废铜、废铝在电缆工业中的优化再生制杆及利用

黄崇祺

(上海电缆研究所，上海200093)

0 引言

随着中国经济的快速增长，工业化和城镇化进程的进一步加快，“十一五”期间电缆工业获得了快速的发展。至2009年末，年产值已达到7000多亿元，铜、铝导体年用量分别为440万t和近200万t。2009年电缆工业用铜、用铝量分别占全国用铜、铝总量的64%和13%，约占全球电线电缆铜导体产量的1/3(据CRU预测2010全世界铜导体产量将达1440万 t)。

到目前为止，国内引进的连铸连轧生产线有20多条(其原料为电解铜)，产量在8～30 t/年不等，制作的铜杆能达到标准要求;国产的铜连铸连轧生产线达200条，基本都是小产能生产线，以废杂铜为原料制造铜杆，其铜杆质量实在令人担忧，多数达不到标准要求。如果按此生产方式——废杂铜不经规范的预处理，又用落后的精炼工艺，加之落后的国产连铸连轧生产线，则必然生产出一大堆不合格产品。因此技术升级迫在眉睫，商机也一目了然。由赣州江钨新型合金材料公司从西班牙普罗佩茨-拉法格公司引进的废杂铜直接再生制杆的连铸连轧生产线，其铜杆可以稳定生产，质量达到标准要求。

1 废杂铜直接再生须质量过关否则得不偿失

虽然国际上废电线电缆的回收再生利用已有几十年的历史，但也没有像我国由于采用直接再生铜杆而在电缆行业产生那么严重的质量问题。随着废铜、废铝的使用量增加，其回收技术也在不断完善。废铜、导体在电缆工业中可以占居一定的市场份额，只要铜杆质量达标，会在50%以上(当然不可能完全取代电解韧铜杆)。因为中国缺铜，所以需进口废铜和国内回收铜资源。直接再生利用可以省去制造阳极和电解提纯这两道工序，从而节省能源。但由于生产的铜导体导电率不合格，在使用中因电阻增加发热。这就形成上游制造节能，而在下游使用中造成更大的电能浪费，且埋下了事故隐患，实属得不偿失。

2 我国电缆工业须重视废电线电缆的回收

到“十二五”期末，我国电缆工业销售规模将达到11000～12000亿元，年均增长6%～8%。由此预测，届时铜、铝导体用量分别可达590～640万t和290～320万t。这样大的用量，其中必定需要大量质量达标的再生铜杆。

我国的废杂铜直接再生制杆利用，落后国际先进水平20多年。废杂铜直接再生杆的大规模生产和应用其核心是质量的突破。如果把废杂铜直接再生杆的严重质量问题解决了，那是利国利民，皆大欢喜的。废杂铜直接再生制杆的质量问题是一个跨行业的系统工程，需要跨行业协作，共同组织实施才行。

现在世界各国注重环保，关注可持续发展。2003年欧盟开始执行“关于报废电子设备指令”，规定设备制造商应对报废电子设备进行回收，引起了世界各国对环保的重视。欧洲和日本的电缆工业十分重视资源再生利用。例如，日本日立电缆公司长期努力开发回收利用废电线电缆的技术，从商业规模的电力部门那里回收废电线电缆。从2000年开始在全日本范围内建立从一般产业用户那里回收废电线电缆的回收网。然后利用重力分离和静电分离机把废电线电缆加以分类。由此可达到重新利用100%的铜和铝，以及超过90%的高分子绝缘和护套材料。

3 废铜直接优化再生制杆及利用

为了解决直接再生铜杆的质量问题，下列一些要点或许在国内外已获得了共识，值得我们去深化研究和采取相应的措施。

(1)到国外采购废杂铜不能光贪便宜，要针对产品应用要求、加工利用方式进行采购，否则将对产品质量、加工难度和环境治理产生严重影响。

(2)废杂铜的预处理是重要的一环，否则严重影响产品质量，增加加工难度，要仔细“分拣”、“分类”、“分离异类金属和有机物”，让用户按铜品位要求择优选择，要修订现有的分类标准。

(3)根据现有的国际先进水平，用经“三分”后清洁的废杂铜直接再生利用，稳定生产合格的电工用铜杆，废杂铜的入炉(单一或者混合加料)平均品位对连续熔化、精炼和连铸连轧的生产方式≥96%，而对批式熔化、精炼和连铸连轧的生产方式≥94%，否则生产不稳定，合格率低。因此对废杂铜的预处理，确保原材料入炉品位是保证铜杆质量的基础。由此生产出的合格铜杆，其含铜量必须≥99.90%。否则首先是首要技术指标导电率不合格，达不到100%IACS的标准要求。

(4)精炼工艺及其装备必须升级换代是解决质量问题的关键之一。要采用先进的微合金化处理及其精炼剂;精炼工艺应用先进的过程控制技术;采用先进的连续式或批式熔化炉、精炼炉及其控制系统，目前老式的炉子不仅精炼效果差，而且炉子热效率太低，炉渣中的含铜量高的竟达到百分之几十，这样必然浪费能源，技术经济指标低下;必须配备符合环保要求的三废处理系统;采用炉前分析，对成分进行监控是有效的手段之一。

(5)连铸连轧生产线是影响铜杆质量的另一关键点。要采用先进的连铸连轧系统，减少大量人为操作引起的质量问题，其中特别是液位自动控制系统;连续非接触式涡流和磁性探伤是铜杆在线质量监测的最后一关，必须严格掌控;为便于铜杆外销，紧捆绕杆机也是必不可少的装备;连轧过程中氧化皮或粒子压入铜基体和铜杆表面氧化膜的厚度直接影响铜杆“可拉性”差的质量问题。由此必须对轧辊材料(磨损的铁微粒)清除外来的与外表的铜氧化物，并对清洗装置进行精心设计改进。

(6)铜杆质量评估体系的建立是势在必行。在铜杆质量符合标准要求的基础上，进一步以分级(等)办法，分清铜杆质量等级，为实行优质优价，促进公平竞争创造条件。评估的依据和内容应包括①工艺性能评估——铜杆的“可扎性、可拉性和可退火性”，这“三性”应选择在合格的“验证生产厂”实行考核;②标准考核应符合标准要求，为此要建立考核规范、制订专用标准、明确方法和指标。

(7)没有先进合理的管理制度，在再生铜杆生产过程中缺乏全过程真实的全面质量跟踪监控是无法保证稳定生产的，从而铜杆质量也是不稳定的。

(8)要整顿再生铜杆极其混乱的市场，绝不允许有标准不依。对再生铜杆实行市场准入制度是必要的，为此应制订市场准入规范，实行生产认证，发放生产许可证。

4 废铝直接优化再生制杆及利用

随着我国电缆工业“以铝节铜”的发展，可以肯定电缆行业铝和铝合金的总用量也会逐步上升。再生铝导体的质量(技术指标和工艺性能)能得到保证，再生铝和原生铝在电缆工业中的应用应有同样的地位，这点与废杂铜导体在电缆工业中的应用地位与电解铜相比是不同的。

4.1 废铝再生制杆的特点

(1)废铝直接再生制杆没有提纯的作用，因此对废铝原材料成分的要求比较高。

(2)纯铝和铝合金的再生处理必须分清、分开，否则在管理和制品性能上将产生问题。

(3)作为导电体的纯铝，为了保证第一关键技术指标导电率，杂质元素硅和钛、钒、锰、铬，必须要有针对性的分别处理。

(4)铝导体的另一关键技术指标为抗拉强度，但抗拉强度和导电率又是互相矛盾的，因此必要时须另取处理措施。

(5)废铝表面往往有油污，因此精炼除气(氢)必须注意，否则影响可轧性和可拉性。

4.2 电线电缆废铝的预处理

4.2.1 废铝的种类

工业纯铝——我国上世纪80年代以前，电线电缆的废铝都属普铝，含硅高，80年代以后由于我国自主创新了“稀土优化综合处理技术”，用99.7%的工业纯铝，就可达到电工级铝的要求，这种废铝一般都达到99.7%纯度的要求。必要时还经过了稀土优化综合处理，其存在少量的稀土铈，对以后的再生制杆有益无害。

电工用铝合金——铝镁硅合金(相当美国牌号6201)和铝镁硅稀土合金;铝锆合金;铝镁合金和铝铁合金(相当美国牌号8000系合金)。

铝包钢线——其中的铝包层，均用电工铝杆经连续包覆而成。

4.2.2 废铝的来源

①架空输电线用架空导线(其中2/3为铝，1/3为镀锌钢线);②绝缘铝电线电缆的线芯或护套;③绕组线用铝线和扁线;④配电用铝母排和绝缘铝母线槽;⑤电缆屏蔽用编织线;⑥铝包钢双金属线。

4.2.3 电工用铝杆对废铝原材料的要求

①废铝必须仔细分拣、分类和分离异种金属;②废铝原材料的铝纯度≥99.7%(达到标准铝要求的纯度);③废铝的杂质元素硅、铁、钛、钒、锰、铬要有明确的要求，以便在制杆工艺中采取有针对性的处理措施;④废铝的外来泥、油等必须除净后才能出售和进入下一工序的熔炉。

4.2.4 废铝的熔化、调整成分、净化预处理和铸成块锭

经过“三分”处理的废铝在熔化炉熔化、调整成分、净化处理(除气、除渣)。然后浇铸成铸锭，以便进入连铸连轧生产线使用。特别要注意的是，废铝不要直接进入连铸连轧生产线上的竖炉或保温炉中使用，以减少对铸、轧、拉的不良影响，避免产生杆、线的质量问题。

4.2.5 废铝二次重熔、控制成分、除气、除渣和轧成电工用铝杆

铝或铝合金连铸连轧制杆是目前唯一的生产方式。经预处理的废铝块锭在这种生产线上进行二次熔化、控制成分(或制造铝合金杆)、除气、除渣，制成符合要求的电工用铝杆。上海电缆研究所自主创新的科研成果“稀土优化综合处理技术”，可直接变通应用而获得明显的技术经济效果;炉前快速分析是控制成分的有效手段之一;炉内净化处理和炉外净化处理相结合对铝液除气、除渣有良好的效果;熔化炉采用电磁搅拌，可进一步保证铝液成分的均匀性(特别是制造铝合金)，有利于再生铝杆性能的均匀稳定。

4.2.6 再生铝杆的技术要求

再生铝杆的技术要求等同于现行电工用铝杆的技术要求:①可拉性——拉线断头率要低，线的表面质量要好;②性能指标——符合现行电工用铝线(硬线、软线)标准要求，特别是在架空导线中使用的硬铝线的要求。

5 结束语

(1)废杂铜直接再生杆的大规模生产和应用其核心是质量的突破，但再生铜杆的质量问题是一个跨行业的系统工程，有关方应加强协作，一致行动，采取有效措施。

(2)废电线电缆铝导体的回收及再生利用应建立跨行业的回收网，使这些废铝优质优用。