張秉檐

（江鎢新型合金材料有限公司，江西 贛州 341000）

廢雜銅生產(chǎn)銅桿工藝改善研究

張秉檐

（江鎢新型合金材料有限公司，江西 贛州 341000）

針對(duì)廢雜銅生產(chǎn)銅桿的傳統(tǒng)工藝存在資源利用率低、產(chǎn)品生產(chǎn)流程長(zhǎng)、成本高、熱效率低、能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，以Φ8 mm銅桿為研究對(duì)象，對(duì)生產(chǎn)工藝關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究.研究結(jié)果表明：新確定的工藝參數(shù)方案能夠達(dá)到銅桿延伸率不小于41%，抗拉強(qiáng)度大于170 N/mm2，電阻率不大于0.01724 Ω·mm2/m，工藝方案為廢雜銅工業(yè)化批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的銅桿奠定了基礎(chǔ).

廢雜銅；直接利用工藝；Φ8 mm銅桿；抗拉強(qiáng)度

廢雜銅再生利用是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分[1].從廢雜銅到銅線桿傳統(tǒng)的方法要經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟[2]：第1步是廢雜銅的火法精煉，冶煉之后鑄成陽(yáng)極板，進(jìn)入第2步電解，電解過(guò)后產(chǎn)出的陰極銅再進(jìn)入最后一步，將陰極銅重熔制桿，這種傳統(tǒng)工藝存在工藝流程長(zhǎng)、能耗高、效率低等缺點(diǎn)[3].

江鎢新型合金材料公司成立于2008年，一期工程總投資額約9億元人民幣，是國(guó)內(nèi)首家采用再生銅直接利用工藝技術(shù)生產(chǎn)火法精煉高導(dǎo)電低氧光亮銅桿（Cu-FRHC）的企業(yè).公司設(shè)計(jì)年生產(chǎn)規(guī)模為高導(dǎo)電銅桿及銅線40萬(wàn)t，分二期建設(shè)：其中一期工程利用廢紫雜銅年加工12萬(wàn)t銅桿產(chǎn)品及3萬(wàn)t銅線產(chǎn)品；二期工程利用廢紫雜銅年加工18萬(wàn)t銅桿產(chǎn)品及7萬(wàn)t線材及管材等深加工產(chǎn)品.采用的工藝是廢銅的連續(xù)冶煉，從而得到可控雜質(zhì)含量的液態(tài)銅，經(jīng)過(guò)連鑄連軋生產(chǎn)出銅桿.生產(chǎn)方式采用熔煉→連鑄→連軋→銅線桿，一體化連續(xù)生產(chǎn)工藝，較傳統(tǒng)工藝節(jié)能.與國(guó)內(nèi)目前銅冶煉工藝相比，公司生產(chǎn)具有資源利用率高、產(chǎn)品生產(chǎn)流程短、成本低、熱效率高、能耗低、環(huán)境污染少的特點(diǎn).故加大對(duì)該類產(chǎn)品的研發(fā)對(duì)提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義.

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料選取

廢雜銅是廢品和廢料的統(tǒng)稱，其來(lái)自3個(gè)方面：一是有色金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的廢品和廢料；二是各種機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢品和廢料；三是使用過(guò)程中舊的、報(bào)廢的儀器、儀表、工具和機(jī)器設(shè)備等[4].

國(guó)內(nèi)廢雜銅尚沒(méi)有制定較為完善的分類標(biāo)準(zhǔn)，基本上參照國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)，大致把廢雜銅分為三類：

1#廢雜銅：純度在95%-99%以上，主要是由干凈的非合金銅材料所組成，即：銅邊角料，銅圈、干凈銅管或管道、1#銅線和粗導(dǎo)線（不包括被燒焦的和易碎的細(xì)銅線），此類廢料可直接送加工廠使用.

2#廢雜銅：含銅在85%以上，包括干凈的、氧化的、帶皮的銅邊角料、銅圈、整流器部件、較干凈的帶少量焊錫的銅管材，氧化或帶皮銅線（不是被燒焦的銅線）.

3#廢雜銅：除含有上述1#、2#廢雜銅的成分外，還含有大量的含銅鑄件，廢軸承、廢舊馬達(dá)、各種電器設(shè)備、廢舊變壓器等.3#廢雜銅含銅量變化范圍很大，最低含銅量達(dá)20%，最高達(dá)到70%-80%.

為了保證熔煉廢銅液的質(zhì)量，對(duì)所有的廢雜銅進(jìn)行了選擇，并按照來(lái)源特征進(jìn)行預(yù)處理.例如對(duì)光亮廢電線電纜、銅米的技術(shù)要求：

（1）必須光亮，不能有氧化物、塑膠、鐵、錫、鋁等其它雜質(zhì).

（2）光亮廢電線電纜必須打包壓成塊.

本試驗(yàn)材料等級(jí)采用的廢銅品位是在92%左右.在此基礎(chǔ)上后面試驗(yàn)的方向?qū)⒗闷肺桓偷膹U雜銅原料直接制桿來(lái)逐步探索更佳的工藝條件.

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

銅桿組織的好壞直接影響成品性能[5]，為研究成桿工藝對(duì)銅桿結(jié)晶組織的影響，試驗(yàn)時(shí)，采用了兩組不同的成桿工藝參數(shù)，將得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，探索出合適的成桿工藝參數(shù)和最優(yōu)操作流程.具體參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 工業(yè)試驗(yàn)的工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 成桿工藝結(jié)果

不同成桿工藝下的銅桿組織，見(jiàn)圖1.

從圖1可以看出，在成桿過(guò)程采用紫銅內(nèi)套結(jié)晶器，于 0.22～0.25 MPa水壓、110～140 mm/min 鑄造速度條件下得到的第1爐銅桿，其結(jié)晶組織更細(xì)小致密，顯著改善了鑄錠的質(zhì)量，而采用紫銅加石墨內(nèi)套結(jié)晶器，較低水壓，鑄造速度較慢的第2爐銅桿，相比之下其晶粒組織明顯粗大.

2.2 加工工藝結(jié)果

不同成桿工藝條件下銅桿的性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2所示.

從表2可以發(fā)現(xiàn)，隨著加工率的增大，銅桿的抗拉強(qiáng)度逐步提高，延伸率則有一定程度的下降，其成品見(jiàn)圖2.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1 工業(yè)試驗(yàn)銅桿的宏觀組織

表2 工業(yè)試驗(yàn)中銅桿的部分性能測(cè)試表

圖2 工業(yè)試驗(yàn)下Ф8 mm成品銅桿

本試驗(yàn)生產(chǎn)的Φ 8mm低氧光亮銅桿銅含量≥99.95%，氧含量≤200×10-6，電阻率≤0.017241Ω·mm2/m，導(dǎo)電率≥100%IACS，抗拉強(qiáng)度＞345 N/mm2，延伸率＞35%，并通過(guò)了具有國(guó)際信用等級(jí)的SGS檢測(cè).檢測(cè)報(bào)告指出：江鎢新型合金材料公司采用廢紫雜銅直接制桿生產(chǎn)的Φ 8 mm低氧光亮銅桿中未檢測(cè)出鎘、鉛、汞、六價(jià)鉻等有害元素，達(dá)到了國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn).銅桿中有害物質(zhì)鎘、鉛、汞和六價(jià)鉻的含量小于歐盟ROHS指令限量值2×10-6，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均超過(guò)國(guó)家T2標(biāo)準(zhǔn)水平，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平.

金屬在結(jié)晶過(guò)程中，其組織晶粒的大小和表面質(zhì)量與結(jié)晶器的選擇、水壓大小和澆注速度的大小均有一定的關(guān)系[6].由于紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)大于石墨的，在鑄造過(guò)程中，相同冷卻水壓的條件下，采用紫銅內(nèi)套結(jié)晶器，金屬的結(jié)晶潛熱大，單位時(shí)間形核率高，有利于金屬的凝固成型及晶粒細(xì)化；循環(huán)水的二次冷卻作用是為保證熱量主要沿軸向?qū)С?，促進(jìn)軸向凝固，使液穴淺平，故當(dāng)其他條件一樣，水壓高，二次冷卻強(qiáng)度越大，液穴越淺平，鑄錠組織越致密.

晶粒大小除了受結(jié)晶器、水壓影響之外，還要與鑄造速度有關(guān).當(dāng)澆鑄速度慢時(shí)，熔體在結(jié)晶器內(nèi)凝固成型及停留的時(shí)間較長(zhǎng)，在凝固殼下降的過(guò)程中，彎液面熔體的表面張力阻礙了液體向結(jié)晶器的繼續(xù)填充，使液體有一定的被冷凝時(shí)間，熔體和結(jié)晶器間就會(huì)形成一定的空隙并逐漸增大，同時(shí)銅液對(duì)彎液面產(chǎn)生的靜壓力也在逐漸增大，一旦表面張力被克服，熔體就會(huì)再次填充到結(jié)晶器，受激冷易形成冷隔缺陷.提高鑄造速度，可縮短熔體在結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)間，相對(duì)降低了彎液面熔體的表面張力，可有效地降低甚至消除冷隔的形成，從而有效地改善鑄錠的表面質(zhì)量.

4 結(jié) 論

（1）廢雜銅生產(chǎn)銅桿的方式采用熔煉→連鑄→連軋→銅線桿一體化連續(xù)生產(chǎn)工藝.試驗(yàn)表明較傳統(tǒng)工藝節(jié)能.與國(guó)內(nèi)目前銅冶煉工藝相比，該生產(chǎn)工藝具有資源利用率高、產(chǎn)品生產(chǎn)流程短、成本低、熱效率高、能耗低、環(huán)境污染少的特點(diǎn).

（2）在半連續(xù)鑄造過(guò)程中，采用紫銅內(nèi)套結(jié)晶器，冷卻水壓為0.22～0.25 MPa，鑄造速度為110～140 mm/min的條件下，可以成功拉鑄出表面質(zhì)量、化學(xué)成分都達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的銅桿.

（3）試樣經(jīng)內(nèi)部和外部嚴(yán)格檢驗(yàn)結(jié)果表明，銅桿的電阻率、含氧量、尺寸公差、表面質(zhì)量、機(jī)械性能等各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，且其生產(chǎn)成本較低，工作效率高，為工業(yè)化批量生產(chǎn)奠定了條件.

下一步研究方向重點(diǎn)是如何利用品位更低的廢雜銅原料直接制桿[7]，從而最大限度的利用再生資源，嘗試在其中加入新的成分[8]，使產(chǎn)品性能更好，生產(chǎn)成本更低，使資源利用更加平衡.

[1]Sung K,Kang S.Purushothaman Development of Conducting Adhesive Materials for Microelectronic Applications[J].Electronic Materials,1999,28(11):1314-1316.

[2]F M Coughlan,H J Lewis.A Study of Electrically Conductive Adhesives as a Manufacturing Solder Alternative[J].Journal of Electronic Materials,2006,35(5):912-913.

[3]王 沖,朱學(xué)云,熊振坤.我國(guó)廢雜銅的再生利用現(xiàn)狀及展望[J].中國(guó)資源綜合利用,2009,(7):16-20.

[4]張?zhí)戽?陳曉東,唐維學(xué),等.廢雜銅的回收與利用[J].廣東化工,2009,(6):7-11.

[5]陳存中.有色金屬熔煉與鑄錠[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006:102-119.

[6]余永寧.金屬學(xué)原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005:250-270.

[7]趙新生,盧 宏.廢雜銅火法精煉直接生產(chǎn)光亮銅桿的工藝和設(shè)備(續(xù))[J].資源再生,2008,(11):17-22.

[8]瑞 林.FRHC廢雜銅精煉工藝技術(shù)的發(fā)展[J].資源再生,2009,(9):21-25.

Research on Production Technology of Scrap Copper Producing Copper Rod

ZHANG Bing-yan

（Jiangxi Rare Earth and Rare Metal Tungsten Group New Alloy Materials Co.，Ltd,Ganzhou 341000，China）

Scrap copper rod (Φ8 mm)was taken as the research object in this topic,through the research on its production process,seeking an effective technique,which can make the product quality meet the requirements of the standards.Scrap copper rod for the traditional production process with draw backings as resource utilization low,high costs,low thermal efficiency,high energy consumption,serious pollution of the status quo.This paper study results show that:the new program to determine the process parameters to achieve elongation of not less than 41%,tensile strength greater than 170 N/mm2,the resistivity is not more than 0.01724 Ω·mm2/m,industrial mass production for the quality of scrap copper rod and stable foundation.

Scrap copper;the direct use process;Φ8 mm copper rod;Tensile strength

TG146.1

A

1674-9669（2011）04-0012-04

2011-07-12

張秉檐（1955- ），男，高級(jí)工程師,主要研究領(lǐng)域?yàn)橛猩苯鸸に嚺c設(shè)備，E-mail：wumao-5@163.com.