铜拉丝退火上引讲义上课讲义.docx

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铜拉丝退火上引讲义上课讲义

特变电工（德阳）电缆股份有限公司

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丝

退

火

工

序

讲

义

技术中心

2007年7月18日

铜上引工序

一、铜杆生产方法及性能比较

1、铜杆生产方法

a.传统方法轧制

定义：

将铜锭通过加热炉加热，再经过轧机的轧辊反复轧制延伸成形而最后得到一定规格形状的铜杆。

这种加工方法称为轧制。

特点：

生产效率高，废品废料少，内部质量好。

适于简单截面金属制品的批量生产。

工艺流程：

铜锭—加热—粗轧—中精轧—绕杆—堆装—成品检验

b.连铸连轧生产铜杆

工艺流程：

电解铜—加料—竖炉—上流槽—保温炉—下流槽—浇煲—铸机—夹送辊—剪切机—坯锭预处理—轧机—清洗冷却管道—涂蜡—成圈—包装。

c.

浸涂法

原理：

利用冷铜杆吸热的能力。

用一根较细的冷纯铜芯杆或称种子杆,垂直通过一直能保持一定液位高低的铜水池（坩埚），坩埚内铜水与该移动的种子杆表面铜熔合在一起，并逐步凝固成较粗的铸态铜杆。

特点：

含氧量低（2~18ppm），具有无氧

铜杆的优点，即柔软、工艺性能好、无氢脆、

耐高温、可焊性优良、无氧化颗粒、导电率高、

表面清洁、长度大、晶粒小等特点。

d.上引连铸法

是“多头连铸”生产铜杆方法中较为成功的一种。

最早是芬兰于1970年研制成功，实现了在一台设备上同时装12个头子，年生产能力12000t铜杆。

这种连铸系统不仅能生产铜杆，

还可生产各种有色金属及合金杆棒，甚至生产空芯导线以及各种型材。

工艺原理：

将结晶器下端伸入并浸没在熔化铜液面下，上端与真空泵连通，开始时将结晶器内空气抽出，在真空作用下，使管内产生负压，铜液被徐徐吸引向上，并在引升器附近很快凝固成光亮铸坯，铸杆尺寸决定于结晶器内径。

结晶后的铸杆，通过牵引轮慢慢地将铜杆从结晶器内提升出来，经过弧形拐弯轮至绕杆机收绕成圈。

工艺流程：

电解铜—熔化炉—流槽—保温炉—连铸机—成圈机。

控制部分：

熔化炉铜液由液压系统控制，保温炉内铜液液位用标尺显示，铜液温度由热电偶测温仪表显示，石墨模由跟踪装置使其保持一定的位置。

总之，根据液位的位置，液位跟踪系统控制连铸机上下运动，每一冷却器和石墨模可以单独提起和更换，并不影响其它冷却器，每一根铸杆都有独立的控制器和绕杆机，根据铸杆长度由控制器控制绕杆间歇机构运动。

技术参数：

铜液温度：

1150~1156℃

牵引频率：

200~300次/分

正常铜杆表征：

铜杆表面光亮，手感光滑，无裂纹、冷隔现象，铜杆被环剪一半折断后，断口颜色发白，结晶细小，结构致密。

常见质量问题及处理方法：

见表1。

2、四种铜杆加工工艺对比分析：

见表2。

二、影响无氧铜杆质量因素的探讨

1、原材料的影响

使用不符合质量要求的原材料绝对生产不出高质量的产品来，原材料符合GB/T467-1997阴极铜（牌号为Cu-CATH-1）的技术要求。

杂质：

铋（Bi）和铅（Pb）含量偏高，它们会形成分布在晶界的低熔点的共晶物，导致热脆；硫含量偏高，形成脆性化合物Cu2S，导致冷脆。

2、生产设备的影响

与熔化炉与保温炉的组合形式，即分体炉和连体炉以及熔沟的截面形式有关。

3、结晶器的影响

结晶器内壁管是否清洁光滑、石墨模质量以及结晶器的装配是否符合要求，将直接影响到铜杆质量。

安装结晶器时，石墨结晶器插入铜液的深度，应使保护套长度的1/3露出液面。

插入太浅，使铜杆一次冷却达不到要求，产生裂纹；插入太深，保护套易爆裂。

同时铜液渗入保护套，烧坏结晶器。

4、工艺参数的影响

炉温、冷却水流量和引杆速度是直接影响铸杆质量的三大要素。

一般要求，熔化炉温度为1180±5℃，保温炉温度为1153±3℃，在实际

操作时一般是控制保温炉的温度，由热电偶和控温仪表显示，或由经验判断。

冷却水流量直接影响铸杆的结晶组织和表面裂纹，要根据生产过程中铸杆规

格和引杆速度来调整。

一般要求铸杆规格愈大，水的流量也应愈大。

引杆速度是影响铸杆质量的另一个重要因素。

它必须与铜液温度、冷却强度

相匹配。

如在其它条件一定的情况下，引杆速度越快，结晶越粗大，组织越疏松，

加工性能越不好；引杆速度慢时，易产生裂纹，产量又低。

5、辅材料的影响

主要辅材料是木炭和石墨片。

其作用主要是用来除掉铜液中的氧，保护铜液不受氧化，使引杆在稳定的还原性气氛下进行。

同时木炭和石墨片具有隔离空气和保温作用，避免铜液从空气中吸氧和氢。

但是，木炭受潮后未经烘干而下炉，会使木炭中的氧和氢进入铜液，导致铜杆产生气孔和裂纹。

因此，木炭在下炉之前必须净化烘烤。

石墨片吸水性小，但也有潮气，使用前须低温烘烤，另外，要用磁铁除去石墨片中的铁杂质。

否则会造成铜杆拉丝后电阻率不合格。

三、操作中的注意事项

1、结晶器就位时，不能有上下窜动现象，并保证保护套的1/3露出铜液面。

2、加料必须均匀。

要少加勤加，保持液面的稳定。

3、熔化炉用烘烤过的木炭做覆盖剂，覆盖要严密，避免铜液吸氧和氢。

4、保温炉用石墨片全部覆盖严密。

5、定期清理炉渣。

6、清炉器具最好用不锈钢制作。

铁质器具，清炉前须抹上石墨粉，并烘干后才能使用。

7、严格按照上引作业指导书的要求进行操作。

线材拉丝工序

一、线材拉丝基本原理

1、线材拉丝概念

线材拉丝是指线坯通过模孔，在一定拉力作用下发生塑性变形，使其截面减小而长度增加的压力加工方法。

这种方法称为拉丝。

2、拉丝特点：

1可以得到形状尺寸精确，表面光洁以及断面形状复杂的制品。

2能提高制品的机械强度。

3能拉丝大长度和各种直径的线材。

4拉丝工艺、模具、设备简单，生产效率高。

5拉丝耗能较大，变形体受一定限制，故往往需多次拉丝才能达到目的。

3、实现拉丝过程的条件

为实现拉丝过程，拉丝应力大于变形区金属的变形抗力，同时小于模孔出口端金属的屈服极限，即：

σk＜σl＜σs

式中：

σk——变形区金属的变形抗力

σl——拉丝应力

σs——被拉金属出口端的屈服强度

由于金属拉丝后的屈服极限σs很难精确得到，实际上与金属的抗拉强度极限接近，故实现拉丝过程的条件可写为：

σk＜σl＜σb

4、拉丝原理

拉丝过程中遵循“体积不变”定律。

Vo=V1∵Vo=SoLoV1=S1L1∴SoLo=S1L1

则So/S1=L1/Lo=（do/d1）2=μ

式中：

Vo——拉丝前线材体积

V1——拉丝后线材体积

So——拉丝前线材断面积

S1——拉丝后线材断面积

Lo——拉丝前线材长度

L1——拉丝后线材长度

μ——延伸系数

二、多次拉丝过程

多次拉丝按被拉金属在鼓轮上有无滑动而分为滑动式和非滑动式两种。

1、非滑动式连续拉丝过程

Vn-1=Bn-1Vn=Bn则Vn/Vn-1=Bn/Bn-1=γn（速比）

实际生产中，由于模孔尺寸本身存在上下偏差以及鼓轮的不断磨损，因此延伸系数经常变更，要求各级鼓轮速比随同延伸系数而自动调整跟踪。

2、非滑动式不连续多次拉丝

如我公司一车间的十模铝拉机和八模铝拉机,则为积线式拉丝机。

拉丝过程：

思考：

拨线杆分别在什么情况下随鼓轮正转或反转？

3、滑动式连续多次拉丝

特点：

①线材在拉丝中除最后一个鼓轮外，其余鼓轮上都存在滑动。

②除第一道外，其余各道均存在反拉力。

滑动的必要性：

以第k道（最后一道）和k－1道为例。

在有足够收线张力情况下，第k道鼓轮上通常没有滑动，如果k-1道鼓轮上也没有滑动，则当模孔dk由于磨损而增大时，通过dk道模孔的线材秒体积增加，就会产生供不应求的现象，使反拉力Qk-1急剧增加甚至造成断线。

相反，如果使第k-1道鼓轮上存在一定滑动，则当Qk-1增加至线在k-1道鼓轮上不能滑动时，Vk-1将立即增大至等于Bk-1，从而使k-1道鼓轮的供线量立即增加而避免了拉断的可能。

随后由于供线量有余，Qk-1开始降低，又恢复滑动。

这种滑动、不滑动、再滑动、不滑动的过程实际上是自动和不间断地进行着的。

从而自动调节和保持了两道之间的秒体积平衡并有效地防止了断线现象的发生。

dk-1Vk-1Pk-1Qk-1dkPkVkQk

拉丝力是靠线材与鼓轮间的滑动摩擦产生的，而摩擦力则是靠鼓轮的出线端

至下一道模孔间的金属线的张力即反拉力来保障的。

根据柔体对圆柱表面间摩擦定理（欧拉定理）可知，拉丝力Pn、反拉力Qn、

绕线圈数m、摩擦系数f之间存在一定关系：

Pn=Qne2πmfe——自然对数2.718。

由此可知，绕线圈数的多少对下一道的反拉力影响很大。

绕线圈数越少，下

一道的反拉力越大；绕线圈数越多，下一道的反拉力越小。

当绕线圈数较多时，

滑动对张力的反应迟钝，同时线材在鼓轮上轴向移动困难，容易压迭造成断线。

所以，拉线时要合理确定鼓轮上的绕线圈数。

一般2~3圈为宜。

三、拉线配模

1、对配模的要求

1充分利用金属的塑性，提高生产效率，合理选择拉线机的型式和具体规格。

2按拉线机的生产范围和有关技术数据进行合理配模，保证充分发挥拉线机的效能。

3合理选择配模精度，保证经济安全拉丝，不发生断线拉细现象。

2、配模步骤和方法

滑动式拉线机：

1按线材品种、机械性能和给定的进线出线尺寸，选择滑动式或非滑动式拉线机的机型和具体规格。

2拉丝道次的计算

等延伸系数法：

已知do，dk和延伸系数μ＝常数，则可先求总延伸系数，按下式计算：

μ，＝（do/dk）2然后求拉丝道次k＝lgμ，/lgμ

延伸系数递减法：

k＝lgμ，/lgμm式中μm为各道延伸系数的平均值。

非滑动式拉线机：

根据给定的do和dk以及预定的各道鼓轮间的平均速比rm，先求总延伸系数μ，，再取μm＝1.03rm，然后即可求得拉丝道次k。

3、计算配模尺寸

1滑动式拉线机的配模

按公式μn＝（dn-1/dn）2即dn-1＝μn·dn则可逐道计算出各道d值。

2非滑动积线式的配模

一般先由μ＝1.03r计算出各道μ，然后同滑动式拉线机的配模一样，逐道计算出各道d。

例：

四、拉丝模

1、分类、结构及使用范围

按材质分为硬质合金模、聚晶模、天然钻石模。

2、润滑剂

作用：

润滑、冷却、清洗、防锈。

要求：

a.油基稳定、乳化性好；

b.具有良好的润滑性、消泡性、散热性、易于清洗。

c.能承受拉丝时模具与线材间的高压力，而不破坏油膜。

d.防锈性良好，而又不腐蚀线材本身。

e.无毒、无异常气味。

f.适于多模高速拉丝要求。

g.经拉制后线材表面上残留的润滑剂，当线材再经退火时应极易除去，且不留下有害灰份。

h.材料来源容易、价格便宜。

五、介绍国外无模拉丝新技术

无模拉丝的三种类型：

图a）表示线材在V1速度下由加热装置中拉制的过程。

图b）表示加热装置随线材需加热部分移动。

图c）表示加热器的移动方向和拉丝方向相反。

加热方法有四种：

电阻加热、气体加热、等离子加热和感应加热。

冷却方法采用：

液体法、气体法二氧化碳。

所谓无模拉丝，是对线材加热、拉丝、冷却的整个过程的控制。

线材退火工序

一．退火的目的

铜铝线材经过拉制，由于线材截面缩小，长度增加，金属晶粒细化，晶格畸变、错位而产生内应力，即加工硬化现象。

拉制后提高了强度和硬度，但延伸率及导电率均降低，同时引起电阻系数增大。

制造电线电缆用的导电线芯主要是要求导电率、韧性和强度，因此，根据不同要求确定导电线芯的软、硬状态，以达到产品的技术要求，而软线芯或半硬线芯均要经过韧炼（退火、软化）。

二．退火的定义

退火就是将金属材料或零件