机电D101杨波论文.docx
《机电D101杨波论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电D101杨波论文.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机电D101杨波论文
新疆交通职业技术学院
机电专业毕业论文（设计）
毕业设计（论文）
题目:
浅谈特变线缆厂铜杆冶炼
班级：
机电D101班
姓名：
杨波
专业：
机电一体化
学号：
201025030118
指导教师：
陈建萍
2013年3月20日
目录
第一章绪论3
1.1特变电工股份有限公司新疆线缆厂的背景和发展3
1.2铜杆的用途和分类4
1.3铜杆的冶炼概述6
第二章铜杆冶炼的主要设备与日常维护6
2.1铜杆冶炼的主要设备6
2.2铜杆冶炼设备的主要参数7
2.3铜杆冶炼设备的日常维护8
第三章铜杆冶炼的基本原理与工艺流程9
3.1铜杆冶炼的方法与基本原理9
3.2铜杆冶炼的工艺流程11
第四章冶炼铜杆的常见缺陷与改进措施13
4.1冶炼铜杆的常见缺陷13
4.2冶炼铜杆的改进措施14
结论17
致谢18
参考文献19
浅谈特变线缆厂铜杆冶炼
【摘要】：
从20世纪90年代开始，我国电线电缆行业迅速发展，铜线杆的需求急剧增长，缺口大部分从国外进口。
随着电磁线、通讯电缆及其他特种用途电线电缆的迅速发展，多线多模高速拉丝机的出现，对铜杆的要求越来越高，小规格铸坯生产的铜杆越来越不能满足要求。
随着炼铜行业的迅猛发展，研究铜杆的冶炼的工艺规程与铜杆的炼制具有很强的现实意义。
本文以生产直径8.0毫米无氧铜杆的冶炼为例，对冶炼铜杆的主要组成设备及主要参数进行介绍，对铜杆冶炼的工艺规程、缺陷与改进措施进行论述，为其机械加工提供前提和依据。
【关键词】无氧杆上牵引杆设备使用和维护电解铜
第一章绪论
1.1特变电工股份有限公司新疆线缆厂的背景和发展
从20世纪90年代开始，我国电线电缆行业迅速发展，铜线杆的需求急剧增长，缺口大部分从国外进口。
随着电磁线、通讯电缆及其他特种用途电线电缆的迅速发展，多线多模高速拉丝机的出现，对铜杆的要求越来越高，小规格铸坯生产的铜杆越来越不能满足要求。
特变电工股份有限公司新疆线缆厂始建于1958年,是原国家机械电子工业部在新疆唯一的电线电缆生产厂家，是西部地区最大的电线电缆生产和出口企业，是新疆地区电线电缆检测中心，目前企业拥有从意大利、德国、瑞士等国家引进的全套电线电缆生产、检测、试验设备。
企业主要产品有电力电缆、控制电缆等，其中铜杆是其主要产品之一，销往国内、外多个国家和地区。
特变电工新疆线缆厂在未来的发展中,将继续实施制度创新,做强、做精线缆产业，全面与世界经济融合，实现经济发展新跨越。
1.2铜杆的用途和分类
1、铜杆的用途
我厂铜杆的主要两个用途
（1）挤压铜排的原料。
铜排生产企业用。
（2）挤压铜扁线的原材料，变压器行业用。
2、铜杆的分类
铜杆分有氧和无氧铜杆。
生产铜杆的阴极铜的含氧量一般在10—50ppm，在常温下氧在铜中的固溶度约2ppm。
低氧铜杆的含氧量一般在200（175）—400（450）ppm，因此氧的进入是在铜的液态下吸入的，而上引法无氧铜杆则相反，氧在液态铜下保持相当时间后，被还原而脱去，通常这种杆的含氧量都在10—50ppm以下，最低可达1-2ppm，从组织上看，低氧铜中的氧，以氧化铜状态，存在于晶粒边界附近，这对低氧铜杆而言可以说是常见的但对无氧铜杆则很少见。
氧化铜以夹杂形式在晶界出现对材料的韧性产生负面影响。
而无氧铜中的氧很低，所以这种铜的组织是均匀的单相组织对韧性有利。
在无氧铜杆中的多孔性是不常见的，而在低氧铜杆中则是常见的一种缺陷。
无氧铜杆的可拉性在所有线径里与低氧铜杆相比都是优越的，除上述组织原因外，无氧铜杆夹杂少，含氧量稳定，无热轧可能产生的缺陷，杆表氧化物厚度可达≤15A。
在连铸连轧生产过程中如果工艺不稳定，对氧监控不严，含氧量不稳定将直接影响杆的性能。
如果杆的表面氧化物能在后工序的连续清洗中得以弥补外，但比较麻烦的是有相当多的氧化物存在于“皮下”，对拉线断线影响更直接，故而在拉制微细线，超微细线时，为了减少断线，有时要对铜杆采取不得已的办法——剥皮，甚至二次剥皮的原因所在，目的要除去皮下氧化物。
无氧铜杆属于高导电材料，具有导电率高、含氧量低、机械性能优良等特点，作为导电材料广泛应用于电线电缆和电磁线等行业。
由于生产铜杆的工艺不同，所生产的铜杆中的含氧量及外观就不同。
上引生产的铜杆，工艺得当氧含量在20ppm以下，叫无氧铜杆；连铸连轧生产的铜杆是在保护条件下的热轧，氧含量在200-500ppm范围内，但有时也高达700ppm以上，一般情况下，此种方法生产的铜外表光亮，俗称光亮杆。
1.3铜杆的冶炼概述
我国从1958年开始研究铜杆冶炼，1965年开始研究怎样规范铜杆冶炼的规程。
80年代初随着改革开放的实施，我国从外国引进先进技术，推动了我国铜杆冶炼的新的发展高潮。
80年代末期，我国还在一定范围内探索实施铜杆冶炼的制作规程。
目前，国内外电缆行业中使用量占主导地位的铜杆时连铸连轧和上牵引的无氧铜杆；我厂主要是无氧铜杆，无氧铜杆大多则由阴极铜生产而成。
第二章铜杆冶炼的主要设备与日常维护
2.1铜杆冶炼的主要设备
铜杆冶炼设备主要由加料机、熔化炉、保温路炉、牵引机、调速装置、收线卷、冷却系统、电气控制系统等部件组成。
牵引机包括由电机、联轴器、传动轮和夹持并牵引无氧铜杆的牵引辊和夹紧轮，其特征在于：
电机为由计算机控制的带增量式光编码器的交流伺服电机，传动轮为传动稳定的齿形带轮和同步齿形带。
它去掉原牵引机上的凸轮、摆杆、超越离合器，电机采用带增量式光编码器的交流伺服电机，即使在高速牵引无氧铜杆的情况下也能稳定工作。
保证了牵引速度和牵引节距的同步运行，提高了生产出的无氧铜杆的质量。
电气控制系统包括一般电气控制；出锭温度的自动显示；浇铸机、牵引机、轧机、收杆机的速度同步控制,直流电机由西门子直流调速装置控制。
提供的设备为整条生产线的控制柜、控制台、温度传感器，整个系统采用PLC加触摸屏联动控制,各种运行参数集中监控。
冷却装置分4段,有一根进水总管、一根回水总管。
后面有吹干槽。
每段水槽有压力表，进水总管、回水总管均有指针式温度计
2.2铜杆冶炼设备的主要参数
1、设备的名称、规格型号
规格型号
名称
TSLZ-4000型
4000吨铜上引
2、设备主要参数
表2.1TSLZ-4000型铜上引主要参数
序号
名称
单位
数据
1
铜上引生产能力
T/年
4000
2
牵引铜杆头数
根
8
3
熔化炉感应器
kw
180
4
保温炉感应器
kw
80
5
牵引电机
kw
3.0
6
液面跟踪电机
kw
0.8
7
收卷机电机
Kw
0.55
8
排杆电机
Kw
0.25
9
水泵电机
Kw
15
10
牵引速度
m/min
2.8~3.2
11
液面跟踪灵敏度
mm
3
12
收卷机
台
4
13
设备装机容量
Kw
295
14
设备运行功率
Kw
约250
15
冷却水压力
MPa
0.35~0.5
16
冷却水流量
m³/h
25或35
17
进水温度
°C
15~35
2.3铜杆冶炼设备的日常维护
1、清点工具箱内工具，量具等是否齐全。
2、逐点检查设备各部位正常后方能签字接班。
3、检查结晶器升降滑动套润滑点、收杆机导轮润滑点，并加润滑油。
4、经常检查紧固件是否有松动现象。
5、每周对夹紧轮及润滑部件加润滑油。
6、擦拭设备非转动部位，无油污无灰尘。
7、擦拭检查气动三联体，并进行排除冷凝水和加注润滑油的操作。
8、检查空压机的工作状况，每班必须排放一次储气罐冷凝水。
9、清扫设备周围地面，无垃圾、无积水、无废料，物品按5S管理定置摆放。
第三章铜杆冶炼的基本原理与工艺流程
3.1铜杆冶炼的方法与基本原理
我厂铜杆冶炼的方法有两种，一种是连铸连扎法，另一种是上牵引法。
1、上牵引法
是把熔化炉膛设计成长方形,可以整块电解铜加料而不增加炉膛的散热面积.
（2）用连体炉取代了分体炉,在熔化炉和保温炉之间增设一个过渡仓,铜液从熔化炉经过渡仓流入保温炉时避免直接流入,这不仅有利于温度和液位的平稳,而且在过渡腔内使铜液得到更充分的还原,同时可以比较容易在过渡仓内清除渣质,使铜液的温度稳定均匀,液位平稳,铜液清洁,从而使铜杆质量稳定.（3）采用W型熔沟，使铜液在熔沟内形成定向高速流动，有充分的热交换，使各种高熔点的氧化渣及已蚀损的石英砂随液流流出熔沟。
加速熔铜内铜液的流动，这不仅可以缩短熔炼时间，提高电炉生产能力，而且降低了熔沟内的温度，避免熔渣堵塞，从而提高炉子的工作寿命。
在能耗方面使原来每吨熔铜的耗电量由400KWh以上下降到350KWh以内，实现了节能降耗20%以上。
（4）在一般情况下，炉体的寿命是感应器寿命的2－5倍，而且熔化炉和保温炉的感应器寿命也不一样。
设计成可拆卸式感应器是可以在某一感应器发生故障时，这样可以在某一感应体发生故障时，不需要拆除整个炉子，而只需拆下损坏的感应体重筑，从而节省停炉时间和生产投入。
二、连铸牵引机是上引法的关键设备
（1）上引连铸是间歇向上牵引实现的，间歇牵引每次动作的升程的节距、间歇牵引的开停比例，牵引频率和节距都会影响铸杆的质量。
采用伺服电机牵引系统，不仅满足了高频率的间歇牵引，节距可根据不同铸杆直径任意调节，而且不会打滑，运行稳定。
（2）结晶器是牵引机的重要部件，对铸杆的质量和上引速度起决定性的作用，尤其是一次冷却区的结构、材料的选用和加工精度，却直接影响到热传导的效果和结晶速度，结晶器二次冷却区的铜管内壁与铸杆间的间隙大小对铸杆冷却效果也有很大的影响。
（3）电控系统上引法连铸的工艺过程简单是它的特点之一，但是对工艺操作的要求却非常严格，铜液的温度、液位的高低、结晶器插入铜液的温度，牵引的节距、频率以及冷却水的压力、流量和温度等都必须控制在一定的范围内，新型上引连铸牵引机组有一套比较完善的控制和报警系统，
连铸连扎法就是把直径16.0的铜杆进入扎机里进行碾压，挤压，慢慢变成直径8.0的铜杆。
3.2铜杆冶炼的工艺流程
铜杆冶炼的工艺流程如下图：
电解铜板（一号紫铜或阴极铜）—加料装置（可配）—熔炉系统（熔化炉—过渡仓—保温炉）—上引连铸机（结晶成型）铸杆—牵引机—调速装置—自动收线机—出售或深加工
电解铜板（阴极铜或一号紫铜）通过加料装置加入到熔化炉中，经W型感应器后熔化成液体，熔化后铜液经过渡仓平稳地流溢到保温炉中，并通过覆盖于表面的木炭使铜液有稳定的还原过程，还原后铜液在保温炉中通过上引连铸机中的结晶器将铜液快速结晶成铸杆，并经过连铸机中两对牵引辊把铸杆向上间隙牵引，铸杆从上引连铸机牵引机构牵出后，经导轮架、收线限位装置导入收线机。
其加工操作步骤如下：
正常起炉的操作：
水套，线圈通循环冷却水，正常循环工作，熔池内添加木炭。
保温炉覆盖木炭厚度80~100mm之间，熔化炉覆盖木炭厚度100~120mm之间，将温度炉温度设在1100摄氏度~1160摄氏度之间。
保温炉80v档送电12小时，140v档送电24小时，180v档送电6~8小时保温炉应该熔化，若不熔化再提高一个档送电1~2小时一定熔化。
熔化炉80v档送电36小时，140v档送电6~8小时，若不熔化再提高一个档送电1~2小时一定熔化。
送电升温过程中，通过调整电容量配平初级三相电流。
随时观察炉体升温情况和功率因数表数值，及时掌握熔沟熔化情况，出现熔沟熔断现象及时加入锡条进行连接，保证熔沟完整熔化。
起炉完成后，熔化炉温度上升到1150摄氏度时，开始投料，添加小块铜板或铜杆，逐步升高液面。
液面覆盖120mm厚度的木炭，降低铜液温度进行除氧操作。
保温炉安装热电偶，液面跟踪器
正常工作时，保温炉温度设定在1140°C~1160°C之间；熔化炉温度上升到1150°C时，开始投料，一般要求每次投料不超过50kg
液面升高到可以引取的高度，并将低温除氧后，保温炉温度达到设定温度时开始应按操作。
操作人员将结晶器在炉体外接通冷却水，检查有无泄漏现象。
安装石墨模具，内衬和保护套，将完好合格的结晶器安装到位，并迅速连接快速阀，接通冷却水，调整结晶器冷却水20~30L/min。
启动牵引电机，将牵杆速度调节至额定速度。
第四章冶炼铜杆的常见缺陷与改进措施
4.1冶炼铜杆的常见缺陷
1、在上引法生产无氧锕杆过程中，有气孔、裂纹、结晶疏松及断杆的缺陷，主要原因是：
（1）由于使用了质量不好的电解锕原料，在熔炼过程中生成水蒸汽、硫化物、氧化亚铜及 其他金属化合物（或共晶体）分布于铜的晶界上，从而使铜杆中形成气孔和裂纹。
（2） 由于使用未经煅烧或煅烧质量不好的木炭作为铜液覆盖剂，或使用煅烧木炭而覆盖厚度不够，铜液将扶潮湿的木炭中吸收水蒸汽或直接从空气中吸收氧、氢、导致铜杆中产生气 孔和裂纹。
（3） 在无氧铜杆引铸过程中，铜液温度、牵引速度、冷却强度等工艺参数选择不当即容 易发生结晶粗大、组织疏橙、表面冷隔及裂纹，甚至断杆。
2、预防措施：
（1）针对以上质量缺陷形成的原因，结合本单位设备性能及生产实际状况，制订一套严密的、切实可行的技术文件、质量保证文件及生产工艺规程，便可达到预想的效果，生产出高质量的无氧锕杆。
（2）由于使用了质量不好的电解锕原料，在熔炼过程中生成水蒸汽硫化物、氧化亚铜及其他金属化合物（或共晶体）分布于铜的晶界，在完善无氧铜杆坯生产技术的基础上，进一步探索技术难度相对较大的用上引法连铸无氧铜管坯的生产工艺。
4.2冶炼铜杆的改进措施
现在的TSLZ-4000型上牵引加工铜杆，主要伺服交流电机功率太小，导致出杆速度太慢，这样就会使铜杆的生产效率减慢，应该选择一个较大的伺服交流电机，这样就会使生产效率提高，这样也可以减少劳动量，还有就是光容易电阻超标，电阻率超标主要有两点
（1）木炭没有及时清理
（2）铜液有铁一系列的东西，处理这两种方法主要就是多清理下木炭和去市场找个强磁吸铁石，这样就可以避免电阻超标了。
冶炼铜杆最传统的方法是采用交流异步电动机连续运转，通过凸轮等机械结构来保证铜杆牵引起行和停止动作，最大的缺点为起停频率最大只能达到2～3次/秒，而且机械容易损坏、维修率高，而且现场噪声大;采用伺服控制驱动系统，利用其响应时间短的特点，就轻易能使起停频率达到8～10次/秒，使生产效率大为提高，而且运行时间Ton和停止时间Toff等工艺参数的修改也变得极为容易。
随着驱动控制技术的发展，数字化技术在驱动产品上的应用，数字式的伺服驱动器可以具有位置闭环功能，即可以接受外部上位机（如PLC）发出的脉冲信号，脉冲信号的频率对应电机的运行速度，脉冲的个数对应电机运转的角度。
而且随着电力电子技术的发展，数字式伺服驱动系统产品的价格大幅下降且可靠性也得到了极大的提高。
因此，采用PLC位置控制方式也成为了可能。
我建议还是选择数控化技术，数控化技术比较容易，简单方便，而且生产效率也提高了。
（
结论
随着社会的发展，我厂也应该不断的改进，这样才能使我们厂铜杆的质量慢慢得到提高，我们会在以后的工作中慢慢了解冶炼技术同时慢慢的掌握冶炼技术，只有这样才不会被社会给淘汰，由于本人的技术、能力原因对于该企业存在的问题及给予的建议还不够全面、详细，文中有疏漏之处还望指正。
致谢
大学生活即将结束，我在新疆交通职业技术学院前后度过了近三年的美好时光。
通过这些年的学习，我收获了我的学业，也收获了我的成熟，如今我就要毕业，在此心中有很多感谢的话语。
在这篇论文的写作过程中，首先要感谢的是我的导师陈建萍，她治学严谨，对学生认真负责，从论文的开题报告的草拟到完成开题，反复修改，一直到定稿的这一过程中，陈老师一直密切关注，总是能够给我提供及时、详细周到的意见，帮助我解决了写作过程中的种种难题。
再次向老师致以深深的谢意。
同时，还要向大学中所有为我授过课的老师们致以深深的谢意，是你们的谆谆教导，使我们更进一步地了解了机电的相关知识，加深了我们的学识修养。
此外，还要谢谢与我相处过的每一位同学和朋友，三年的相处，无论是学习上的还是生活方面，我从你们身上学到了不少东西，谢谢大家！
参考文献
[1]袁中凡.机电一体化技术[M].北京：
电子工业出版社，2006：
[2]李建勇.机电一体化技术[M].北京：
科学出版社，2004：
[3]王琪.无氧铜杆中氧含量的控制与精确测定;机械;2000年
[4]杨心一.无氧铜杆生产工艺及产品性能的影响;特种铸造及有色合金;2004年
[5]朱维平.交流伺服驱动系统在上引铜杆中的应用;2009年
[6]范载云.无氧铜线——线缆行业可持续发展的名牌基础产品；2002年
升级会员 