13.氧-氢-硫含量对上引法连铸工艺过程及产品质量的影响.pdf

1、第卷第期 月 材料与冶金学报 年 氧 、氢、硫含量对上引法连铸工艺过程 及产品质量的影响 刘强 , 崔 建忠 ,许光明 东北大学 摘 、 材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳 要研究了微量元素对上引法连铸生产无氧铜杆工艺过程及产品质量的影响结果表明 只 、 、 的影响最为显著当质量分数超过只一。超过只 一。或超过时 工艺性能变差使铸造及拉伸过程中断杆及断线率急剧增高含量取决于电解铜原料含 量取决于上引法连铸的生产工艺过程 材料和器具进行干燥或烘烤 化和吸气 关键词上引法 生产中应选择优质电解铜原料 、 并对一切与铜液接触的原辅 以防止氧同时应对熔化炉 质量分数 保温炉 吸气 、流槽进行覆盖

2、保护和还原处理 无氧铜杆断线率 中图分类号文献标识码文章编号 一一一 ,一 ,一,一 仆场 眺 , ”艾明剧 犷 邓飞 一 主 丫 只一 只 一 匕 。 击皿 几 上引法连铸生产的无氧铜杆系列产品是一种程及产品质量的因素错综复杂需要成千上万个 , 新型的导体用材料它具有纯度高含氧量低抗 拉强度及延伸率高电阻率低导电率高加工性 能良好等优点 短短几年的时间就完全取代了普 通电工用圆铜杆川然而由于上引法连铸的独特 , 、 ,、 、检测数据同时要求有精密完备的检测仪器因 而目前对各元素影响情况的系统分析还很少见 ,、, 、 本文通过将上引法连铸生产工艺过程及产品质量 与对应的无氧铜杆微量元素化验分析

3、结果相对 照发现氧氢硫的影响最为显著通过对氧氢 , , 、 性 使其对原料及工艺过程有着极其严格的要求 , , 如控制不当极易造成工艺过程的不稳定进而影 响无氧铜杆质量川近年来虽有对无氧铜杆季节 性断线的研究川 收稿日期 基金项目 作者简介 , 硫进行系统分析提出了控制杂质元素含量和提 高工艺稳定性及产品质量的措施 但由于影响上引法生产工艺过 于。 国家重点基础研究计划 “” 刘强今男吉林双阳人 计划项目 东北大学博士研究生沈阳化工学院副教授崔建忠价男黑龙江双城人 东北大学教授阵士生导师 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishin

4、g House. All rights reserved. http:/ 材料与冶金学报 的方法获得大于 第 的车屑份 卷 实验部分 成 原材料 生产无氧铜杆用 用钢锯将 , 一左右的细圆柱体试样截 长的试样左右约一 , 个用清水冲 , 洗净 然后用无水乙醇和四氯化碳依次清洗 级电解铜上引法生产的 ,左右并用热风吹干后备用 分析仪器及设备 元素分析采用美国贝尔德直读光谱仪德国 多道 、 直径为及直径为无氧铜杆 实验样品的制备 级电解铜样品的制备 在 , 一射线光谱仪 塞曼原子吸收分光光度计 、 级电解铜表面平均选取 、 点用硬质合 , , ,美国 验机 仔测氧仪 、液压万能实 金刀具钻铣或锯切

5、应防止过热以免氧化取 样 获得大于的细屑将细屑混匀用磁铁 , , 除净加工时可能带人的铁 将除铁后的试样分成实验结 果与分析 表 、 份每份量不小于 ,一份供需方分析用 一份供仲裁分析用 一份留作 一份供供方分析用 , , 为随机抽取的 , , 个无氧铜杆试样的成分 , 、 备用 无氧铜杆样品的制备 分析结果实验表明 在上引法连铸的制品中 分析试样取自直径为无氧铜铸杆和 一 的含量波动较大 其它微量元素的含量较为 稳定在对连续生产 , 年内的个试样进行成 直径为轧杆在普通车床上车制成 , ,分分析 得到相似的结果 左右的细圆柱体用以上级铜样品的制备 表 佣侧 巧 无氧铜杆化学成分质量分数分析

6、别岛一 序号凡 匕生弓吕 当制品中杂质含量达到一定程度时会影响 上引法连铸生产工艺过程及产品质量导致铸造 , , 过程中断杆后续拉伸过程中断线铸轧杆力学性 能下降导电率下降 、 、 、年的生产统计结果表明 , , , 元素的影响最为显著约占 、 如图 ,其它元素的影响很小仅占此外工艺因 素如铸造温度铸造速度 冷却条件及轧制 拉伸 工艺参数等的影响也不容忽视另论 硫的影响 硫对无氧铜生产危害极大它在铜中以 的形式存在其形成反应为 , ,图影响工艺及质量的主要因素 硫对铜的导电性和导热性影响不大但可显 著降低铜在热态和冷态的加工性能铸造时表现 为铸杆易断严重时铸杆根本无法引出使生产无 法进行拉伸时

7、表现为断线即使不断线也会为后 , , 续用户的使用埋下祸根 通过对近年千余个生产实验记录表进行统 、 , 计分析得出 ,含量对生产工艺稳定性断 可见当 ,线率的影响如图超过又一。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/ 第 , 期 , 刘强等氧 、氢、硫含量对上引法连铸工艺过程及产品质量的影响 行高温浸泡和干燥预处理 氧的影响 时 工艺性能变差表现为铸造及拉伸过程中断杆 及断线率急剧增高 厂书 一 抓 高温铜液从空气中吸氧后使无氧铜杆坯的 含氧量超标铜杆变

8、脆延伸率下降拉伸式样断 口显暗红 一, , , , 浮豁街讲 气 户 凡 色结晶组织疏松当 , ,超过火 时工艺性能变差 表现为铸造及拉伸过程中 断杆及断线率急剧增高见图 与铜生成 这是由于氧能 一脆性相形成 , ,共晶体 , , 以网状组织分布在晶界上 这种脆性相硬度高在 冷变形时将与铜基体脱离导致铜杆的机械性能 工自 质量分数八护 下降在后续加工中容易造成断裂现象氧含量高 还能导致无氧铜杆导电率下降 , 一 多每浙褂 ,曾提 出了下列计算公式团铜导电率 一。 ”“ 此外氧含量高还容 ” , 易引起氢病 “所谓 氢病 就是铜材在氢气气氛 , 中退火时产生裂纹或针状气泡其原因是铜中有 质量分数

9、 图 、 氧 在氢气气氛中退火时氢能渗人铜的内部与氧 , 化合形成水蒸气将铜胀裂 七 , 高压水蒸气 , 因此 必须严格控制无氧铜杆 , 含量对工艺稳定性的影响中氧的含量从而控制上引法连铸工艺及产品 二眨 质量 根据上引法连铸的生产工艺特点 在熔炼中 , 无氧铜杆中含量取决于上引法连铸原料 氧的主要来源有大气中的氧 空气中氧即与铜发生反应 测得电解铜中二约为 , 一旦铜液暴露于 , 解铜原料 电解铜中的含量图 , 为无氧铜杆与其电 含量的对比 可见在上引法连铸工艺 能熔于铜液中来源于电解铜本身 实验 一, 过程中其含量无明显变化 铜豆多的电 解铜其氧含量可高出 , 一倍用于保护的木 炭水分较多

10、或者吸气较严重等来源于生产过 一电解铜 一无氧铜杆 ,的妈燕余叫 程中其它的含氧物质如电解铜表面残留的电解 液 电解铜潮湿或表面有油污 、 控制铜杆中氧含量的措施首先必须选用 优质的 今内 级电解铜在生产过程中还必须保证 , 、 , 电解铜干燥清洁防止水油污等有害物质的直接 进入在生产过程中必须杜绝铜液与空气的直 接接触为此必须选用干燥烧透的优质木炭按 要求均匀完全地覆盖在熔化炉的铜液面上选用 , ,、, 合格的石墨片均匀地覆盖在保温炉铜液面上 试样序号 流槽是铜液由熔化炉流人保温炉的必经之路 含量对比 , ,必 图无氧铜杆与其电解铜原料须切断倾倒铜液时铜液与氧气的接触因此要求 通人流槽的工作

11、压力要达到 , 一 ,并能 这样 持续良好地燃烧 电解铜中 豆中 ” 主要沉积于铜表面特别是铜 , ,“ 气另一方面使铜液脱氧 , 一方面煤气能赶走流槽中的空 , 含量最高化验结果表明铜豆中 一 , “”口 起到双重保护作用由于通人流槽的 , 、 是由煤 高达 , 其形成过程取决于冶炼及电解 ”, 气发生炉中木炭不完全燃烧产生的因而必须选 用干燥 烧透的优质木炭以免将水蒸气带人 流槽 ,过程因此在选择电解铜原料时应选择表面无 “绿斑和铜豆的电解铜必要时可对电解铜进”“ 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. A

12、ll rights reserved. http:/ 材料与冶金学报 另外如果铜液保温时间过长 会使其吸氧量 , 第卷 增加为后续生产带来困难图 , ,为铜液含氧量随 保温时间变化的测试结果因此应尽量缩短非生 产的保温时间 一氧含量 几内八 戈 六皿 宁咽纂鸽众 图上引铸造原理图 结晶器在使用前应经干燥处理以保护铜液防止 , 图铜液保温时间与含氧量的关系曲线 别瑰 氢的影响 、 当氢进入铜液后将使上引的无氧铜杆产生气 孔疏松和裂纹实验结果表明当 。又一, 时 工艺性能变差表现为铸造及拉伸 , 过程中断杆及断线率急剧增高 见图 一 皿试创守罗 皿 一 衍 , 铜液吸气 结 芡 论 、 翻月飞 对

13、上引法连铸的生产工艺过程 质量分数超过 一 , , 及产品质量影响最为显著当 又 , 一,超过或超过火一 超过 时 工艺性能变差使铸造及拉伸过程中断杆及断 线率急剧增高 在上引法连铸工艺过程中 变化控制 、 含量无明显 、 氢在铜中的溶解度很大熔融状态的液体铜 每能溶解 ,含量应从电解铜原料人手 、 氢,这比同一温度固体 无氧铜杆中的来源于生产原料 辅 状态铜中氢的溶解度大一倍吸气后熔体中存 在如下的平衡反应一 助材料环境气氛等工艺因素 、 , ,气孔 原辅材料和器具都应进行干燥或烘烤同时应对 一切与铜液接触的 , , 及疏松的产生是在结晶的过程中氢从过饱和的 熔化炉保温炉流槽进行覆盖保护和还

14、原处理 以防止氧化和吸气 熔液中析出并聚集而形成的在结晶前沿析出的 氢又可还原 近似锥形如图 而生成水汽泡由于上引铸造 , 铜液含氧量随保温时间的增加而增加 因此应尽量缩短非生产的保温时间 的特点是铜液自上而下的结晶形成的液穴形状 , , 上引过程相当于抽真空铜液 参考文献 一合一劝 一 一刁勺一厂乙习 结晶前析出的气体在上浮过程中被抽人结晶器 , , 结晶时在铸杆内形成气孔上引的含气量少时析 出的氢存在于晶界处形成疏松含气量多时则 聚集成气孔 两者形成的 , 一、一 丁 、, 一 因此气孔和疏松是氢气和水蒸气 , , ,仁,。 一 氢来源于上引生产过程中的各个工艺环节 陈渝汤菲陈少先无氧铜杆

15、季节性断线的主要原因和解 决的方法电线电缆 一 如原料电解铜潮湿 辅助材料木炭潮湿 、 、气体 。 厂产曰 尸价已乃 王艳无氧铜杆中氧含量的精确测定机械 日 一 曾 含水蒸气石墨结晶器未干燥以及气候环境潮湿 等因此熔化炉中的铜液表面应覆盖厚度为 , 重有色金属材料加工手册编写组重有色金属材料加工 的经烘烤的木炭保温炉铜液表面应 覆盖厚度为 通人干燥的 一的石墨片石墨流槽应 、 手册 第一分册北京冶金工业出版 , 袁鸽成汪沛雨黎作坚 上引铸造无氧铜杆的气孔特征及 其形成机理特种铸造及有色合金一 巧 气体电解铜木炭石墨片 石墨 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/