浸涂法制造无氧铜杆技术的探讨

杨喜海，沈校军

（富通集团有限公司，浙江 富阳 311400）

浸涂法制造无氧铜杆技术的探讨

杨喜海，沈校军

（富通集团有限公司，浙江 富阳 311400）

随着国家电力系统迅猛发展，电线电缆行业不断发展壮大，铜行业的发展越发得到社会的关注，铜材的需求量也在“十二五”期间出现陡增的趋势。无氧铜杆作为电线电缆的核心原材料已成为高品质铜材产品制造商关注的热点。随着工艺和装备技术的发展，浸涂法制造在提升铜杆品质和降低铜杆制造成本方面取得长足的进步，赢得了市场的广泛认可。

浸涂法；无氧铜；铜杆；含氧量；电线电缆；预热炉

1 引言

2013年中国国家主席习近平提出的“一带一路”互联互通伟大战略构想，极大的带动我国基础设施、信息通信、电力能源等领域加快走出去的步伐，同时也带动铜材和线缆等配套行业的高速发展。在“十三五”期间，国家电网“五交八直”特高压骨干网工程的加快建设，新增特高压电网投资将达到4500亿元，带动电力和相关产业投资1.7万亿元，也将进一步带动电线电缆行业在特定领域的高速发展。

电线电缆是输送电能、传递信息和制造机电、电器、仪表的基础器材，是电气化、信息化社会中不可缺少的基础产品［1］。同时，线缆工业是金属铜最重要的消费市场，全球市场的精铜约70%用于电线电缆生产。“十二五”末期间，全国电线电缆年用铜量预计将达到550万t，创造新的历史极值。

2 我国铜行业发展现状

近年来，我国铜冶炼行业长期保持供大于求的态势，面对原料对外依存度高、节能减排压力大、冶炼成本增大等多重问题，铜冶炼加工费利润空间进一步缩减，行业竞争日趋激烈。“十二五”末期，国内已经具有电工铜杆专业生产企业数十家，铜杆生产主要集中在江苏、湖南、江西、山东、广东等产业聚集地。铜导体的产业在质量提高、生产集约化、高性能合金材料开发、废铜直接制杆应用等方面都有较大进展。专业铜导体加工企业越来越重视规模化、集约化生产，越来越重视生产效率、技术水平提高，国际先进技术装备也陆续被引进和应用在高端铜冶炼领域。

我国精铜的主要消费市场集中在电力、空调制冷、交通运输、电子和建筑等领域，其中电力行业消费量最高，空调制冷和电子行业的消费量近年也呈上升态势。该领域中铜线生产对铜杆的质量要求很高，需要先进的铜杆制造设备和工艺技术［2］。

3 铜杆的冶炼方法

当前常用的现代铜杆加工方法主要有三种：“连铸连轧法”，氧含量一般在200～400ppm之间；上引连铸法，简称“上引法”，氧含量一般在10～50ppm之间；浸涂连铸连轧法，简称“浸涂法”，氧含量最低，一般能达到10ppm以下，最低可以达到1～3ppm。由于三种制造工艺不同，铜杆在组织结构、氧含量及分布、杂质的形式及分布等诸多方面有较大差异。在线缆行业发展的带动下，铜杆加工方法和设备也得到快速的发展，铜杆的制造已经形成：连铸连轧为主，上引法为辅，高端行业浸涂法补充的产业格局［3］。

浸涂法生产的铜杆质量最好，性能最优。因此，目前在美国、德国、瑞典、日本、台湾等发达国家和地区都在广泛应用浸涂法生产高端优质的无氧铜杆，其含氧量在10ppm以下，电阻率在0.01707Ω·mm2/m以下，导电率101～102 IACS，伸长率40%以上，铜杆质量处于世界最先进水平。

4 浸涂法制铜杆发展历程

浸涂法制造铜杆工艺最早起源于美国，是美国通用公司（GE）考虑特种用途需更高纯度铜而研究开发的技术工艺。在19世纪50年代进行研发，于1968年制造完成世界首台浸涂法制铜生产设备，并申请专利保护，该设备在当时产生了巨大的影响。因设备产能、产品稳定性等原因后续进行了大量的改善，后期投入使用。

在19世纪70年代，日本昭和电线先后在日本川崎和三重两个工厂分别引入浸涂法制铜设备，并在1989年从美国GE公司成功收购其专利，经过研发在原有基础上进行了大量的调整和改进，大大的提高了该设备综合应用能力。

中国首台浸涂法制铜设备于1982年由哈尔滨电缆厂从美国GE公司签订购买合同，是当时中国最先进、最昂贵制铜杆设备，为中国高端无氧铜事业发展奠定了不可磨灭的贡献。该设备2005年转卖给杭州富通集团，因其优异的加工性能使得无氧铜杆广受客户的好评。

5 浸涂法设备介绍

浸涂法铜杆生产设备由铜板预热炉、溶解炉和保温炉、剥皮装置、坩埚装置、压延机、卷取机等组成。

图1　浸涂法铜杆生产设备图

5.1预热炉

预热炉主要作用是去除阴极铜板表面的水分、杂质以及硫、磷等化合物，避免此类物质影响铜材纯净度。硫、磷等杂质会严重地降低铜的拉断延伸率，降低铜的拉伸强度及脆性［4-5］。预热炉设置多根烧嘴，通过不完全燃烧天然气，可产生一氧化碳气体起到还原和保护作用，防止预热后铜板氧化。通常需将铜板预热到200℃以上。

5.2熔解炉

熔解炉容量数十t不等，通常配置2台，单个熔解炉的熔化速率为6 t/h，预热完成后的铜板沿着辊道，通过加料口滑入炉内。炉内覆盖石墨，且通入保护气体保护铜液不被氧化。炉体靠升降机构转动，实现铜水向保温炉流出。熔化炉设有大功率感应器，始终保持熔解炉内铜水温度1160℃左右。

保温炉分浇注室和加压室，铜水通过溜槽流入浇注室。加压室相对密封，使用压缩DX气体进行加压，使浇注室液面升高，铜水从浇注室出铜口流入坩埚内部。

5.3剥皮装置

无氧铜母杆经过单头拉丝机拉丝后，母杆经过前置模、导向模，再由扒皮模去除母杆表面的氧化膜。避免因母杆引入导致铜的氧含量上升，同时也避免母杆与包覆铜层有分层现象发生。

图2　母杆与包覆层分离不良品图片

5.4浸涂坩埚

浸涂坩埚是将剔除表面氧化皮的母杆，自下而上匀速通过盛有一定铜液的容器。因母杆与铜液之间存在温差，母杆通过铜液的过程中需要大量吸热，铜液会均匀的附着在母杆表面，通常母杆通过铜水的时间约为0.5s左右形成新的铸杆，此铸杆便是无氧铜杆。

5.5压延机

压延机是实现无氧铜杆轧制过程的关键设备，无氧铜在轧制过程中全程密封、保护气体进行保护。在压延过程是使金属产生塑性变形的过程，根据目标铜杆外径进行压延，同时避免加工过程中氧的介入。

浸涂法生产无氧铜杆关键的技术难点是全程密封避免与氧气接触，同时还原气体的保护是决定成品铜杆含氧量的关键因素。

本系统需选用高品位电解铜板，从电解铜以及母杆进入后至最终成品产出为止，全线处于保护气体环绕或真空状态。铜水、浸涂以及轧制过程中与空气完全隔离，因此铜线坯表面氧化皮较少，含氧量较低，电阻稳定，线材柔韧便于软态加工。

6 浸涂法制造铜杆特点

（1）铜杆含氧量极低，含氧量在10ppm以下，控制在5ppm以下。

（2）铜杆导电率高，通常可达到101.5%IACS以上。

（3）铜杆内部晶粒小、金相组织均匀、无氧化亚铜颗粒。

（4）铜杆质地柔软、排列均匀、回弹角小、加工性能好、拉伸缩减率可达99%以上。

（5）成品使用过程中发热小、故障率低、安全性能高，适用于恶劣环境条件下使用。

（6）铜杆在后续拉线中产生的铜粉极少，制作的漆包线针孔极少，接近于零。

7 结论

无氧铜杆具有高导电、高导热、弹性好、耐腐蚀、无磁性，以及易于机械加工等特点［6-7］被高端客户所关注。鉴于浸涂法铜杆生产工艺复杂性，相当制造成本较高，因此市场定位在中高端电器制品领域，目前产品主要面向风电、高铁、光伏电缆、航空等行业。随着浸涂法无氧铜杆工艺成熟稳定，铜材加工成本逐渐降低，在电力电缆和通信电缆等领域日趋发挥其高品质特点，更多企业管理者综合考量产品品质、拉丝生产效率、电阻率等因素逐渐选择高端铜材。

［1］熊霞. 铜杆线的生产现状及发展趋势［J］. 有色冶金设计与研究，2014， 35（3）:24-25.

［2］邹建成. 中国铜加工技术发展趋势［J］. 中国有色金属， 2013（16）:30-32.

［3］毛允正. 连铸连轧生产铜线杆技术述评［J］. 资源再生， 2012（5）:53-56.

［4］吴文明. 探讨提高阴极铜品质的途径［J］. 矿冶， 2007， 16（2）:52-54.

［5］余泽武. 浅谈硫对无氧铜杆的质量影响和解决对策［J］. 铜业工程，2014（1）:4-6.

［6］徐高磊， 陈国权， 姚幼甫， 等. 高纯高导无氧铜棒制造新技术［J］. 特种铸造及有色合金， 2014， 34（5）:559-560.

［7］徐高磊， 姚幼甫， 骆越峰. 连续挤压无氧铜带制造新技术［J］. 特种铸造及有色合金， 2011， 31（7）:648-649.

Discussion on the Technology of Producing Oxygen free Copper Rod by Dip Coating

YANG Xi-hai， SHEN Xiao-jun
（Futong Group Co.， Ltd.， Fuyang 311400， Zhejiang， China）

With the rapid development of the national electric power system， wire and cable industry continues to grow. The copper industry gets more and more social attention， and copper demand increases sharply in the "Twelfth Five Year Plan" period.As the core raw material of wire and cable， the copper rod is highly concerned by the manufacturers. With the development of technology and equipment， the dip coating method has won wide interest in the market， improving the quality of copper rod and reducing the costas well.

dip coating process；oxygen free copper；copper rod；oxygen content；wire and cable；preheating oven

TG376.8

B

1009-3842（2016）03-0017-03

2016-04-01

杨喜海（1985-），男，黑龙江密山人，工程学士，工程师，主要从事线缆技术、线缆材料应用研究等工作。E-mail: ftyxh@ftjt.net