CN107537988A - 电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置及铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，包括：熔炼炉；保温炉，第一隔离阀，加料机构，结晶***，牵引机构，收杆机构，真空***和惰性气体充气***。本发明还提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯的铸造工艺。本发明将高纯铜及合金原料在真空环境下熔炼，并在保护气氛条件下进行连续铸造；采用本发明生产的铜合金杆坯中不会引入其他杂质元素，氧含量不大于5ppm，杆坯长度理论上可以无限长；采用本发明生产的电线电缆用特殊高纯铜合金杆坯种类包括各种二元铜合金如铜银合金、铜镁合金、铜锡合金和三元铜铬锆等合金。

Description

电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置及铸造 工艺

技术领域

本发明涉及高纯铜合金杆坯制造领域，特别是涉及一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置及铸造工艺。

背景技术

电线电缆行业中，常见的导体杆坯生产方式包括连铸连轧、上引法和铸锭法等。连铸连轧常用于纯铜杆坯的大批量连续生产，理论上杆坯长度可达无限长，但采用该方法生产的杆坯杂质含量特别是氧元素含量较高，一般为100～500ppm；上引法常用于二元铜合金杆坯的连铸生产，包括铜银、铜镁和铜锡等，理论上采用该方法也可以生产无限长杆坯，但该方法中原料的熔炼和保温等过程均是在耐火炉衬材料的炉膛内进行，在引铸杆坯过程中会引入新的其他杂质元素，从而影响最终杆坯的性能；在电缆行业中，也可采用铸锭法生产特殊电缆用铜合金，该方法在真空环境下熔炼和浇铸，一次铸锭成型后再进行后续加工，采用该方法生产的合金杆坯纯度较高，氧含量也可以控制在10ppm以内，并且不会引入新的其他杂质元素，但单个铸锭经加工后形成单根杆坯的重量只能达到数十公斤，至多也仅一两百公斤，并不能满足特殊电缆用导体坯料长度要求。

申请号201110089776.1的中国发明专利申请说明书中公开了一种上引法生产高纯光亮铜杆的方法。其方法如下：将熔炼所需熔炼铜原料烘干后配好料，加入到熔炼炉中，在起熔铜液上部覆盖100-150毫米厚的煅烧木炭，直到紫铜全部熔化，铜液在流体力作用下，不断流向保温炉；在引锭前将高温铜液沸腾除气，向保温炉中的紫铜液面加入准备好的高纯石墨碳粉，向保温炉的液面50-100毫米处通入高纯氮气；在进行沸腾除气后，覆盖煅烧木炭，盖上炉盖，进行拉铸作业，经过上引法牵引拉铸机拉铸，再经过上引法石墨结晶***4冷却，而得到合格高纯无氧铜杆坯料，绕制在牵引铸锭被动收卷机上；经过八机架冷轧杆机，将高纯无氧高亮铜杆坯料进行多道轧制拉细，经过拉丝机拉成铜杆，经过检验合格后，即制成成品。上述生产高纯光亮铜杆在引铸杆坯过程中会引入新的其他杂质元素，从而影响最终杆坯的性能

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，以克服现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，包括：熔炼炉；保温炉，所述保温炉位于所述熔炼炉下方，且通过第一隔离阀与所述熔炼炉连接；用于将原料加入熔炼炉中的加料机构，所述加料机构通过第二隔离阀与所述熔炼炉连接；用于将熔体凝固成杆坯的结晶***，所述结晶***与所述保温炉连接；将结晶***中已凝固的杆坯连续拉出的牵引机构，所述牵引机构与所述结晶***连接；用于将杆坯卷绕成圈的收杆机构，所述收杆机构与所述牵引机构连接；真空***，所述熔炼炉、所述保温炉、所述加料机构分别与所述真空***连接；惰性气体充气***，所述熔炼炉、所述保温炉、所述加料机构分别与所述惰性气体充气***连接。

优选地，包括取样机构，所述取样机构通过第二隔离阀与熔炼炉连接，所述取样机构与所述真空***连接、所述惰性气体充气***连接。

优选地，所述保温炉上设有液位监测机构，所述液位监测机构、所述加料机构分别与控制器连接。

优选地，所述结晶***的杆坯出口的直径为3～20mm。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯铸造工艺，包括如下步骤：S1、在熔炼炉中按预设比例加入铜原料和合金原料；S2、开启真空***，将所述熔炼炉和所述保温炉抽真空，然后开启熔炼炉对原料加热直至完全熔化；S3、开启惰性气体充气***，向所述熔炼炉和所述保温炉充入高纯度的惰性气体，使所述熔炼炉和所述保温炉处于正压状态；S4、打开第一隔离阀，将熔体从所述熔炼炉中转移至保温炉中；S5、将熔体从保温炉中转移至结晶***中凝固成杆坯；S6、通过牵引机构将结晶***中已凝固的杆坯连续拉出，同时使用收杆机构将杆坯卷绕成圈。优选地，在步骤S2中，待熔体完全熔化后，通过取样机构取出熔体样品进行分析，如果分析后的熔体成分不符合设定要求，通过加料机构向熔炼炉中添加原料调整熔体成分，确保铸造过程中熔体成分、杆坯成分的一致性。

如上所述，本发明涉及的电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置及铸造工艺，具有以下有益效果：本发明将高纯铜及合金原料在真空环境下熔炼，并在保护气氛条件下进行连续铸造；采用本发明生产的铜合金杆坯中不会引入其他杂质元素，氧含量不大于5ppm，杆坯长度理论上可以无限长；采用本发明生产的电线电缆用特殊高纯铜合金杆坯种类包括各种二元铜合金如铜银合金、铜镁合金、铜锡合金和三元铜铬锆等合金；采用本发明生产的大长度高纯铜合金杆坯无需经过杆坯接续或中间加工过程接续，该装置制备的铜合金杆坯可满足特殊电缆用的大长度杆坯要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

元件标号说明

1 熔炼炉

11 第二隔离阀

2 保温炉

21 第一隔离阀

22 液位监测机构

3 加料机构

4 结晶***

5 牵引机构

6 收杆机构

7 真空***

8 惰性气体充气***

9 取样机构

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，包括：熔炼炉1、保温炉2、加料机构3、结晶***4、牵引机构5、收杆机构6、真空***7和惰性气体充气***8。

所述熔炼炉1用于熔炼铜合金和合金原料，直至完全熔化为熔体，所述熔炼炉1采用中频感应加热方式对原料进行熔化，熔炼炉的容量按铜计算为100kg。

所述保温炉2用于加热和保温熔体，保温炉2可采用硅碳棒加热，所述保温炉2位于所述熔炼炉1下方，且通过第一隔离阀21与所述熔炼炉1连接，所述熔炼炉1完全熔化后，打开第一隔离阀21，熔体转移至保温炉2进行保温，保温炉容量按铜计算为200kg。

所述加料机构3用于将原料加入熔炼炉1中，所述加料机构3通过第二隔离阀11与所述熔炼炉1连接，向熔炼炉1中一次加料最大重量100kg；所述加料机构3在加料时，熔炼炉和保温炉之间的插板阀关闭，不影响铜合金杆坯的连铸，从而保证本发明装置可长时间不间断地连续铸造。

所述结晶***4用于将进入的熔体凝固成杆坯，所述结晶***4与所述保温炉2在水平方向连接，最大程度优化操作人员的使用环境。

所述牵引机构5用于将结晶***4中已凝固的杆坯连续拉出，所述牵引机构5与所述结晶***4连接，牵引机构速度可调节，速度范围为0至1000mm/min。

所述收杆机构6用于将杆坯卷绕成圈，所述收杆机构6与所述牵引机构5连接，所述手感机构6应与所述牵引机构5同步。

所述真空***7保证铜及合金原料在熔化过程中处于真空状态，以避免受到大气污染，所述熔炼炉1、所述保温炉2、所述加料机构3分别与所述真空***7连接。

所述惰性气体充气***8可提供高纯惰性气体，如氩气，保证熔体不受大气污染和杆坯铸造过程稳定，所述熔炼炉1、所述保温炉2、所述加料机构3分别与所述惰性气体充气***8连接。

如图1所示，优选地，电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置还包括取样机构9，所述取样机构9通过第二隔离阀11与熔炼炉1连接，所述取样机构9与所述真空***7连接、所述惰性气体充气***8连接。当熔炼炉中的金属熔化时，该取样机构可对熔体进行取样，通过对试样快速分析后，可及时通过添加合金调整熔体成分，从而保证铸造过程中熔体成分的和杆坯成分的一致性。

如图1所示，优选地，所述保温炉2上设有液位监测机构22，所述液位监测机构22、所述加料机构3分别与控制器连接。所述液位监测机构22可为液位传感器，用于监测保温炉2内的液位高度，并将信号反馈到控制器上，当液位高度低于设定值时，再通过加料机构3将原料加进熔炼炉1中，保证铜合金杆坯铸造组织的稳定性。

如图1所示，优选地，所述结晶***4的杆坯出口的直径为3～20mm，例如直径可选用8mm、12mm和16mm。

本发明还提供一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯铸造工艺，包括如下步骤：S1、在熔炼炉1中按预设比例加入铜原料和合金原料；S2、开启真空***7，将所述熔炼炉1和所述保温炉2抽真空，然后开启熔炼炉1对原料加热直至完全熔化；S3、开启惰性气体充气***8，向所述熔炼炉1和所述保温炉2充入高纯度的惰性气体，使所述熔炼炉1和所述保温炉2处于正压状态；S4、打开第一隔离阀21，将熔体从所述熔炼炉1中转移至保温炉2中；S5、将熔体从保温炉2中转移至结晶***4中凝固成杆坯；S6、通过牵引机构5将结晶***4中已凝固的杆坯连续拉出，同时使用收杆机构6将杆坯卷绕成圈。当液位控制***监测到保温炉中熔体已减少至设定液位高度以下时，加料机构向熔炼炉中加入原料，原料熔化后向保温炉中补液，从而实现铜合金杆坯的大长度连续铸造。

优选地，在步骤S2中，待熔体完全熔化后，通过取样机构9取出熔体样品进行分析，如果分析后的熔体成分不符合设定要求，通过加料机构3向熔炼炉1中添加原料调整熔体成分，确保铸造过程中熔体成分、杆坯成分的一致性；如果分析后的熔体成分符合设定要求，则继续进行下一步工序。

以下提供四种本发明的具体实施例：

实施例1：

直径为8mm的高纯铜银合金杆坯水平连铸。将高纯电解铜板和高纯银粒置于熔炼炉1中，开启真空***7，抽真空至10-3Pa后开启电源对熔炼炉1进行加热至熔炼炉中的原料完全熔化；将保温炉2抽真空至10-3Pa，开启电源对保温炉2进行预热，并同时充入高纯氩气至正压状态。然后将熔炼炉1中充入高纯氩气至压力状态与保温炉2一致，开启熔炼炉1与保温炉2之间的第一隔离阀21，将熔炼炉1中的熔体转移至保温炉2中，将保温炉2中加热升温至1150℃时，开启结晶***4和牵引结构5，结晶***4出口直径为8mm，结晶***冷却水流量为500L/h，牵引速度设为120mm/min，同时开启收杆机构6将杆坯卷绕。当液位监测机构22监测液位高度低于设定值时，再将高纯电解铜板和高纯银粒置于加料机构3中，并将加料机构3和熔炼炉1抽真空至10-3Pa，开启加料机构3和熔炼炉1之间的第二隔离阀11，将加料机构3中的原料转移至熔炼炉1中，并关闭第二隔离阀11，然后再开始上述熔炼和铸造过程。通过上述过程，可以连续生产直径为8mm高纯铜银合金杆坯。

实施例2：

直径为12mm的高纯铜镁合金杆坯水平连铸。选用高纯电解铜板和高纯镁锭作为原材料置于熔炼炉1中，开启真空***7，抽真空至10-3Pa后开启电源对熔炼炉1进行加热至熔炼炉中的原料完全熔化；将保温炉2抽真空至10-3Pa，开启电源对保温炉2进行预热，并同时充入高纯氩气至正压状态。然后将熔炼炉1中充入高纯氩气至压力状态与保温炉2一致，开启熔炼炉1与保温炉2之间的第一隔离阀21，将熔炼炉1中的熔体转移至保温炉2中，将保温炉2中加热升温至1120℃时，开启结晶***4和牵引结构5，结晶***4出口直径为12mm，结晶***冷却水流量为800L/h，牵引速度设为120mm/min，同时开启收杆机构6将杆坯卷绕。当液位监测机构22监测液位高度低于设定值时，再将高纯电解铜板和高纯镁锭置于加料机构3中，并将加料机构3和熔炼炉1抽真空至10-3Pa，开启加料机构3和熔炼炉1之间的第二隔离阀11，将加料机构3中的原料转移至熔炼炉1中，并关闭第二隔离阀11，然后再开始上述熔炼和铸造过程。通过上述过程，可以连续生产直径为12mm高纯铜镁合金杆坯。

实施例3：

直径为12mm的高纯铜锡合金杆坯水平连铸。选用一定成分要求的高纯电解铜板和高纯锡锭作为原材料置于熔炼炉1中，开启真空***7，抽真空至10-3Pa后开启电源对熔炼炉1进行加热至熔炼炉中的原料完全熔化；将保温炉2抽真空至10-3Pa，开启电源对保温炉2进行预热，并同时充入高纯氩气至正压状态。然后将熔炼炉1中充入高纯氩气至压力状态与保温炉2一致，开启熔炼炉1与保温炉2之间的第一隔离阀21，将熔炼炉1中的熔体转移至保温炉2中，将保温炉2中加热升温至1120℃时，开启结晶***4和牵引结构5，结晶***4出口直径为12mm，结晶***冷却水流量为800L/h，牵引速度设为120mm/min，同时开启收杆机构6将杆坯卷绕。当液位监测机构22监测液位高度低于设定值时，再将高纯电解铜板和高纯锡锭置于加料机构3中，并将加料机构3和熔炼炉1抽真空至10-3Pa，开启加料机构3和熔炼炉1之间的第二隔离阀11，将加料机构3中的原料转移至熔炼炉1中，并关闭第二隔离阀11，然后再开始上述熔炼和铸造过程。通过上述过程，可以连续生产直径为12mm高纯铜锡合金杆坯。

实施例4：

直径为16mm的高纯铜铬锆合金杆坯水平连铸。选用一定成分要求的高纯电解铜板、铜铬中间合金和铜锆中间合金作为原材料置于熔炼炉1中，开启真空***7，抽真空至10-3Pa后开启电源对熔炼炉1进行加热至熔炼炉中的原料完全熔化；将保温炉2抽真空至10-3Pa，开启电源对保温炉2进行预热，并同时充入高纯氩气至正压状态。然后将熔炼炉1中充入高纯氩气至压力状态与保温炉2一致，开启熔炼炉1与保温炉2之间的第一隔离阀21，将熔炼炉1中的熔体转移至保温炉2中，将保温炉2中加热升温至1180℃时，开启结晶***4和牵引结构5，结晶***4出口直径为12mm，结晶***冷却水流量为1000L/h，牵引速度设为100mm/min，同时开启收杆机构6将杆坯卷绕。当液位监测机构22监测液位高度低于设定值时，再将高纯电解铜板、铜铬中间合金和铜锆中间合金置于加料机构3中，并将加料机构3和熔炼炉1抽真空至10-3Pa，开启加料机构3和熔炼炉1之间的第二隔离阀11，将加料机构3中的原料转移至熔炼炉1中，并关闭第二隔离阀11，然后再开始上述熔炼和铸造过程。通过上述过程，可以连续生产直径为16mm高纯铜铬锆合金杆坯。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，其特征在于，包括：

熔炼炉(1)；

保温炉(2)，所述保温炉(2)位于所述熔炼炉(1)下方，且通过第一隔离阀(21)与所述熔炼炉(1)连接；

用于将原料加入熔炼炉(1)中的加料机构(3)，所述加料机构(3)通过第二隔离阀(11)与所述熔炼炉(1)连接；

用于将熔体凝固成杆坯的结晶***(4)，所述结晶***(4)与所述保温炉(2)连接；

将结晶***(4)中已凝固的杆坯连续拉出的牵引机构(5)，所述牵引机构(5)与所述结晶***(4)连接；

用于将杆坯卷绕成圈的收杆机构(6)，所述收杆机构(6)与所述牵引机构(5)连接；

真空***(7)，所述熔炼炉(1)、所述保温炉(2)、所述加料机构(3)分别与所述真空***(7)连接；

惰性气体充气***(8)，所述熔炼炉(1)、所述保温炉(2)、所述加料机构(3)分别与所述惰性气体充气***(8)连接。

2.根据权利要求1所述的电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，其特征在于：包括取样机构(9)，所述取样机构(9)通过第二隔离阀(11)与熔炼炉(1)连接，所述取样机构(9)与所述真空***(7)连接、所述惰性气体充气***(8)连接。

3.根据权利要求1所述的电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，其特征在于：所述保温炉(2)上设有液位监测机构(22)，所述液位监测机构(22)、所述加料机构(3)分别与控制器连接。

4.根据权利要求1所述的电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，其特征在于：所述结晶***(4)的杆坯出口的直径为3～20mm。

5.一种电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯铸造工艺，利用权利要求1至4中任一项所述的电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯水平连续铸造装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在熔炼炉(1)中按预设比例加入铜原料和合金原料；

S2、开启真空***(7)，将所述熔炼炉(1)和所述保温炉(2)抽真空，然后开启熔炼炉(1)对原料加热直至完全熔化；

S3、开启惰性气体充气***(8)，向所述熔炼炉(1)和所述保温炉(2)充入高纯度的惰性气体，使所述熔炼炉(1)和所述保温炉(2)处于正压状态；

S4、打开第一隔离阀(21)，将熔体从所述熔炼炉(1)中转移至保温炉(2)中；

S5、将熔体从保温炉(2)中转移至结晶***(4)中凝固成杆坯；

S6、通过牵引机构(5)将结晶***(4)中已凝固的杆坯连续拉出，同时使用收杆机构(6)将杆坯卷绕成圈。

6.根据权利要求5所述的电线电缆用大长度高纯铜合金杆坯铸造工艺，其特征在于：在步骤S2中，待熔体完全熔化后，通过取样机构(9)取出熔体样品进行分析，如果分析后的熔体成分不符合设定要求，通过加料机构(3)向熔炼炉(1)中添加原料调整熔体成分，确保铸造过程中熔体成分、杆坯成分的一致性。