銅加工產品和生產技術發展方向
---王碧文
一、前言
中國銅加工業歷經近60年的創業和發展,特別是“十。五”期間發展迅速,已成為世界上重要的銅材生產、消費和國際貿易大國,產量已連續七年居世界首位,銅加工材的品種不斷增加、產品質量逐步提高、技術創新活躍、國產銅加工技術裝備正在發揮重要作用,現代銅加工工業體系已初步建立,但是中國銅加工工業大而不強、技術經濟指標不夠先進、企業規模不大、產品質量不夠穩定、技術水平及裝備先進與落后并存,整體實力與發達國家相比還有很大差距,這些方面急待改變。隨著我國經濟發展向低炭、節能、環保方向發展,中國銅加工工業也進入微利化和精細化時代,所面臨的最大問題是中國銅資源短缺、銅價和人工成本不斷推高、銅產品向高精尖方向發展,對此中國銅加工工業必須不斷通過技術創新、發展短流程、節能、減排、自動化、連續化生產工藝,發展利用再生銅資源直接生產銅加工材技術,以確保中國銅加工工業持續、穩定的發展,促進產業升級。
1.1 概述
2009年 全國銅材產量達888.42萬噸,同比增長18.68%(表1、表2),再創歷史新高,已連續七年居世界第一位,產量已占世界總產量的二分之一以上;2009年全行業盈利水平也大幅度提高,這表明中國銅加工業已經走上了復興和發展的道路;取得這些成續的原因是:中央釆取以擴大內需、開拓國際市場、振興行業等為核心的一攬子計劃,它們發揮了重要作用;中國國民經濟快速發展,特別是汽車工業和電網建設,為銅材生產提供了寬廣的市場;中國有色金屬協會對行業振興、戰勝金融危機進了有力地指導、周到地服務;全行業企業和職工付出了艱苦努力和創造性勞動。
銅加工材中各品種產量列入表3,由于統計的原因2009年品種產量尚未公示,2008年與2007年相比板帶材產量增長67.17%,2008年板帶產量首次突破百萬噸,達到154.2萬噸,這是重大的歷史性宊破,2009年板帶產量將有進一步增長,這與近年大力發展板帶產能有關,在建板帶工程正相繼投產,為中國銅板帶生產奠定了堅實的基礎;銅棒型產量也首次突破百萬噸大關,達到135萬噸,同比增長93.5%,這與銅加工企業普遍采用連續擠壓技術和裝備有重要關系;
表1、2、3、4、圖1數據表明:2009年中國銅加工材進出口量繼2008年之后再次下降,這表明世界經濟受金融危機影響復蘇步伐遠后于中國,進口數量減少表明中國銅加工產品質量正不斷地提高,這得益于企業技術進步和企業向做精、做專方向發展,而出口數量減少主要是國際市場萎縮所致;
銅加工材各品種進出口情況分析如下:
銅板帶歷來是進口的重要品種,2005年進口為27.3萬噸,為歷年最高數量,相當于當年板帶產量的31.9%,2009年板帶進口為歷年最低值14.97萬噸,2008年為20萬噸,為當年產量的12.8%,2009年這一比值將還要下降;棒型材進口數量與產量之比也明顯下降,這表明中國銅加工材中主要品種對國外進口的依存度不斷下降,這是重要的進步。
管材是凈出口品種,雖然出口受到國際市場萎縮和某些國家貿昜保護主義的影響,但依然保持著較高數值;
2009年中國銅加工材的消費量再創歷史新高,再一次表明國民經濟發展,為銅加工產業提供了寬廣的內需市場,消費的主要領域仍然集中于電力、交通、電氣等行業;國外發達國家銅及合金加工材在各領域的應用比例大致為電子、電力60%,建筑15%,輕工家電10%,機械5%,交通4.5%,其中電子,電力,家電,汽車,建筑用銅材正在迅速增長;我國各行業用銅材比基本與此相當(表4)。
表1 世界主要國家和地區銅加工材生產量 (萬噸)
國 別 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009年
美 國 408.2 337.29 331.53 328.17 357.43 357.4 339.4 316.6 281.2 213.12
日 本 204.8 176.92 169.63 170.96 178.50 173.8 181.6 177.9 123.1 124.8
德 國 190.8 175.17 165.03 163.86 172.3 160.3 186.9 185.7 95.06 135.25
法 國 71.6 79.78 77.97 75.53 69.35 62.2 66.6 53.4 47.5 31.6
意大利 135.5 127.91 125.98 125.18 132.37 83.3 142.7 135.4 118.9 93.7
南韓 126.4 117.1 125.8
中 國 159.6 185.8 251.2 319.60 471.61 466.8 506 628.8 748.59 888.48
世界合計 1206.2 1136.0 995.87 966.96 11148.5 1043.2 1066.9 1152.9 1013.6 846.5
其中純銅 847.4 860.7 954.8 773.9 665.2
合金 195.8 206.2 239.6 239.6 181.32
注:表中世界銅加工材產量不包括中國大陸銅加工材產量
表中數據來源于世界金屬統計《WORLD METAL STATISTICS》
表2 中國銅加工材產量與消費 (萬噸)
項目 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 同期比%
產量 159.7 185.8 251.2 319.5 416.5 466.8 532.4 628.8 836.7 888.42 6.18
進口量 73.7 74.1 91.8 105.6 119.5 118.7 109.2 105.3 93.49 82.38 -11.88
出口量 13.7 12.4 11.2 23.3 39.0 46.4 55.9 49.9 51.75 45.5 -12.17
消費量 219.7 247.5 325.8 401.8 497.0 539.1 585.7 619.3 878.44 925.3 5.3
表3中國銅加工材主要品種產量 (萬噸)
品種
2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年
板帶材 18.2 30.1 43.9 58.2 79.4 85.4 88.2 94.5 154.2 179.4
管材 15.1 36.8 51.3 66.3 99.7 105 112.1 119.5 162.2 156.9
棒型材 10 27.1 26 34.2 71.3 68.5 71.2 70 135.7 122.48
線材 20.2 60.2 117.3 123 183.8 198.8 208.8 280 332.4 345.5
箔材 0.2 0.2 2.8 7.9 11.6 12.6 15.3 20 20.4 23.8
中國有色金屬統計年報(2009年)
表4 中國銅加工材進出口量 (萬噸)
項目 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年數量 同比增長% 2009年 同比增長%
板帶進口 16.3 20.2 23.7 27.3 27.3 27.0 24.3 20.00 -17.83 14.97 -25.16
板帶出口 2.0 2.7 3.1 4.3 5.0 4.9 3.89 3.86 -0.65 2.28 -40.84
管材進口 4.7 3.5 3.2 3.3 3.2 3.1 3.34 3.04 -8.96 2.65 -15.74
管材出口 1.8 2.6 5.3 9.8 13.1 17.6 18.4 21.77 18.72 17.87 -17.83
棒型進口 10.1 10.6 10.5 12.4 12.0 11.2 10.3 9.10 -19.33 8.57 -5.88
棒型出口 0.3 0.7 0.7 1.4 1.2 0.96 0.98 0.83 -15.65 0.76 -7.68
線材進口 29.2 38.6 43.0 45.2 38.4 33.2 32.6 31.7 -2.79 26.8 -15.29
線材出口 1.0 1.1 1.5 2.2 2.2 1.84 1.70 1.75 3.2 1.41 -19.10
箔材進口 12.8 18.4 24.5 30.4 27.3 33.2 32.9 28.87 -12.4 28.80 -0.22
箔材出口 6.3 8.7 10.9 15.6 16.1 18.9 15.3 14.60 -12.58 16.59 13.61
1.2 銅材銷費
銅材銷費反映各部門對其需求比例和市場方向,當前銅材應用主要領域是電力、電子,這與發達國相當(表5、圖2)
表5 2009年銅材消費結構
銅加工材消費方向%
消費領域 2007年 2008年 2009年
建筑業 3.4 3.3 3.12
交通運輸 6.57 6.27 6.96
電力 41.5 40.92 39.54
機械制造 9.17 10.23 10.25
日用消費品 15.4 15.11 15.50
電子通訊 15.02 15.89 15.96
其它 8.37 8.28 8.68
銅加工材應用方向主要是電力、電子、機械制造,近年來交通運輸用銅在迅速增長,主要銅材品種是大長度接觸線。
1.3 銅材生產
主要銅材產地仍然是浙江、江蘇、廣東等沿海地區; 全國銅材總消費量達790。33萬噸,成為世界上最大的銅材市場。隨著世界經濟危機漫延,2009年中國銅材產量、消費量增幅有所減緩;
中國銅加工材主要產地集中于經濟發達的東南沿海地區,其中浙江省一直處全國第一位,全國領軍的銅加工企業也多位于此,代表企業有寧波金田銅業集團、海亮銅業集團有限公司、浙江宏磊銅業集團、寧波興業電子銅帶有限公司、紹興力博銅材有限公司、寧波博威有色合金材料有限公司等;江蘇、上海地區銅材增幅很大,該地區雖然未新建大型銅加工項目,但在原企業基礎上擴產改造取得很大成功;
中國銅材產量、主要產區情況分別列入表6。表6中國銅材產地
序號 地區名稱 2007年產量(萬噸) 同期比% 2008年 2009年 同比增長
1 江蘇 143.59 29.48 139.21 185.9 33.56
2 浙江 138.49 2.89 151.16 179.5 18.81
3 廣東 95.70 14.15 113.25 104.09 —8.09
4 江西 55.80 112.90 108.73 131.54 20.99
5 安徽 43.08 13.45 56.76 81.53 43.6
6 河南 40.07 18.03 43.52 40.93 -5.95
7 天津 22.47 101.02 26.47 26.83 1.37
8 遼寧 17.34 11.94 18.92 16.8 -11.23
9 上海 14.61 9.97 14.15 20.59 45.43
10 山東 14.68 22.81 17.38 24.80 42.68
全國總計 628.80 24.14 748.59 888.42 18.68
數據來源:中國有色金屬工業統計資料匯編
1.4產品質量
中國銅加工材品種已發生了巨大的變化,在緊密結合市場和科學技術發展需求中,傳統銅加工材已經逐步完成了向現代銅加工材的轉變,其重要特點是向高精度、高性能、環保、節能方向發展,許多產品已成為國內外知名品牌,在國內外市場上享有盛譽;產品質量已穩步提高,產品標準水平已處國際先進行列,各主要銅材生產廠家除按國家標準生產外,還可以直接接受世界主要發達國家標準訂貨,這表明我國銅加工材生產進一步國際化;為了滿足國民經濟和科學技術對銅材的多方面需求,各銅加工企業還相應制定了許多內部供貨技術標準。中國銅加工產品質量現狀可概括為:某些重要品種(空調管、導電銅排)質量己處世界先進水平,這兩種產品生產技術處世界領先水平;而產品質量整體水平處于中等,高精尖產品高需進口;其根本原因是普遍存在重量輕質、管理粗放,對攺善產品質量的投入不足.
1。7、技經濟指標
2009年銅加工技術經濟指標尚未公布,2008年各項指標表明銅材綜合成品率在穩步提高(表4),能耗指標和成品率指標與世界發達國家相比差距明顯。
表 7 中國銅加工技術經濟指標
名稱 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年
熔鑄成品率% 91.14 91.6 92.84 93.08 92.06
加工成品率% 73.67 75.21 75.24 75.28 74.38
綜合成品率% 63.71 64.71 70.31 66.84 67.73
金屬消耗、公斤/噸 1093.48 1100.76 1055.41 1076.82 1050.41
綜合電耗、度/噸 1865.54 1418.11 1175.17 1031.06 1107.68
標煤能耗、千克/噸 958.94 719.88 531.39 565.10 314.47
銅材新水單耗立方米/噸 13.48 11.57
數據來源:中國有色金屬工業統計資料匯編
二、銅材產品及發展方向
銅材是使用量最大、使用年代最悠久的功能材料,它的主要功能是導電和熱交換,同時又是所有金屬中唯一具有抑菌和滅菌功能的金屬,因此它廣泛地用于國民經濟、國防建設、人們日常生活各方面,隨著科學技術發展,“現代銅材”的概念已脫穎而出,它代表著銅材的發展方向:銅及銅合金向高強、高導電、高導熱、環境友好等方向發展;銅產品向高精尖、短小輕薄、復雜斷面、復合金屬、性能高度一致等方向發展;涌現出一大批熱點產品如太陽能、電動智能汽車、高速列車、保護環境、微電子等領域用銅制品,這些產品的需求也極大的促進了銅加工生產技術的進步;
國內外有色金屬新材主要硏 發現狀是硏發節能、環保、節材、功能材料和產品,通過合金化、表面改性、多種多層復合、激光照射等辦法,努力提高材料的使用性能和工藝性能,以銅合金材料為例正在開發的新材料和新產品有:
1)高強高導電銅合金硏究:銅-鉻-鋯合金、銀-銅、銅-鎳-硅、銅-鐵-磷、?散強化銅等,用于電子、電力、焊接工具(特別是汽車鋼板點焊不沾模合金)、大推力火箭燃燒室內襯;
2)高散熱材料及產品:不改變材料僅改變制品表面狀態,從而成倍提高散熱性能、提高能效比、適應各種惡劣水質和不破壞大氣臭氧層的新型制冷劑腐蝕的新產品,如超細、簿壁、復雜齒型內螺紋管、外翅片管、現代精密熱管等,用于空調、制冷、電站、艦船、海水淡化、電腦冷卻器等;
3)特種接插元件:高性能、抗松馳、小插拔力、高導電、抗蝕、高彈性接插元件,如銅鎳錫高鎳鋅白銅、高錫青銅等,主要用于通訊、手機、電腦、智能汽車等;
4)特種銅球、粉末、納米材料、單晶銅等,其中印刷線路用活性磷銅球、熱管內表燒結用銅粉末、自潤滑軸承合金粉末、活化功能用納米銅粉、單晶銅絲替代鍵合金絲等均產業化;
5)復合材料研發異活躍,主要有鋼材噴涂耐蝕白銅、激光熔焊、特別是以鋁代銅復合材料正在迅速產業化,產品有銅包鋁、鋁包銅板、帶、排、線等;
6)環保銅合金:硏發含鉛的新型易切屑黃銅,如加入鉍、銻、砷、硅、磷等黃銅;
7)高強耐磨銅合金,主要用于汽車同步器齒環、活塞套等部件;
8)藝術用銅合金:仿金、仿銀合金和表面處理獲得各種顏色;
新型材料發展趨勢是:高、精、尖、功能化、智能化;產品發展向高精度、高表面、性能高度一致化方向發展。
現按銅材品種概述如下:
2.1板、帶、箔
銅及銅合金板帶材是銅加工材的重要品種,廣泛應用于電子、電氣、輕工、儀器儀表、機械制造、交通能源等各個領域,其消費量占銅加工材總消費量的20%左右,特別是隨著電子信息產業的高速發展,銅及銅合金板帶材消費量呈逐年上升的趨勢。 高精銅及銅合金板帶材是我國銅加工領域重要的經濟增長點,具有廣闊的市場發展空間,其典型的特點是:產品性能向高強、高導電發展,產品厚度向超薄化發展,公差、板型向高精密化方向發展,表面質量向零缺陷方向發展,超長化方向發展。目前我國急需的高精銅及銅合金板帶材品種、性能特點及技術要求如下:
1、電連接器接插元件用銅合金帶材
該類合金屬于特殊導電彈性材料,廣泛用于制造儀器儀表、電子元器件用電連接器接插件,兼具導電和彈性兩種重要功能,99%的電連接器接插件選用銅合金制造,目前各種電子信息裝置向高可靠、多功能、小型化、長壽命方向迅猛發展,元器件的集成度越來越高,信號傳輸速度急劇上升,對銅合金的質量、材料性能提出了更高的要求;為滿足接插件使用需求鍍錫銅帶也正發展著;
2、集成電路引線框架銅合金帶
該類帶材主要用于制造集成電路(IC)引線框架,不但要求具有高強度、高導電、高導熱性能及良好的焊接性、耐蝕性、抗氧化性、沖壓性、塑封性、刻蝕性、與封裝材料良好的匹配性等工藝性能,而且必須具有高表面、板型精確、性能均勻的特點,以滿足高速沖壓成型、釬焊、塑封的工藝要求,屬于高精度、高性能產品,引線框架用銅合金帶材的品種開發、生產制造技術,代表了當今銅及銅合金帶材加工技術的最高水平。
3、同軸電纜帶和太陽能帶
同軸干線通訊電纜要求具有大長度、多通道、寬頻譜、抗惡劣條件干擾等特性,主要用于海底、陸路主干通訊網絡,用途極其重要,各國對其的生產工藝都嚴格保密,目前高品質同軸通訊電纜只有美國、日本、法國、中國等少數國家能夠生產制造。太陽能用匯流銅帶是一種柔性優秀的精密帶材,具有發展前景;
4、干式變壓器帶
干式變壓器又稱箔繞式變壓器,具有結構緊湊、體積小、空載損耗小、抗短路能力強、熱分布均勻、節省材料、無軸向力、制造工藝簡單、使用壽命長、效率高、維修簡單等一系列優點,是國外上世紀七十年代興起的新技術,目前已在輸配電工程中得到廣泛使用,國外干式變壓器應用比例高達35%以上,我國于1990年引進該項技術,并迅速推廣應用,目前隨著電力基礎建設和房地產業蓬勃發展,干式變壓器出現供不應求的市場局面,其關鍵部件繞組采用高精度高導純銅帶制造,并對純銅帶提出了較高的性能、精度要求,低壓側銅帶要求寬達1.2米;
5、汽車水箱超薄銅帶及水箱管料
據統計目前用于散熱器的銅帶占世界銅材總消費量的5%左右,是銅及銅合金板帶材的重要品種。汽車工業對散熱器材料的要求除使用性能、工藝性能外,關鍵是材料的成本。目前水箱散熱材料的發展趨勢是:在保證汽車使用性能的前提下降低車重、節約材料的用量、降低制造成本和油耗,提高市場競爭力。銅質散熱器由于原料價格高、比重大不利于降低散熱器的制造成本,對其直接的挑戰是鋁質散熱器的開發使用,具相關人士估計鋁-塑組合散熱器的制造成本比銅散熱器低20%,目前轎車的水箱向鋁制水箱方向發展,但大多數載重汽車仍然使用結構緊湊、導熱性良好的銅制水箱,但對水箱散熱帶及散熱管用銅帶提出了嚴格的要求;低銅高耐蝕銅水箱帶硏制和產業在中國荷澤銅帶有限公司取得了巨大成功;
.6、電子、電氣用高導電純銅板帶材
高導純銅在國外又稱非合金銅,可分為韌銅、無氧銅、脫氧銅三大類,該類純銅主要用于電氣、電子及熱交換器件,用途十分廣泛,屬于量大、面廣的大宗產品,涉及板帶材的各種規格,代表牌號有C11000(T2)、C10100、C10200(Tu1)、C12200(TP2)等。其中無氧銅是該類材料技術附加值最高的品種,加工制備技術標志著銅熔鑄領域的最高水平,是電真空器件不可缺少的關鍵功能型材料,潛流熔銅技術出現,使無氧銅生產變得簡單;
7、壓延銅箔(RA銅箔)與電解銅箔(ED銅箔)相比具有更好的延展、耐熱、導電、導熱特性,性能穩定性,可以承受反復的彎曲變形,是制造柔性印刷電路板(FPC)等高檔電子產品的關鍵材料,同時壓延銅箔具有良好的電磁屏蔽性能,是高性能電子器材優良的屏蔽材料,在銅加工板、帶、箔材中屬于高技術產品。
近年來微電子技術飛速發展,印刷電路向多層化、積層化、功能化、集成化方向發展,市場對便攜式電子產品需求量急劇上升,柔性線路板(FPC)市場需求猛增,主要用于計算機、移動電話、攝像機、筆記本電腦、噴墨打印機磁頭等領域,目前市場需求總值約100億美元,并向者更薄、更輕的高密度FPC方向發展,所需的壓延銅箔向著薄型化方向發展,材質主要為無氧銅、韌銅等純銅,尤其9μm以下的銅箔必須采用C10100高純無氧銅制備,對鑄錠純凈度、加工精度及表面處理要求極高,加工難度大,我國柔性線路板使用的壓延銅箔幾乎全部依賴進口,迫切需要建立壓延銅生產基地;
.8、耐熱高導電高銅合金板帶材
該類材料主要用于制造電機轉子、整流子、電氣開關、電極臂等承受較高溫度的高導電電氣部件,主要合金系列有銅-銀合金、銅-鋯合金、銅-鉻-鋯、銅-鉻合金,主要牌號有C10500、C15100、C18200、C18150,該類合金產品是重要發展方向;
9、熱軋板材
熱軋板材主要用于大型管板、管道、殼體、鑄鋼模具、結晶器壁板、冷卻壁板的制造,其厚度從7mm到100mm不等,一般為600mm或1000mm左右的寬板,合金品種主要為:紫銅、黃銅、白銅,典型產品有高爐水冷壁板、鑄鋼結晶器板、連鑄冷卻器板、熱交換器用白銅管板等,對公差、性能要求較低,對于采用熱軋開坯的企業,該類產品是充分發揮熱軋產能優勢的短平快產品,而且目前如高爐冷卻壁板、鑄鋼結晶器板等產品已形成年需求量近萬噸的規模,并具有相當高的附加值。
10、冷軋板材
冷軋板材涉及所有板帶材合金品種,規格范圍大,厚度在0.3~6mm之間,寬度在300~1000mm之間,主要用于裝飾、建筑、沖壓制品、大型構件的制造,屬于高精銅板帶材中間工序產品,其精度、性能一般按國標即可滿足,對于表面質量及公差精度要求較低,一般不存在板型問題,因此可以結合高精帶材合金品種加以選擇,以擴大項目規格覆蓋范圍。
表2.1中國 高精銅及銅合金帶材主要品種市場現狀及預測(萬噸)
品種 當前 2015年
接插元件用帶材,其中
錫磷青銅帶
黃銅帶
其它彈性材料
21
12
8
1
55
20
30
5
電纜帶 4 9
變壓器帶 4 10
水箱帶(包括管料) 2.8 6
引線框架帶 2.2 10
汽車端子帶,其中
C26800
C194 NB105
C5191 C5210
12.8
8.5
2.4
1.2
19
11
4
1.9
2.2管材
銅及合金管材是重要的加工材品種,約占銅加工材的20~25%,世界銅管總產量在220~250萬噸變化,消費量與產量基本平衡, 銅管材的重要品種有:
2冷凝管:人們從事冷凝管的生產和應用實踐己有相當長的歷史,冷凝管主要用火力發電機組、艦船、海水淡化、制糖、制鹽、化工等行業中的管式熱交換器,冷凝管常用合金有:內陸電站用HSn70-1、海濱電站用Hal77-2、艦船用BFe30-1-1、BFe10-1-1等,隨著火力發電裝機容量不斷增加以及核電發展使冷凝管用量不斷增加、冷凝管單根長度也不斷增長,以60萬千瓦發電機組為例共需14.6米冷凝管近400噸,海水淡化用BFe10-1-1管材長度已達18米,常用冷凝管規格為直徑16——30、壁厚1.0——1.5毫米;冷凝管國內外目前都使用擠——軋——拉直條法生產,尚未實現盤式生產法;冷凝管的應用中銅及銅合金受到薄壁不銹鋼管、鈦管的挑戰,但是它們的防污、防海洋生物生長的能力遠不如銅,鈦管的成本高也限制了它在冷凝管中的應用,所以銅及合金冷凝管仍然具有發展空間 。
(1)電站用冷凝管
冷凝管主要用管式熱交換器,應用領域是火電、核電、海水淡化、艦船,其中電站用冷凝器管約占60%,其需術數量與國家發電裝機容量增長緊密相關。
(2)海水淡化用蒸發和冷凝用銅合金管
海水淡化有膜法和熱法兩種,其中熱法的蒸發和冷凝裝置中大量采用銅合金熱交換管,其中產水量1萬噸/日裝置需銅合金冷凝管300噸,國際上多級閃蒸法用白銅熱交換管(BFe10-1-1、BFe30-1-1),每年達6萬噸,低溫多效蒸餾法用黃銅(HAl77-2)每年達3萬噸,國內海水淡化裝置中熱法為低溫多效蒸餾法,2020年前平均每年需要4500噸鋁黃銅冷凝管(相當于每年新增15萬噸/日產淡水能力)
(3)船用冷凝器(鐵白銅冷凝管)
主要用在艦船用柴油機主機空冷凝氣管材、船用汽輪機、潤滑油冷卻器、海水冷凝氣、海水淡化冷卻器、空氣冷卻器、潤滑油冷卻器、燃油冷卻器、液壓冷卻器等艦船的關鍵組件上,其銅合金牌號根據冷卻介質有不同的選擇,主要采用鐵白銅、錫黃銅等。產品規格多為常用規格,其質量要求較高,特別是軍用艦只。
海水管系主要為銅鎳合金材料, B10材料是一種能在海水中形成良好保護膜的耐蝕材料,由于它具有良好的綜合性能和成功的實踐經驗,早已成為海水管系的傳統材料。 B10在國內外各種海水管系中已被廣泛采用。鋁黃銅冷凝管規格較大,常用加熱管規格為φ42~44×2×6000mm,連接管規格為φ56×6×6000mm。主要用于原油船用熱交換管材,原油船由于原油粘度較高,而海上溫度有時很低,需要將原油加熱以便于輸出。熱交換用管材按照計算出的必要的換熱面積敷設于油船的底部及四壁,用量較大。此外船用柴油機上使用的油冷器、水冷器上也大量使用鋁黃銅冷凝管。
大口徑加磷脫氧銅管是重要的船用管系材。
艦用BFe10-1-1海水管路
3建筑用銅水管:用于建筑中生活用水管、燃汽管、采暖管等,國外發達國家普及率己達85%,我國經濟發達地區建筑用銅管的應用已開始推廣,普及率約為20~25%,建筑用銅水管應用是不可逆轉的,因為使用銅管輸送飲用水可以消滅有害人類建康的細菌和微生物,這一功能是任何材料所不能替代的,此種用途的銅管均使用加磷脫氧銅品種,我國銅水管產業發展迅速,已經形成銅管生產、銅管件生產、銅管道家裝等配套齊全的產業鏈,其中大口徑銅水管生產尚需發展,大噸位擠壓機擠壓開坯——大噸位液壓拉伸是傳統方法,但是受到熱穿孔辦法的挑戰,直徑159——324毫米銅管的需求己經十分迫切。
蚊香盤及水道管
4導電用銅管:導電用銅管不如熱交換用銅管那樣引起人們關著,但其用量和用途的重要性也不能令人忽視,這類管材有感應電爐線圈、大電機長空芯導線、高能物理工程用粒子聚焦線圈、同軸電纜內導體,這類管材有園、方、矩形等多種,管材長度要求很長,長空芯導線、外方內園管均要求長度大于60米以上,電纜管要求千米以上,感應電爐用線圈多為方形管,也有偏心管,這類管材生產方法多為擠——軋——拉法,一般技術附加值較高,生產難度較大;銅包鋁電纜管己問世,使性優于純銅管,而且可節省60%銅,具有發展遠景;
5鑄鋼結晶器管:這類管材用于方鋼坯連鑄結晶器,鑄鋼結晶器管直徑大于90毫米,管材均為厚壁管,為制造整體結晶,需要直徑大于660毫米大型銅管,常用合金有加磷脫氧銅,銀銅,鋯鉻銅銅鎳硅等,多用擠壓—拉伸法生產;
6汽車同步器齒環管:用于制造現代汽車變速齒輪,這類管材是典型的熱擠壓產品,管材經切片后精鍛成變速齒輪,常用合金為銅鋁錳、銅鋁鎳等復雜黃銅、對合金的要術是高硬度和耐磨性,管材規格為直徑50—140毫米、壁厚為5—10毫米,管材彎曲度要求嚴格,該類合金管材矯直困難,熱擠壓時應采取措施確保管材平直;現代汽車活塞軸套己開始使用硅磷黃銅管;
7軸承保持器管材:此類管材用于制造軸承保持器,常用合金有HPB59-1、QSi3-4-1.5等,常用規格是直徑50——120毫米、壁厚7——10毫米,銅質保持器軸承主要用于重型機械、軍工用軸承;
8熱擠壓管材:熱擠壓管材可直接在工程中應用,是重要的管材品種,它與冷加工管材相比數量比為1;3,此類管材中合金品種涉及所有牌號,典型產品有電真空無氧銅散熱陽極(大直徑厚壁管)紫銅結晶器坩鍋管(帶底、帶法蘭)、四大鋁青銅管、復雜黃銅管;
。銅包鋁和鋁包銅管產品已經問世,並在空調和同軸電纜中推廣使用,
表 2.2管材部份品種予測(萬噸)
產品名稱 當前用量 2015年用量
空調管(含內螺紋、蚊香盤、光盤管) 40 65
熱交換器管(冷凝管、加熱管、電站、艦船、海水淡化、海洋工程、石油化工) 4.0 7.0
建筑水道管(水管、燃氣管、采暖管、艦船海水管路等) 2.0 5.0
導電類管材(電機空芯導線、粒子加速器聚焦線圈、感應加熱和感應熔煉爐線圈、同軸電纜內導體、空芯母線、微波爐磁控管、波導管等) 2.0 3.0
汽車同步器齒環管 1.5 4.0
鑄鋼結晶器(園鋼) 0.8 1.0
純銅擠制管(電真空管陽極、自耗爐坩鍋、高壓電器等) 0.5 0.8
軸承保持器(鉛黃銅) 0.5 0.8
擠壓銅及合金管(四大鋁青銅管、復雜黃銅管、銅鎳合金管) 2.5 3.0
2.3、棒型
銅及合金棒型材約占銅加工材總量的16——18%,棒型主要品種有擠壓棒型和拉伸棒型,幾乎涉及所有銅及合金牌號,其中易切屑合金棒占有很大比重,拉制棒中熱點品種有:自動機用易切削棒、制鎖棒、鐘表棒、電氣插頭矩形棒等,銅及合金棒型材應用十分廣泛,主要應用方向有建筑五金、輸配電、汽車聯接件、電力和電氣開關、機械工程中聯結件、自動機棒、重荷軸承等,重點產品當前需求,予測(表4.3)及發展方向是:
1、黃銅棒型
黃銅棒特別是鉛黃銅棒型使用極為廣泛,是建筑五金、閥門、衛浴、鐘表、制鎖行業所不可缺少的關健材料,也是再生銅直接生產銅加工材的重要領域,全國用量高達40萬噸,當前潛流式水平連鑄方法發展十分迅速;
2導電銅排、型材
又稱銅母線,主要合金為純銅、銀銅等,產品用于変壓器、電氣開關、電機制造等方面,全國需求量約為40萬噸,傳統熱軋、熱擠壓方法已迅速為連續擠壓法所替代;大斷面純銅棒型產品仍沿用熱擠壓方法生產;
3、青銅棒型
主要為鋁青銅和硅青銅產品,用于飛機、艦船等耐重負荷另部件,在國防工程中有重要應用;
4、高強高導電銅合金棒型——銅鋯鉻
這種合金主要用點焊電極、滾輪。
電阻焊包括點焊、對焊、滾焊、凸焊等幾種焊接方式,是種高效無污染的焊接方法,廣泛用于車輛、船舶、飛機、家電輕工產品的制造領域。隨著國民經濟的高速發展,加工制造業規模不斷擴大,電阻焊的應用日益廣泛,據統計用于電阻焊領域的鋼材目前已占到焊接結構鋼總量的30%左右,尤其在低碳鋼、鍍鋅鋼板和低合金耐熱鋼的焊接方面,電阻焊的應用更為普及,用于制造電阻焊電極的合金材料的市場需求日益旺盛,開發適應市場需求、高性能的電阻焊電極合金產品,具有重大的商業價值和廣闊的市場前景。
5、易切削黃銅棒和環保合金
這類黃銅主要是替代HPb58-2合金,也可以供熱緞使用,是用量最多的捧型產品,也是再生銅原料重要應用領域,近年作為水暖閥門、電子元件等使用的棒型出口遭遇了綠色壁壘,對銅合金中的鉛含量進行了嚴格限制,因此在黃銅中加入硅、磷、鉍、碲、銻、硫、等元素的研究普遍展開,這些合金統稱為環保合金,但產業化生產尚存在許多工藝問題;
環保合舍浴衛壓鑄另件
6、高導電、高切削性能棒型——碲磷銅
各國標準規定的無氧銅具有優良的導電性能,是電子、電力、電真空行業重要的關健材,然而它的切削性能極差,僅相當于切削性能100%的鉛黃銅(HPb63-3)的15%,因此無法加工成精密的電子元件,特別是無法實現直徑小于0.5毫米的深孔加工,如電真空行波管、前相波放大器中的電子槍,因此試制高導電、易切削銅合金材料成為國內外重點項目。
7純銅棒型
主要合金有純銅、銀銅,產品多用于電真空、電機制造和電器開關,目前采用熱擠壓、連續擠壓、液壓拉伸等方法生產;
表2。3銅及合金棒型排重點品種需求及予測
產品名稱 2007年需求量(萬噸) 2015年予計(萬噸) 用途 說明
黃銅棒 40 60 五金、一般工程 鉛黃銅、簡單及復雜黃銅
導電銅排 15 30 輸配電 Tu1、Tu、T2
純銅棒型 5 8 電真空、開關 Tu1、T2
青銅棒型 2 4 耐磨另件 鋁青銅
高強高導電棒型 0.8 3 焊接 銅-鋯-鉻合金
環保合金 2 10 衛生用具 正在硏發
高導電昜切削 1 2 電子 碲銅
2.4.線材
銅及銅合金線材廣泛用于電子、電力、儀表、日用五金等工業部門,主要品種有:電力、通訊用純銅導線、漆包線、高速列車用接觸線、承力索、電子工業用無氧銅導線、眼鏡架用鋅白銅線材、汽車電氣用黃銅導線、精密加工用電極線、圓珠筆芯用線材、集成電路引線、半導體管腳線、精密彈簧線、鉚釘線、輻條帽線等,用量巨大品種繁多,在銅加工材中線材所占比例高達45%,居各種銅加工材產量之首。近年來隨著我國國民經濟的高速增長和人民生活水平的提高,銅及合金線材需求迅速增長,主要品種當前需求量及予測列入表5.4,未來產品發展方向是:
1發展銅線桿生產,滿足純銅導線增長的需求,特別是要嚴格控制再生銅線桿的產品質量,要確保銅的含量≥99.90%;
2發展高速列車接觸線生產,使銀銅、鎂銅、錫銅特長接觸線產業化,進一步穩是產品性能;硏發銅-鋯-鉻高速列車導線;
高速列車導線和承力索(鎂銅)
3進一步發展超細、特種性能漆包線,重點提高產品檔次,縮小與國外產品差距;
4發展合金線生產,重點是拉鏈線、電極線、特種焊絲、環保線,培育名牌產品;
5加強銅包鋁線材產業化硏究,加強和擴大對產品應用的指導;
表2.4銅線關鍵品種需求和予測(萬噸)
產品名稱 當前用量(2007年) 2015年 說明
銅線桿 320 460 線纜生產用
電力用導線 200 250 電力線纜、電器用線
漆包線 100 150 繞組線、高保真線
接觸線 2 10 高速列車、電力機車
合金線 12 20 拉鏈線、電極線、焊絲
銅包鋁線 4 10 視頻線纜、電腦
2.5銅箔
銅箔是指厚度小于0.05毫米的銅材,一般均為純銅,銅又分為兩種,一為壓延銅箔,一為電解銅箔,前者具有良好的塑性,用于電氣工業;當前中國和世界迅速發展的電解銅箔是電子工業的基礎原材料,主要用來制作印制電路板和鋰離子電池。目前由于計算機和現代通訊為代表的電子信息產業的迅猛發展帶動了對PCB的大量需求,從而帶動了電解銅箔產業的大發展。
我國電觧銅箔行業不斷發展壯大,已成為世界上的重要生產國和國際貿易國,但是我國電觧銅產品多為35微米普通箔,技術含量低,國內市場已近飽合,而9、12、18微米和超薄、多層高檔電觧銅又多靠進口,特別是這種產品技術含量高,多受國外控制;為滿足電子信息產業發展,加快電子基礎材料國產化進程,替代進口,建設高檔電觧銅箔、壓延銅箔生產基地十分重要。
熱點品種當前需求和予測列入表2.5
銅箔產品發展方向是:
1)壓延銅箔向超薄、超寬、特種合金方向發展,其中急需0.02~0.05×450毫米純銅箔,鈹銅和康銅箔也需產業化;
2)電解銅箔產品的發展是穩定18μ大宗產品質量,降低成本,開發超厚超薄和特殊表面復合箔;
表2.5銅箔產品預測(萬噸)
產品名稱 當前需求(2007年) 2015年 用途 生產方法
壓延銅箔 0.1 0..9 電子,電力 多輥軋制
電解銅箔 40 50 覆銅板,鋰電池 電解沉積
2.6其它銅制品
1)熱管
熱管及由此而構成的熱管換熱器作為一種高效熱交換器正在開拓它的應用領域。早在1942年美國的Gaugter就提出了熱管的原理,熱管換熱器是上世紀七十年代發展起來的,經過幾十年來科學家和科技人員的努力,不但使熱管的理論不斷完善,其應用也從原先的宇航熱控制擴展到電子元器件散熱、余熱利用、新能源等諸多領域,并且取得優異的效果。
熱管是熱管換熱器的一種高效換熱元件,圖1是吸液芯熱管的典型結構圖。它由管殼、毛細多孔材料(管芯)、蒸汽腔組成。熱管制造的工藝很復雜,主要的工序過程是:首先將管芯放入管內,清洗并烘干后將其一端封閉,并抽成負壓(1×10-1~-3),充入適量的工作液體,再將其密封。從換熱角度可將熱管分為三部分,即蒸發段、絕熱段和凝結段。工作時,蒸發段中存在于毛細多孔材料中的液體(換熱工質)受熱則汽化蒸發,蒸汽在腔內流向凝結段,在此遇冷則凝結液化,凝結液在毛細抽吸力的作用下經管芯流回蒸發段。顯然,蒸發是一個吸熱過程,而凝結是個放熱過程,在熱管內由于毛細多孔材料的存在,工質自動地不斷完成吸熱蒸發–凝結放熱的循環,不斷地將熱量從熱管的一端傳送到另一端,如圖2所示。由于蒸發潛熱很大,因而可以在不大的溫差下在熱管兩端傳送很大的熱量。絕熱段在蒸汽通道中不承擔換熱任務,只是作為分隔冷源和熱源的手段,因而可以按照需要任意設計其長短和分布形式。
熱管是典型的銅制品,菅殼為銅管,管芯多為燒結的低松裝比的銅粉,工作液體多為純凈水。
2)銅球
磷銅陽極球是一種新型電鍍材料,用於電鍍工業,主要應用印刷電路(PCB)生產過程中,在電鍍生產時磷銅球作為陽極,它的陽極溶解所產生的銅離子沉積在電路陰極板上,形成了人們設計的線路和圖案,陽板球的質量對被電鍍的另部件致關重要,磷陽極球除在PCB中應用外,還在五金、裝飾行業中應用。
十五期間我國PCB發展迅速,年增長速度達22%,產量居世界第四位,銅陽極球的需求量己達20000噸/年;
國內外陽極球生產已引起企業界高度重視,現已產業化生產,國外主要生產企業有美國AB、印度Citizen、意大利KME、韓國大昌等;國內有廣東西江電子銅材有限公司等六家,產能達2。5萬噸,其中西江集團產能達9000噸/年,市場占有率達60%,國內印刷電路板企業眾多,不完全統計達63家;我國印刷線路板的產量己居世界第二供,為磷銅球陽極的需求提供了基礎。
磷銅陽極球品種及生產技術
國內外磷銅陽極球的化學成份和牌號為:
美囯(UNS)C10100(無氧銅、CU99.99)、C12200(磷銅、CU99.99、磷0.015—0.04)
C81200(磷銅、銅99.90、磷0.045—0.065%)
磷的加入可保證銅的均勻溶觧、銅離子釋出穩定均勻,因此國內外目前都采用含磷0.045-0.06%的磷銅作為標準成份。
品種:直徑25毫米、28毫米、裝包裝25公斤,質量要術:化學成份均勻,銅球表面光滑,不應有起皮、夾層、雜質等;
三、中國銅加工工藝與裝備進展
我國銅加工技術與制備總的評價應該是:先進與落后并存,代表性銅加工企業如中鋁洛銅等,技術與裝備已進入國際先進行列;而廣大的中小企業,其技術與裝備還停留在上個世紀70年代水平,由此形成了我國銅加工工業大而不強、大而不精的現狀,造成了國民經濟所需高、精、尖產品主要依靠國外進口解決的被動局面。
3.1改革開放以來,我國銅加工工業重要的技術進步有:
①傳統的三級式銅及合金生產方式正在被打破,生產工藝流程進一步縮短,為節能和提高生產效率提供了廣闊的發展空間。傳統的、經典的銅加工分為合金熔煉與鑄造、熱加工、冷加工三段式。目前熱加工工序正不斷地被壓縮和取代;臥式水平連續卷坯——高精拉伸、上引連鑄線坯——高精拉伸等方法,已被普通采用,并已成為空調管,內螺紋管、合金線材、錫青銅帶材等熱點產品的主要生產方法,對我國銅加工節能、降低產品成本、節省項目投資成本起到重要作用。
②光亮銅線桿連鑄連軋技術和機列是銅加工材連續化生產的最成功的范例,現已經成為線坯生產的主導方法,取代了線坯錠鑄造橫列式軋機熱軋(黑桿)高能耗、高耗銅、低質量、污染環境的陳舊工藝和裝備。我國光亮銅桿生產技術包括有:輪式連鑄、履帶式連鑄、上引連鑄等多種;合金熔煉包括有感應熔煉、豎爐熔煉、真空熔煉等,以滿足不同生產的需求。
③高精板帶材帶式生產法迅速取代了塊式生產法,為提高產品質量、生產效率、改善環境打開了廣闊的空間。這兩種方法的根本區別在于板帶材生產中被加工的工件是帶卷還是板塊。高精板帶卷式生產法典型的工藝流程是:大鑄錠熱軋獲得卷坯(或臥式連鑄卷坯)——卷坯雙面高精銑屑——高精冷中軋——保護性罩式爐退火——高精度成品軋制——展開式保護氣體退火——板材橫剪、帶材縱剪;帶式法取代塊式法,對高精板帶來說是一種革命化的變革,實現了銅板帶生產的自動化、現代化,達到了生產高效、節能、節材、高質量等目的。特別是卷坯的表面銑屑和保護性氣體退火不但提高了產品質量,而且使長期存在的、以清除氧化銅為目的的酸洗工序得以根除,從而大大地改善了環境。
④管材卷式生產法已成為我國管材生產的代表性先進技術,其中空調器用高效散熱內螺紋銅管生產技術已走在世界前列。我國銅盤管生產技術的特點是管坯生產方式的多樣化,主要方式有三種:大錠熱擠壓——高速軋管法、水平連鑄——行星軋制法、上鑄法(又稱上引方法);這三種方法已經完全產業化,適應不同的投資和生產規模,推動了銅管生產的技術進步。
⑤銅加工材生產過程中重要工藝參數和產品質量的在線檢查技術發展迅速,使銅加工材的尺寸精度、表面和內在質量水平進一步提高,生產過程自動控制成為現代銅加工生產的重要標志。
3.2技術裝備
國產銅加工技術裝備由于具有優良的性價比,可以顯著降低項目投資,避免項目高投入,正逐步被銅加工企業所采用,完全依靠引進國外技術裝備的局面正在被改變;經過十幾年艱苦努力,銅加工裝備科硏、設計、生產行業已完成從輔機到主機、從單體設備到整條生產線、從仿制到創新等過程的重大轉變,不但武裝了中國銅加工業,而且深受世界各國銅加工企業歡迎,重要的技術裝備進步有:
(1)、銅及合金感應熔煉裝備
中國銅及合金感應熔爐已潛流化、聯體化,取消了金屬流槽轉運方式,具有結構簡單、節能、環保等突出特點,在上引連鑄、水平連鑄、半連續鑄坯等生產中被普遍采用,這是熔煉爐生產技術的革命化變革;
(2)、板帶材生產中熱軋機列、粗軋機、中軋機、精軋機列等均己國產化,其中高精帶材四輥軋機已被普遍采用;多輥軋機研發也取得重大進展;軋機的自動化水平已進入國際先進行,關鍵另部件質量水平與國外差距正在不斷縮小;
(3)、管棒型線生產設備已基本國產化,中國制造的高精度銅生產裝備:鑄管——行星軋制——盤拉——內螺紋管成型生產線全套設備,在國際上享有盛譽;周期式、長行程、環孔型、高速軋管機生產和水平已走在世界前列,在線感應退火、通過式保護氣體退火、拉伸-校直-拋光-切斷聯合精整機列等現代管棒生產裝備均已國產化;多線、多模、高速、連續式大、中、小、微拉絲機及漆包機列已全部國產化;
(4)為適應銅線桿連鑄軋生產,國產連鑄軋機列及生產線硏發和產業化取得重大進展,豎爐(或反射爐)熔銅、氧化、還原——輪式鑄造——平立輥粗軋——Y型軋制精軋——純化——自動收卷等生產線已普遍應用;
四、中國銅加工技術創新(新工藝和新技術)成績卓著
節能、環保、提高產品質量和成品率、增加品種、降低生產成本、減少在建項目投入、提高經濟效益、實現生產過程的連續化、自動化、智能化、精細化等是銅加工技術創新的重要方向和目標。
生產方法的變革在銅加工中占有突出地位,傳統經典的銅加工方法是三段式,即熔煉鑄錠——熱加工——冷加工,其中熱加工有熱擠、熱軋、熱鍛等這些工序導致能耗、污染環境、降低成品率、增加生產成本和設備投資,因此壓縮熱加工、縮短工藝流程,成為銅加工工作者重要奮斗方向。
短流程技術的發展是中國銅加工最大的亮點
表1中國銅加工短流程工藝一覽表
項目名稱 工藝流程 坯料來源 產品 效果
1 內螺紋管生產 水平連鑄管坯-行星軋制-連拉-盤拉、直拉 水平連鑄管坯 空調管、水道管 產業化、世界領先水平
2 外翅片管生產 連鑄-行星軋-旋軋 銅管坯 高效散熱管 產業化
3 無氧銅生產 上引連鋳 電解銅 水道管′帶坯 產業化
4 純銅管生產 上引連鑄-冷軋管(環孔型)——拉伸 上引管坯 工業管
5 合金管生產 上引、水平連鑄——冷軋管(環孔型) 上引、水平連鑄—— 黃銅工業管
6 無氧銅帶生產 水平連鑄——高精冷軋 連鑄帶坯 工業帶、變壓器帶、光伏帶、壓延箔水葙帶
7 無氧銅帶生產 上引帶坯——高精冷軋 同上 同上
8 同上 上引桿——連續擠壓——高精冷軋 上引桿 同上
9 合金帶生產 水平連鑄——高精冷連軋 連鑄帶坯 錫磷帶、鋅白銅帶、H65帶;水葙管帶、接插元件帶、工業帶
10 無氧銅棒型線 上引桿——連續擠壓 上引桿 銅排、異型排、工業材
11 銅鋁復合排 連鑄——復合拉伸 銅管、鋁棒 導電銅排、母線槽
12 銅包鋁管 行星軋制復合 銅管、鋁管 同軸電纜內導體 外銅內鋁
13 鋁包銅管 同上 同上 空調管、內螺紋、水道管 外鋁內銅
14 合金線 上引線坯——線材拉伸 上引桿 工業線、鋅白銅、錫磷、黃銅
15 合金棒 多面潛流連鑄 合金再生料、廢雜銅 衛浴、五金件
16 銅球生產 冷旋軋 銅桿 電鍍用陽極
17 異型帶生產 上引異型坯_-高精冷軋 上引連鑄坯料 大功率框架
18 同上 連擠_-高精冷軋 上引桿 同上
19 異型線生產 上引-連擠-冷拉 上引桿 高速列車導線
“十五”期間中國銅加工在生產方法的創新中取得了重大進展,其中三大技術的發展為中國銅加工方法的變革提供了有力的技術支持,這三大技術是:
4.1、中國技術創新三大技術
1、連續鑄造技求
中國連續鑄造技術主要有上引和水平連鑄,可以生產銅及合金上引管、桿、棒型、線坯料;水平連鑄帶卷、棒、型、線坯料,這些坯料卷重大、長度長,可直接進行冷加工;連續鑄造爐組均為聯體爐,潛流式金屬熔體轉運,取消了金屬流槽,防止了金屬轉運時吸氣和氧化,上引和水平連鑄純銅坯料含氧量均小于10PPM,符合無氧銅標準,在銅及合金帶坯連鑄中開發成動電磁攪拌技術,改變了帶坯結晶組織,提高了表面質量,延長石墨結晶器的壽命;中國不但連鑄技術不斷創新,而且以潛流聯體爐為主的連鑄機列的裝機水平也進入國際先進行列,現已為國內銅加工行業普遍采用;連續鑄造品種正在不斷擴大,上引連鑄已產業化生純銅線桿、異型材、黃銅桿、低合金(銀銅、鎂銅等)、管材品種有加磷銅、無氧銅、白銅、黃銅等、帶坯有無氧銅、H65黃銅等,錫磷青銅和鋅白銅帶坯也在試制中
鋳錠水平連鑄
2、行星軋制技術
這種技術是互成120度角配置的三軋輥自轉、同時又繞軋制線公轉從而形成對管坯復合軋制,其特點是管材冷軋時,依靠變形熱自身加熱,變形區溫度可達700-850度,此時相當于熱加工狀態,從而實現了動態再結晶,行星軋制后的管材質量與熱擠壓相同,而且軋制產品具有表面不氧化、大長度、成卷,可直接進行冷加工,為管材盤式生產奠定了基礎,成為鑄造管坯直接冷加工的關鍵技術,在改變鑄造組織方面作出了突出的貢獻,目前形星軋制技術在中國制管業中已普遍采用,行星軋制生產線已高度自動化、專業化,裝機水平已處國際先進;這種技術的出現、成熟、產業化,使銅及合金管材生產方法發生了重大變革;
國產行星軋機
3、連續擠壓技術
這種技術在國外又稱康夫姆法,此法實質是特長的金屬線坯在摩擦輪的強迫送進之下,金屬從模孔中塑性變形流出,變形熱使金屬本身加熱,變形區溫度高達600-800度,從而實現了金屬動態再結晶,中國發展了這種這技術,在銅加工連續擠壓中作出了重大貢獻,實現了銅及合金棒、型、線多品種連續擠壓,特別是完成了擴展連續擠壓的技術創新,形成了以銅線桿為坯料的銅材生產新技術,導致了銅及合金棒型線生產方法的重大變革,這些成果是由大連交通大學和銅加工企業共同完成的,目前中國銅加工連續擠壓技術和裝備已居世界領先水平。
中國正努力發展節能、環保、短流程有色金屬加工藝,短流程生產工藝是中國銅加工的一大亮點,對發展銅加工技術出了重大貢獻、技創新活躍,主要項目有:
使用水平連續鑄造管坯——行星軋制——盤拉光管,經行星球模旋壓成高精內螺紋盤管,產品具有小直徑、薄壁厚、復雜齒型、高清潔度、高散熱、節材、適應環保致冷劑等特點,產品質量、生產技術都處于世界領先水平。該項技術創新突破了鑄造管坯不能生產薄壁內螺紋管的技術觀點,使鑄造管坯——行星軋制——盤管拉伸——行星球模輾壓內螺紋管技術迅速在中國形成一個強大產業,在世界精密銅管生產技術中占有重要的地位,并且迅速取代了熱擠壓——周期軋制——盤拉生產方法;目前空調管正向大盤重、高度自動化、連續化方向發展;我國鑄——軋精密銅管生產技術裝備已整條生產線出口;
2、潛流式熔煉、保溫爐聯合爐組
該項創新突破了銅及合金熔煉鑄造生產中銅液依靠中間流槽轉運的固有模式,使熔煉爐和保溫爐聯為一體,形成聯體爐形式,從而根除了金屬液體轉運過程中金屬氧化、吸氣的弊端、特別是熔煉黃銅時氧化鋅的揮發,保護了環境;潛流式聯體爐的出現簡化了熔煉、保溫爐的結構,推進了熔煉鑄錠生產的連續化和自動化。這項創新成果已廣泛地用于銅及合金帶坯、棒坯、管坯、線坯水平連鑄生產,也用于管材、線材上引式鑄造。生產的合金品種有紫銅、無氧銅、黃銅、青銅、白銅。潛流式聯體爐在中國的銅加工行業中已普遍應用,收到了節能、節材、環保、縮短生產工藝流程等明顯效果;特別在無氧銅生產中發揮重要作用,650毫米水平連鑄無氧銅根列已國產化。
3、銅及合金再生資源利用
該項技術創新共包括兩項內容:其一為紫雜銅再生,使用反射爐熔銅、氧化還原后,使銅液成份達到國家規定紫銅標準,然后銅液進入輪式鑄造和軋制機列,最后產出φ8毫米銅線桿,含氧量可達50~150μg/g。這種連鑄連軋光亮銅桿可直接供給導線生產。上述銅線桿生產機列年產量可達3~6噸,生產機列價格低廉,在中國已被廣泛應用,迅速取代了落后的熱軋銅線桿生產方法。其二為合金雜銅再生。合金雜銅化學成份復雜,一直是再生技術的難點,傳統的再生技術是作為合金的添加原料使用,甚至送去電解精煉。中國已使用潛流式多線、多流鑄造技術生產易切削黃銅棒型材,直接供鐘表、制鎖、閥門行業使用,這項技術已經產業化。
4、多線上引鑄造大直徑銅管
大直徑銅管是重要的水路管材,用于建筑水道管、海水管路等多方面。傳統方法為擠壓——拉伸和熱軋穿孔——拉伸方法,其產品成本高、生產工藝流程長。近年來中國開發了多線上引鑄造大口徑銅管新方法,可直接鑄造直徑大于φ120毫米銅管,一次可同時鑄造6線,銅管長度不受限制。經過冷拉伸之后可生產工程技術界所需求的大口徑、薄壁銅管。產業化生產實踐表明這項生產方法具有生產流程短、成品率高、產品成本低、生產線建設投資少等明顯優點。
5、板坯整體銅結晶器的制造
連鑄鋼板坯鑄造用結晶器一直沿用拼裝組合方式,即使用四塊厚銅板加工組合而成。其缺點是制造周期長,使用壽命低,鑄鋼速度低。為此,中國銅加工業開發了整體銅板式結晶器的制造技術,斷面尺寸已達200×500~600毫米。板坯整體結晶器的制作,采用大直徑銅管經特殊液壓成型,結晶器具有規定的錐度和弧度,使用實踐表明,這種結晶器鑄鋼速度和鋼坯質量明顯優于組合式結晶器,深受國內外冶金行業歡迎。該項技術和產品都居世界領先水平。
6、水平連鑄帶坯電磁攪拌技術
錫磷青銅帶材是重要的彈性元件和電聯接件材料。世界各國普遍使用水平連鑄帶坯—高精冷軋方法生產。但是帶坯柱狀晶發達、金屬錫偏析和反偏折嚴重,導致帶材生產中出現各種缺陷。如何提高帶材質量和成材率,是世界各國銅加工工作者重要的攻關課題。其中使用電磁攪拌技術改變帶坯結晶組織成為重點方向。“十五”期間,中國首先實現16×450毫米錫磷青銅帶坯結晶過程電磁攪拌,使錫磷青銅帶坯晶粒細化,塑性提高,石墨模具使用壽命延長,帶材成品率提高,該項技術已處世界領先水平。2006年該項技術在錫磷青銅和鋅白銅650毫米帶坯上應用情況良好。
7、銅及合金連續擠壓技術產業化
使用銅線桿經過連續擠壓(又稱康夫姆方法)直接生產各種扁線、型線方法,具有工藝流程短、成品率高的明顯優點,目前在中國迅速產業化,已經完全取代了傳統的軋制方法,其生產技術和裝備已處世界先進水平,其生產品種正在不斷地擴大(如異型電工材、黃銅異型線、銅排等)。
630連續擠壓310毫米寬帶無氧銅坯
8、銅合金管材盤式生產技術
銅合金管材盤式生產法具有生產連續化、自動化、成材率高等特點,特別是在銅合金冷凝管生產中具有廣闊的應用前景。中國在使用水平連續管坯,經行星軋制和盤拉生產白銅冷凝管技術上已取得重大進展,正在向產業化方向推進。
9、銅排卷式生產法產業化
紹興力博集團建成了自動化、連續化生產線,采用上引直徑22毫米銅桿盤卷,經過大連交通大學研制的400毫米連續擠壓機擠制成動10х1250毫米導電銅排,卷重4~6噸,再經50噸液壓拉伸機自動拉伸、校直、切斷成用戶所需長度的銅排,產品質量完全滿足標準要求,成品率高達90%,單位電耗為500度/噸,生產線投資不足400萬元人民幣,年產銅排7500噸,這種生產方法和技術具有自動化、連續化、節能、環保、節材、低成本等突出優點,是對目前國內外普遍采用的熱軋、熱擠壓開坯—冷加工生產方式的革命化變革,形成了具有自主知識產權的新技術;該項成果己通過省級鑒定。
10、鋁包銅管材、銅包鋁管復合技術
該項技術創新由常州興榮高科技有限公司完成,其技術核心是將外鋁內銅套管經行星軋制法實現冶金復合,然后采用盤拉方法生產各種銅鋁復合管、內螺紋銅管,為空調、建筑用水管、電纜產品節省用銅開拓了新的途徑,填補了復合技術的一項空白,該技術處于世界領先水平,該集團已建成自動化生產線,向產業化生產推進。
11、銅球冷軋技術
北京科枝大學研發的銅球冷軋技術、在中國銅加工企業研發的電子異型帶生產技術等,在產業化生產中發揮了重要作用。
12、銅鋁覆合排生產技術取得重大進步,北京華北華銅電氣有限公司產業化生產的銅鋁覆合排己在配電柜中應用,受到用戶好評。
四、中國銅加工發展戰略
綜上所述,新型材料發展趨勢是:高、精、尖、功能化、智能化;產品發展向高精度、高表面、性能高度一致化方向發展;新工藝正向節能、環保、低炭連續化、短流程方向發展。
國內外有色金屬新材料和新技術發展正處旺盛時期,誰擁有先進技術和不斷推出新材料、新產品、新技術,誰在市場競爭中誰就擁有主動權。中國銅加工發展戰略建議如下:
1、中國銅加工業規模、產量、銅材消費量已居世界第一位,同時也是世界上最大銅材進口國和重要的銅材出口國;然而中國銅加工業大而不強、大而不精、生產管理粗放、技術經濟指標低下、技術和裝備先進與落后并存,產品質量一致性差等現狀并沒有根本改變,特別是銅加工原料短缺,原輔材料價格上漲,進一步壓縮了銅加工盈利空間,為銅加工產業持續發展,建立創新型銅加工產業,在今后十年內,力爭把中國銅加工業建成節能、節材、環保、高效、生產技術先進、產品質量優良、管理精細的創新型銅加工產業,其重要的發展戰略如下:
2、充分利用中國市場經濟迅速發展為銅加工提供的資金和市場的歷史機會,打造以東南沿海、長三角、珠三角、環渤海、國企改型、原料產地為主體的銅加工產業基地;
3、現有銅加工企業都應加強以改善和提高技術經濟指標、提高產質量為目標的現代化精密管理,防止粗放式經管;
4、所有在建工程都應選擇國內外先進技術和裝備,力求降低項目投資、如期完成、盡快形成能力,防止重復引進和建設;
5、高度重視技術創新,發展以短流程、節能、環保、?高效的生產技術,建設連續化、自動化、專業化生產線;重要產業創新技術有:潛流式鑄造、連續擠壓、管材行星軋制等;
6、重點攻關方向有:再生銅直接利用技術、合金管材盤管拉伸,高效傳熱銅管生產技術及品種、環保銅合金開發、引線框架帶材生產技術和品種開發;高性價比銅加工裝備及整條生產線裝備開發;
7、加強信息、標準等硏發工作,為銅加工業發展服務。
2020-05-22
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