度 1080 1180mm/min、保溫爐設定溫度1150°C、熔化爐設定溫度1175°C，保溫爐液面波 動範圍為100mm。由此生產出直徑18mm的高純淨無氧銅杆，其中氧含量為4.2ppm， P 含量為lppm， S含量為14ppm， Fe含量為18ppm。
權利要求
1、一種生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於它包括以下步驟1)在銅材熔化過程中，將銅板分批均勻加入熔化爐中；2)採用Cu-RE中間合金杆連續加入單一或混合稀土元素，在熔化爐中通過感應加熱線圈實現電磁攪拌使稀土元素在銅水中均勻分布；3)在熔化爐與保溫爐之間的流槽前放置陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾擋板完全遮蓋流槽，防止稀土氧化物捲入上引無氧銅杆中，得到高純淨上引無氧銅杆。
2、 根據權利要求1所述的生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於步驟l) 中，所述銅板無開花粒子、酸跡、銅鏽、灰砂缺陷。
3、 根據權利要求1所述的生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於步驟2) 中，Cu-RE中間合金杆在熔化爐上方通過木炭覆蓋層直接加入，加入的速度由機械控制。
4、 根據權利要求3所述的生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於所述木 炭粒度為30 50 mm，木炭覆蓋厚度約為200mm。
5、 根據權利要求3所述的生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於所述木 炭入爐前進行篩選、剔除雜質，並烘烤乾。
6、 根據權利要求1所述的生產高純淨上引無氧銅^:的方法，其特徵在於步驟2) 中，Cu-RE中間合金杆的加入量隨熔化爐流入保溫爐的銅水量變化作相應調整，當熔化 爐流入的銅水量增加時，中間合金杆的加入量也相應變大，Cu-RE中間合金杆的加入量 為加入銅中的RE元素佔銅水質量的0.05~0.15%。
7、 根據權利要求l所述的生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於步驟3) 中，陶瓷過濾擋板採用耐高溫陶瓷製作，陶瓷擋板的厚度不低於15mm。
8、 根據權利要求7所述6^生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於陶瓷過 濾擋板採用剛玉製作。
9、 根據權利要求1所述的生產高純淨上引無氧銅杆的方法，其特徵在於步驟3) 中，保溫爐採用鱗片石墨覆蓋，用來隔絕空氣中的氧和氫與高溫銅液接觸，石墨鱗片覆 蓋厚度110 mm。
全文摘要
本發明公開了一種生產高純淨上引無氧銅杆的方法，包括以下步驟在銅材熔化過程中，將銅板分批均勻加入熔化爐中；採用Cu-RE中間合金杆連續加入單一或混合稀土元素，在熔化爐中通過感應加熱線圈實現電磁攪拌使稀土元素在銅水中均勻分布；在熔化爐與保溫爐之間的流槽前放置陶瓷過濾擋板，陶瓷過濾擋板完全遮蓋流槽，防止稀土氧化物捲入上引無氧銅杆中，得到高純淨上引無氧銅杆。本發明生產工藝簡單，生產過程穩定，稀土元素形成的氧化物夾渣殘留少，銅材淨化效果好，產品質量好。
文檔編號B22D11/14GK101491825SQ200910025708
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者馮四平, 孫國平, 趙玉濤, 剛 陳 申請人:江蘇大學;江蘇中容電氣有限公司