上引法連鑄的工藝與設(shè)備1.doc

上引法連鑄的工藝與設(shè)備關(guān)鍵詞 上引法連鑄 感應(yīng)爐 連鑄機 結(jié)晶器 異型銅材摘要 摘要 本文介紹了上引法連鑄機的工藝特點及裝備，為進(jìn)一步開拓市場，增強國產(chǎn)上引法設(shè)備在國際貿(mào)易中的競爭力，不斷改進(jìn)上引法的工藝裝備是十分必要的。同時，此舉也可以進(jìn)一步開拓上引法在其它工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。一、概述隨著電氣工業(yè)的蓬勃發(fā)展，對電線電纜制品的質(zhì)量要求也隨之提高，需要使用更多的雜質(zhì)含量少，含氧量低的高純銅，高純銅的特點在于高導(dǎo)電率、高密度、極優(yōu)的塑性和良好的抗疲勞強度。目前世界上普遍采用的生產(chǎn)高純銅的方法有銅的連鑄連軋法（Continuous Casting and Rolling）、浸涂法（Dipforming）和上引法（UP-Casting）。上引法與連鑄連軋和浸涂法相比，其特點是： 1. 由于拉軋工藝與鑄造工藝不是連續(xù)的，拉軋是在常溫下進(jìn)行的，不需氣體保護(hù)，銅材也不會被氧化。因此設(shè)備投資小，廠房布置也靈活。 2. 單機產(chǎn)量變化范圍大，年產(chǎn)量可以從幾百噸到幾萬噸，可供不同規(guī)模的廠家選用不同型號的上引機組。此外，由于連鑄機是多頭的，可以很容易地通過改變鑄造規(guī)格（鑄桿直徑），來改變單位時間的生產(chǎn)量，因此其產(chǎn)量可視原材料的供應(yīng)情況和產(chǎn)品的需求情況來決定，便于組織生產(chǎn)，節(jié)約能源。 3. 只需更換結(jié)晶器和改變石墨模的形狀，即可生產(chǎn)銅管，銅排等異型銅材，并可在同一機器上生產(chǎn)不同規(guī)格、品種的銅材，靈活機動，這可說是上引法的最大特點了。 4. 如果采用分體爐，即熔化和保溫在二個感應(yīng)爐中進(jìn)行，則就比較容易實現(xiàn)用上引法生產(chǎn)合金銅材。二、工藝原理上引法連鑄銅桿的基本特點是無氧，即氧含量在10ppm以下，在電解銅熔化，銅液轉(zhuǎn)移，結(jié)晶成型的整個工藝過程中，采用木碳還源和鱗片石墨覆蓋、隔氧等措施。氧在熔融銅液中是以氧化銅（CuO）和氧化亞銅（CuO2）的形式存在的，木碳（C）在高溫下與其作用，可以脫氧，使其氧含量小于10ppm，反應(yīng)方程式如下： CuO+CuO2+CCu+CuO+CO2Cu+CO2在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的CO保護(hù)氣氛和鱗片石墨的隔氧作用，使銅液在熔化腔向保溫腔的轉(zhuǎn)移及結(jié)晶過程中，銅液不再被氧化。三、設(shè)備簡介電解銅經(jīng)剪切（或整塊），用人工（或機械）加入工頻感應(yīng)熔化爐（或連體爐的熔化部分），熔化是在木碳覆蓋保護(hù)下進(jìn)行的，熔融的銅液經(jīng)過一段時間的靜止還原脫氧并達(dá)到一定的溫度后，通過有CO氣體保護(hù)的流槽（或連體爐的溢流口）經(jīng)過渡腔（銅液在此進(jìn)一步還原脫氧、清除渣質(zhì)），進(jìn)而平穩(wěn)地流入保溫爐（或連體爐的保溫腔），銅液的溫度由熱電偶測量，溫度值由儀表顯示。爐子輸入功率可以根據(jù)設(shè)定的溫度自動調(diào)節(jié)，也可根據(jù)銅液的實際溫度電動調(diào)節(jié)，以控制銅液的溫度在一定的范圍內(nèi)。連鑄機固定于保溫爐的上方，有6頭、8頭、多至20多頭等多種形式，分兩排各自固定在連鑄機的兩側(cè)，每根鑄桿有上、下兩對輥輪間歇向上牽引、輥輪由一臺（或多臺）直流電動機（或步進(jìn)電機或伺服電機）驅(qū)動，每根結(jié)晶器可單獨裝拆而不影響其他結(jié)晶器的正常工作。根據(jù)保溫爐內(nèi)銅液液位的高低，連鑄機可上、下自行運動，以保證結(jié)晶器和保溫爐內(nèi)銅液液位相對位置恒定。每根鑄桿都有一控制器和撓桿機，鑄桿經(jīng)導(dǎo)輪裝置從連鑄機引到控制器和撓桿成圈，成圈完畢后把鑄桿剪斷，并把成圈鑄桿吊運走，供下道工序加工。四、新型上引連鑄設(shè)備的特點上海電纜研究所從1978年研究試制上引法至今已有25個年頭了，上引法的爐、連鑄機和撓桿機在這25年中都有了很多改進(jìn)，以進(jìn)一步開拓市場，增強國產(chǎn)上引法在國際貿(mào)易中的競爭力。 1. 工頻感應(yīng)電爐是連鑄機的基本設(shè)備要生產(chǎn)高質(zhì)量的無氧銅桿，首先要提供高質(zhì)量的無氧銅熔液，工頻有芯感應(yīng)爐可以滿足這個要求。新型的上引法用工頻感應(yīng)電爐有以下幾個特點： 把熔化爐膛設(shè)計成長方形，可以整塊電解銅加料而不增加爐膛的散熱面積。 用連體爐取代了分體爐，不但可以減少銅液在從熔化爐到保溫爐轉(zhuǎn)移過程中的氧化和溫度及液位的波動，而且省掉了分體爐必須的煤氣發(fā)生爐，從而減少了投資和運行成本。 在熔化腔和保溫腔之間增設(shè)一個過渡腔，銅液從熔化腔經(jīng)過渡腔流入保溫腔時避免直接流入，這不僅有利于溫度和液位的平穩(wěn)，而且在過渡腔內(nèi)使銅液得到更充分的還原，同時可以比較容易在過渡腔內(nèi)清除渣質(zhì)。有了過渡腔以后，使銅液的溫度穩(wěn)定均勻，液位平穩(wěn)，銅液清潔，從而使銅桿質(zhì)量穩(wěn)定。 采用不等截面熔溝，使銅液在熔溝內(nèi)形成定向高速流動，有充分的熱交換，使各種高熔點的氧化渣及已蝕損的石英砂隨液流流出熔溝。加速熔銅內(nèi)銅液的流動，這不僅可以縮短熔煉時間，提高電爐生產(chǎn)能力，而且降低了熔溝內(nèi)的溫度，避免熔渣堵塞，從而提高爐子的工作壽命。 在一般情況下，爐體的壽命是感應(yīng)體壽命的25倍，而且熔化爐和保溫爐的感應(yīng)體壽命也不一樣，因此設(shè)計可拆卸式感應(yīng)體是合理的，也是必須的。這樣可以在某一感應(yīng)體發(fā)生故障時，不需要拆除整個爐子，而只需拆下?lián)p壞的感應(yīng)體重筑，從而節(jié)省停爐時間和生產(chǎn)投入。 2. 連鑄機是上引法的關(guān)鍵設(shè)備 上引連鑄是間歇向上牽引實現(xiàn)的，間歇牽引每次動作的升程的節(jié)距。間歇牽引的開停比例，牽引頻率和節(jié)距都會影響鑄桿的質(zhì)量。從上引法誕生至今，連鑄機的牽引部分經(jīng)歷了三個階段：第一階段是機械牽引系統(tǒng)，超越離合器、棘輪棘爪、螺桿步進(jìn)機構(gòu)和凸輪步進(jìn)機構(gòu)都屬于這一類，這種牽引機構(gòu)維修方便，造價便宜，它的最大缺點是易磨損、打滑，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外引桿速度低，節(jié)距調(diào)節(jié)困難等等。目前新型的連鑄機已不采用這種機構(gòu)。第二階段是步進(jìn)電機牽引系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是為了克服機械牽引系統(tǒng)的缺點而研究出來的，不易打滑，牽引力矩大，有利于鑄桿質(zhì)量的提高，但引桿速度不快，常用于大直徑（14mm以上）鑄桿的牽引系統(tǒng)。第三階段是伺服電機牽引系統(tǒng)：近年來8mm小直徑鑄桿的上引機很受青睞，可以省去冷軋機或巨拉機，降低生產(chǎn)成本30以上。8mm鑄桿的截面積僅為14mm鑄桿截面積的1/3，為了保持同樣頭數(shù)的上引機的產(chǎn)量，必須要提高上引速度，間歇牽引的開停動作達(dá)每分鐘600次左右，機械牽引和步進(jìn)電機牽引都很難達(dá)到，于是產(chǎn)生了伺服電機牽引系統(tǒng)，不僅滿足了高頻率的間歇牽引，節(jié)距可根據(jù)不同鑄桿直徑任意調(diào)節(jié)，而且不會打滑，運行穩(wěn)定。 結(jié)晶器是連鑄機的重要部件，對鑄桿的質(zhì)量和上引速度起決定性的作用，尤其是一次冷卻區(qū)的結(jié)構(gòu)、材料的選用和加工精度，卻直接影響到熱傳導(dǎo)的效果和結(jié)晶速度，結(jié)晶器二次冷卻區(qū)的銅管內(nèi)壁與鑄桿間的間隙大小對鑄桿冷卻效果也有很大的影響。鑄桿與銅管內(nèi)壁間是一個近乎真空的氣隙，其熱阻為1/k 1/k=1/（d2/d1） ：為氣隙的放熱系數(shù)是一常數(shù) d2：為銅管內(nèi)壁之直徑 d1：為鑄桿的直徑因此為達(dá)到冷卻效果，合理選擇內(nèi)套管的直徑是很重要的，而且鑄桿直徑越小，其氣隙應(yīng)更少。在使用過程中，結(jié)晶器內(nèi)管的外側(cè)和隔套的內(nèi)側(cè)，常會結(jié)水垢，每厚1毫米的水垢相當(dāng)于30毫米厚的鋼板的熱阻，可見水垢對冷卻效果的影響有多大！為了保證引桿的速度和質(zhì)量，對冷卻水的要求絕不能輕視。 3. 電控系統(tǒng)上引法連鑄的工藝過程簡單是它的特點之一，但是對工藝操作的要求卻非常嚴(yán)格，銅液的溫度、液位的高低結(jié)晶器插入銅液的溫度，牽引的節(jié)距、頻率以及冷卻水的壓力、流量和溫度等都必須控制在一定的范圍內(nèi)，以往常常憑經(jīng)驗，由人工操作、控制，這難免會產(chǎn)生差錯，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。新型的上引連鑄機組有一套比較完善的控制和報警系統(tǒng)，例如銅液溫度的自動控制和極限高溫與極限低溫的報警，液位自動跟蹤和高位與低位的報警及緊急停車，冷卻水壓的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，此外，牽引的伺服電機控制由PLC系統(tǒng)來完成并配備彩屏顯示和打印裝置，可以把即時的運行參數(shù)顯示出來并能定時打印，這不但省去了抄表記錄繁瑣的工作，而且避免了差錯，這不僅有利于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量還便于生產(chǎn)管理。五、上引連鑄技術(shù)的發(fā)展前景及延伸產(chǎn)品在本文的概述部分，已經(jīng)闡述了與連鑄連軋和浸涂法相比，上引法的最大特點是其產(chǎn)品的多樣性-可以生產(chǎn)異型銅材。用上引法生產(chǎn)異型銅材是近幾年來才發(fā)展起來的，到目前為止，我們已經(jīng)可以用上引法生產(chǎn)外圓