再生銅制桿生產工藝技術及質量分析【電工峰會】

　　再生銅制桿行業發展現狀
　　再生銅制桿行業作為傳統行業，近十年來發展迅速，產能規模由2002年50萬噸發展到2020年470萬噸，增長約10倍;由于政策導向產能相對集中在江西、湖北等地區。
　　2020年11月1日，國家恢復了再生銅原料進口，給再生銅桿深加工產業帶來發展契機。國家制定的再生銅原料標準GB/T 38471-2019，拓寬了原料進口渠道，解決了國內原料供應不足的問題。
　　由于政策導向和逐利資本注入，行業進入快速發展期，但生產技術、管理水平相對滯后,仍停留在以“師傅經驗”為主導的簡單操作生產模式，導致產品質量穩定性差，產品性能指標參差不齊，附加值低，行業處于低水平競爭階段（價格戰）；亟待規范和完善技術工藝、管理體系，應用新工藝、新裝備?？深A測：未來3—5年,再生銅制桿行業將迎來產業迭代升級的發展期。
　　再生銅精煉工藝原理
　　再生銅精煉原理就是利用銅的氧化——還原可逆性，其活潑性低于大多數金屬雜質元素，精煉過程中金屬雜質元素先被氧化，其氧化物密度低于銅液的密度，浮于銅液表面。采用氧化、造渣、扒渣、還原過程，去除大部分雜質元素。
　　氧化:在熔融狀態下通入壓縮空氣，使金屬元素和氧發生反應，生成金屬氧化物。
　　氧化的目的:主要是去除鋅、鉛、錫、鐵、鎳等雜質，通過酸性造渣、堿性造渣的方式除去雜質，提高銅的純度。
　　還原的目的:將氧化階段產生的氧化亞銅還原為單質銅。
　　傳統還原工藝為“插木還原”，此法是將青木插入銅液中，由于青木在銅液中的干餾(C+H2O→H2+CO+CH4)作用，產生氫、一氧化碳及碳氫化合物起到還原作用；
　　新工藝采用天然氣還原，是利用天然氣裂解產生還原性氣體(CH4==2H2+CO)起到還原作用。
　　銅桿連鑄連軋工藝控制
　　連鑄工藝流程如下：精煉后的銅液經流槽流入澆包，銅液通過澆包的澆嘴進入鑄機的結晶輪冷卻結晶形成鑄坯，鑄坯經過軋機連續軋制、清洗還原成光亮銅桿。
　　•主要控制點：銅液溫度、冷卻水流量、鑄機速度、脫模劑厚度、結晶輪溫度、鋼帶溫度、鑄坯溫度、入軋溫度、乳化液溫度和流量、出軋溫度、清洗劑溫度和流量、產品溫度。
　　•異物控制：銅液雜質、結晶輪/鋼帶清潔度、鑄坯毛刺、軋制顆粒物、乳化液、清洗液的理化指標。
　　再生銅制桿的質量分析及優劣判斷
　　1、再生銅桿產品質量現狀
　　•因原料不同、生產工藝、設備相對落后、關鍵技術人才缺乏導致產品質量參差不齊。
　　•主要表現為電性能（體積電阻率）、化學性能（成份）、加工性能（拉絲、退火、損耗）波動大或不達標。優質企業生產的再生銅桿質量接近精銅桿水平（如江鎢的再生銅桿），多數企業的產品與行業標準或國家標準要求差距較大。
　　2、再生銅桿產品質量分析
　　1）化學性能（成份）---波動大或不達標
　　•主要表現在Zn、Pb、Sn、Fe、Ni含量超標或波動大，進而導致Cu含量波動。由于精煉技術落后，選用造渣劑不當，溫度控制不合理，在氧化除雜階段未能有效去除Zn、Sn元素；在還原階段造成Zn、Sn元素回熔現象。
　　•部分企業技術不成熟，為了生產順暢性，在生產過程中添加了Pb，從而導致雜質元素超標。
　　•行業中氧化-還原都使用包覆耐火材料的鐵管為工具，自耗溶入Fe，導致鐵元素超標；在精煉過程中Ni≥100ppm，加入Fe2O3除鎳，因工藝處理不當，也會導致鐵元素超標；
　　2）電性能（體積電阻率）波動大或不達標
　　影響電性能的主要因素：
　　•化學成份波動大或不達標、產品組織結構；如晶粒、銅粉量、氧化膜厚度都會影響電性能；檢測方法、測試環境對檢測結果影響也較大；因為銅桿電阻值（0.3～0.4毫歐）較小。
　　3）加工性能（拉絲、退火、損耗）波動大或不達標
　　•主要表現：拉絲過程的斷線率和損耗率高，成品銅線的退火性不均勻。
　　•導致拉絲易斷線主要因素：銅桿夾雜、氣孔、開裂、含氧或氫過高、雜質微合金化偏析；
　　•導致損耗率高主要因素：銅桿表面毛剌飛皮多、有氧化、不光滑、有棱角（圓整度差）、銅粉量超標、氧化膜過厚；
　　•導致退火性能差主要因素：銅液中氧含量與雜質元素不穩定、不均勻，雜質微合金化偏析，澆鑄時產生偏析；
　　4）機械性能波動大或不達標
　　•主要表現：抗拉強度和伸長率低，扭轉數不達標；扭轉斷頭后殘樣可能表層、深層開裂，會影響到后續的拉絲斷線率。
　　•影響抗拉強度和伸長率、扭轉數：氧含量、晶粒結構、冷卻梯度、鑄造及軋制溫度、檢測方法（行業中加10kg配重；樣件標距250mm、扭轉速度30rpm±10%）；
　　5）外觀質量差、尺寸不達標
　　•外觀質量差、尺寸不達標主要表現：毛剌飛皮多、表面粗糙、有棱角；
　　•影響外觀質量差、尺寸不達標因素：晶粒結構、冷卻梯度、鑄造及軋制溫度、軋輥表面粗糙度、氧化膜厚度、銅粉量。
　　3、再生銅桿質量優劣判斷
　　•參照國標GBT3952-2016《電工用銅線坯》、再生銅行業標準YST 793-2012《電工用火法精煉再生銅線坯》及其他相關標準；
　　解決問題的方法
　　1、精煉工序：應遵循精煉工藝“九字方針”——深氧化、準還原、扒渣凈。通過有效的檢測手段，定量分析雜質元素的種類及含量，正確使用造渣劑，精確控制精煉溫度和氧含量，有效去除有害雜質元素。以下我們的總結：
　　溫度控制是貫穿精煉過程的核心；
　　氧含量控制是精煉過程的基礎；
　　酸性造渣、堿性造渣是精煉過程的方法；
　　氧化－還原是精煉過程的可靈活運用的原理。
　　2、澆鑄工序：嚴格控制澆鑄溫度，純銅熔點1083?C，一般采用30?C~60?C的過熱度作為澆鑄溫度。采用“一緩、二強、三精”的冷卻梯度方法，精準控制結晶溫度曲線，解決了鑄坯夾雜、夾氣和裂紋問題。
　　3、軋制工序：嚴格控制入軋溫度和出軋溫度，通過控制乳化液濃度、流量和溫度，讓軋件維持在合理的軋制溫度，正確控制軋件壓縮比，保證軋制過程中不裂、不堵、不拉；通過控制清洗液濃度、流量和溫度（流量控制原則“前緩、中強、后弱”），解決產品溫度和氧化膜厚度問題。
　　再生銅制桿新工藝分享
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　　1.天然氣還原機理
　　•天然氣還原是利用CH4的還原性與氧化亞銅反應得到單質銅的機理；主要有如下幾個方面的優勢：
　?。?）符合環保理念
　　•傳統工藝采用“青木還原”，改用天然氣還原工藝后，不需要砍伐森林，明顯減少了顆粒物排，踐行了“綠水青山就是金山銀山”的環保理念。
　?。?）節能效果顯著
　　•天然氣熱值高、燃燒效率高。在還原階段，通入銅液的天然氣與Cu2O反應的過程會釋放大量的熱，能起到保持爐內銅液溫度，不需要燃燒裝置持續加熱，節約了燃料的消耗；相對于傳統工藝，具有明顯的節能的效果
　　2.天然氣還原的前置條件
　　•通常天然氣管道壓力在0.2MPa，不適合采用天然氣還原；如果采用天然氣還原工藝，需要增加天然氣增壓設備。
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　　稀土作為工業上的“維生素”，在銅及銅合金中有著顯著的作用；
　　•一是稀土在銅及合金中顯現出明顯的微合金化作用，這主要是指，稀土金屬與銅及其內部的其它雜質形成第二相，并且細化銅及其合金的晶粒組織。
　　•二是稀土能夠明顯的增加合金的再結晶溫度及并提高其軟化溫度。
　　•三是稀土能夠去除銅及合金中的雜質元素，稀土微合金化工藝可以顯著減少異類雜質元素的引入，實現合金凈化，提高合金強度及耐蝕性，保證銅材優良的導熱導電性。
　　再生銅桿生產過程中加入適量的多元稀土合金，能有效平衡氫、氧元素、去除“部分”雜質元素，凈化銅液，細化銅桿晶粒組織，從而提高產品的導電性、可塑性。