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熔化的電解銅經(jīng)過熱軋或冷軋而制成的銅桿材。熱加工在金屬學(xué)中,把高于金屬再結(jié)晶溫度的加工叫熱加工。熱加工可分為金屬鑄造、熱軋、鍛造、焊接和金屬熱處理等工藝。有時也將熱切割、熱噴涂等工藝包括在內(nèi)。熱加工能使金屬零件在成形的同時改善它的組織，或者使已成形的零件改變結(jié)晶狀態(tài)以改善零件的機(jī)械性能。鑄造、焊接是將金屬熔化再凝固成型。銅桿的價格由當(dāng)天的銅價來換算為主。

·銅桿的用途

銅桿是電線電纜生產(chǎn)的主要原材料，同時銅桿也是擠壓銅排和擠壓銅扁線的原材料。

·傳統(tǒng)銅桿加工工藝

傳統(tǒng)制造電線電纜用銅桿是由品位在99.95%及以上的電解銅鑄成韌點銅(ETP銅)線錠，再經(jīng)熱軋而成。

傳統(tǒng)韌點銅線錠生產(chǎn)工藝

工藝過程:反射爐熔化一氧化扒渣一插木還原一鑄錠。

① 熔化

在反射爐中進(jìn)行，爐料除電解銅外可摻入少量廢線。裝爐容量10~300t。燃料為:煤氣、天然氣或燃油。熔煉及澆注周期如 50t 爐，約 17h。

② 氧化扒渣

爐料熔化后，將壓縮空氣吹入銅液進(jìn)行氧化。通過吹氣氧化，銅液中的硫及微量的砷和銻等雜質(zhì)成為揮發(fā)性氧化氣體，被爐氣帶走;其它雜質(zhì)的氧化物和一定量的氧化亞銅(Cu0)成為渣，浮在銅液表面而被扒出爐外。在整個氧化過程中，渣被陸續(xù)扒出去，直至銅液面不再浮起稠渣而形成一層Cu0 液層為止。此時可認(rèn)為氧化完畢。

氧化完畢，取銅樣觀察不再有由析出二氧化硫而生成的小氣泡，銅樣呈脆性，擊斷斷面呈磚紅色，結(jié)晶粗松無光澤。此時，熔解在銅液中的氧化銅(Cu0)達(dá)6%~10%。

在氧化過程中，銅液熔解Cu0的數(shù)量與溫度有關(guān)，溫度越高則熔解越多，故氧化時溫度不宜過高，一般控制在1070 ~ 1090℃。

⑧ 插木還原

把銅液池中的殘渣扒凈，用干木炭覆蓋銅液面，在銅液中插入新鮮的青木桿，進(jìn)行插木還原。

青木桿在銅液池的高溫下干餾，放出比H2O、CO2、H2及其它碳水化合物等氣體，強(qiáng)烈攪動銅液。這種還原氣體逐步將氧化銅(Cu20)還原成金屬銅。另外,插木還原還能將銅液中的氧去除,使韌點銅(ETP)變成無氧銅(HCOF)。

在還原進(jìn)行中,不斷取樣觀察，當(dāng)還原足夠時,銅樣很難擊斷,新口呈玫瑰紅色，結(jié)晶細(xì)密，發(fā)射狀晶體面上有絲質(zhì)光澤。銅在此時達(dá)到韌點，故稱韌點銅。

韌點銅含氧量約為300~500ppm。

在插木還原時，要保持適當(dāng)?shù)牡蜏?，以縮短還原時間。插木還原過頭時，由于銅液中熔解了過量的還原性氣體H2及C0，在凝固時大量析出，致使?jié)沧⒊龅你~線錠除導(dǎo)電率下降、性質(zhì)變脆外，還含大量氣孔，甚至線錠表面會變成“開花饅頭”一樣，難以使用。

④ 鑄錠

在鑄韌點銅線錠生產(chǎn)中，銅錠表面會形成10~12mm 厚的富氧層和氣泡層，這層脆弱疏松的富氧一氣泡層在線錠扎桿時，會被軋薄包在銅桿表面，小部分會夾入銅桿內(nèi)。用這種桿拉出的線表面不光、容易起皮、脆斷，很難拉出細(xì)線。這就是用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)銅桿的局限性。

富氧一氣泡層的厚度與澆注溫度有關(guān)，澆注溫度越高，氣泡層越厚。在實際生產(chǎn)中，澆包口銅液的溫度最好控制在1100~ 1120℃范圍。

此外，在Cu/Cu20共晶體界面上有較大的Cu20共晶體顆粒存在(約100μm),這對拉細(xì)線極為不利,這種顆粒通過銅錠刨面、銅桿剝皮等措施也難以去除。

傳統(tǒng)銅桿軋制工藝

在軋制提供前，銅線錠先經(jīng)過熱爐加熱到約900℃，而后喂入回線式軋機(jī)，經(jīng)粗、中、精三段熱軋和14個孔型軋成Ф7.2mm黑銅桿。再經(jīng)酸洗后冷拉成線。由于韌點銅線錠的缺陷，使回線式軋制桿難免有邊翅、卷包及氧化皮夾入等。傳統(tǒng)高導(dǎo)電無氧銅錠生產(chǎn)工藝含氧量300~500ppm，含銅量99.95%以上的銅液，經(jīng)過“去氧器”(一個由耐火材料填襯的，裝滿高質(zhì)木炭的特殊閉合容器)脫氧，也可以制成高導(dǎo)電無氧銅，其為:把銅液在1150℃時，通過木炭覆蓋的流槽，連續(xù)流過“去氧器”脫氧，銅水注入“去氧器”內(nèi)的木炭表面，除去所含殘余氧分:C+Cu20、2Cu+C0、C0+Cu20、2C u + CO

銅水從“去氧器”流出時，氧可完全脫出。脫氧銅水通過流槽流入密閉的保溫爐,流槽和保溫爐都被特制的保護(hù)氣體所充滿,保護(hù)氣體成分為:C027%、C020.5%、其余為N。保護(hù)氣體不應(yīng)含H和 H0 或其它碳水化合物。

·現(xiàn)代 ETP 銅桿的連續(xù)生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的銅桿，其含氧量一般在300~500ppm之間,且這部分氧除分布在90%的鑄錠截面外，其余10%鑄錠截面(鑄錠上表面,厚度 10~ 12mm的富氧層)也吸收同樣多的氧分。所以，傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的銅錠，除非刨面才能軋成含氧量300~500ppm的銅桿

現(xiàn)代連熔連鑄連軋新工藝生產(chǎn)即ETP銅桿的特點是:連續(xù)式地傾斜或垂直(上引)澆注，鑄錠不會產(chǎn)生富氧層和集結(jié)氣泡層。這樣連續(xù)生產(chǎn)出來的仍應(yīng)該是ETP銅桿(含量為250~500ppm)，(稱低氧銅桿是錯誤的)，其電性能和物理機(jī)械特性幾乎和無氧銅(含氧量20ppm以下)不相上下。

實際上，國際上不論采用新法或舊法，都不制作“低氧銅桿”(含氧量100~250ppm)。因為，即使用99.95%以上的一級電解銅原材料，還原到含氧量100~250ppm時，如不在保護(hù)氣氛下，仍將吸收大量H2造成氣泡嚴(yán)重，導(dǎo)電率下降的鑄錠。

電解銅豎爐熔化

在連鑄連軋銅桿的生產(chǎn)系統(tǒng)中，為解決連續(xù)熔銅的方法，世界各國都采用豎爐熔銅設(shè)備(取消了反射爐氧化還原的操作方法)。在豎爐內(nèi)用無(脫)硫的天然氣或石油液化氣采取直接噴射熔化工藝，熱效率可提高65%，減少了外來雜質(zhì)的污染，縮短了開爐時間(冷爐約30分鐘，熱爐5分鐘)且爐內(nèi)不存銅液，停爐可在1分鐘內(nèi)實現(xiàn)。

電解銅或廢銅料(含銅99.9%以上)由加料設(shè)備提升傾入加料口，銅料被加熱熔化沿豎爐內(nèi)斜坡滑下，再由靠近爐底部的幾排燃燒噴嘴噴出的燃燒氣體上升加熱銅料，自動控制燃料、空氣比例，以保持爐內(nèi)微還原氣氛

由于爐內(nèi)只熔化，不精煉，因此，要求燃料無硫或含硫很低。

銅液從熔化爐到鑄錠機(jī)的流轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括:豎爐出來-封閉的流槽-分渣槽-至前爐流槽-前爐-流槽(含氧量控制)-分渣槽(含氧量控制)-澆包-鑄機(jī)。

各流槽要盡量封閉，以防止嚴(yán)重吸氧和降溫,并防止雜質(zhì)進(jìn)入。開車時若發(fā)現(xiàn)銅液含氧量偏高，可在兩個分渣槽及澆包的銅液面上覆蓋干木炭，并調(diào)整燒嘴以得到更為還原性的氣氛(沿流轉(zhuǎn)系統(tǒng)一般要裝15~20個加溫?zé)?開車正常時,大部分燒嘴關(guān)閉)。銅液在熔化及流轉(zhuǎn)中的質(zhì)量控制:

① 銅液含氧量的控制

影響銅液含氧量的主要原因:

a.裝料配比情況(錠頭和回料等回爐料一般不會影響含氧);b.豎爐中銅料通順情況(爐料在爐內(nèi)“搭橋”會增加含氧);c.燒嘴氣氛調(diào)節(jié)情況(調(diào)節(jié)燒嘴內(nèi)空氣和燃料的適當(dāng)比例);d銅液在流轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的情況(ETP銅桿含量要求在250~500ppm，從豎爐熔化出來的銅液含量控制在100~200ppm為宜。這樣在流轉(zhuǎn)中逐步吸入氧氣，最終不超過500ppm

銅液含硫量的控制

銅液含硫量和陰極銅板含硫相同。實際上，陰極銅板上的硫在熔化時已燒去，故銅液含硫極少，不會影響質(zhì)量。(應(yīng)注意去除陰極銅板上的“銅豆”)

銅液含氫量控制

對于給定的含氧量和一定熔化溫度，最低含氫量(含氣量)可用調(diào)節(jié)燒嘴和控制流轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。一般情況，開車時，由于錠條含氧量超過500pp、總有部分錠條被切下回爐，這時要調(diào)節(jié)嘴火焰氣氛，并在兩個分清槽上蓋干本炭，通常，切下下一錠條后，就可以把成分調(diào)節(jié)好。

連鑄連軋 ETP 銅桿的特性

① 鑄連軋ETP銅桿的含氧量與傳統(tǒng)ETP銅桿的含量差不多，都在250~500ppm。但傳統(tǒng)錠子的富氧層占銅錠全部氧份的一半(這就是傳統(tǒng)銅桿質(zhì)量不良的主要根源)，面連鑄連ETP銅桿不含富氧層，這是新工藝突出的優(yōu)點

②ETP銅桿連續(xù)生產(chǎn)工藝中，電解銅是在中性或微氧氣氛中快速熔化的，由于不需插木還原工序，所以排除了銅液大量充氣，且澆注溫度可降低到1110~1130℃的低水平，使銅液的吸氧量進(jìn)一步降低。加之鑄錠凝固迅速和連續(xù)澆注等特點，既不會使鑄錠含有大量氣泡，更不會使氣泡集結(jié)在一起，這避免了鑄錠組織疏松。

在鑄錠兩上角邊緣，可能會出現(xiàn)少量微細(xì)氣泡和其它輕微缺陷，可用連鑄刨角工藝去除。

③傳統(tǒng)生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)ETP銅桿中都有大顆粒C0存在，但后者比前者少得多和小得多。后者最大顆粒為4~5um，超過1.7μm的只占1%;而前者最大顆粒為8μm，超過1.70的只占8%。大顆粒中含氧量占銅桿含氧量的70%。大顆粒C20含量高是拉線斷線的最大危害。

④連鑄連軋 ETP 銅桿的生產(chǎn)全過程有利于嚴(yán)格的質(zhì)量控制和在線控制。

⑤含銅量99.95~99.96%的ETP銅桿的導(dǎo)電率可達(dá)101.3%IACS左右，但無氧銅桿(HCOF銅桿)要達(dá)到同樣導(dǎo)電率需要用較高一級品位(99.97~99.98% 銅含量)的電解銅制作。