能减排的道路上阔步前行——2011年中国铜加工回首

□文/王碧文

能减排的道路上阔步前行
——2011年中国铜加工回首

On the Energy Saving Road Stride Forward

□文/王碧文

2011年对中国铜加工业乃至世界铜工业都是平常的一年，影响铜加工业发展的因素错综复杂多变，世界经济不景气致使国际贸易很难有所作为，铜价变化己远超出常规的判断。在世界发达国家铜加工业裹足不前、技术发展无可圈点的年份里，中国铜加工业依然稳定地保持在至少增长15%。中国铜加工技术创新活跃，特别是铜加工短流程工艺迅速发展普及并走上产业化道路，与国外发达国家传统工艺相比，取消了热加工序和铸锭工序，从而节能三分之一以上，并根除了相应的环境污染。中国铜加工短流程工艺的技术进步和成果受到工业和信息化部以及有色金属工业协会的高度重视，已被列入有色行业节能减排技术指南，对推广短流程工作起到重大推动作用，中国铜加工也将在节能减排的道路上迅跑。

铜加工短流程生产工艺，是中国铜加工技术创新的最大亮点，生产方法的变革在铜加工中占有突出地位。

近百年来，国内外铜加工工艺一直为传统方法所笼断。传统经典的铜加工方法是三段式，即熔炼铸锭——热加工——冷加工，其中热加工艺有热挤、热轧、热锻等，这些工序导致能耗、污染环境、降低成品率、增加生产成本和设备投资，因此取消和压缩热加工工序、发展短流程工艺，成为铜加工工业重要奋斗方向。

取消和压缩热加工工序，随之也取消了传统的合金熔炼铸造，从而节省了能源消耗，根除了污染源。然而金属热变形改变铸造组织的优势不能取消，而是由于采用新的变形方法，充分利用变形热，实现了常温下“热变形”，如行星轧制技术和连续挤压技术，都是充分利用了摩擦力做功。

中国铜加工短流程工艺一览表

所谓铜加工短流程工艺，就是在确保产品质量、环境友好、节省能源、减少建设投入的前提下的创新型工艺，其中最成功的范例是：美国最先兴起的铜线杆连铸连轧工艺和中国的空调内螺纹管生产技术。当前铜加工短流程工艺，在中国正在迅速发展并产业化，为推动铜加工技术进步做出了重要贡献（表1）。

一、中国铜加工在生产方法的创新中取得了重大进展，短流程生产技术重大创新有：

1. 连续铸造技求

中国连续铸造技术主要有上引和水平连铸，可以生产铜及合金上引管、杆、棒型、线坯料；水平连铸带卷、棒、型、线坯料，这些坯料卷重大、长度长，可直接进行冷加工；连续铸造炉组均为联体炉，潜流式金属熔体转运，取消了金属流槽，防止了金属转运时吸气和氧化，上引和水平连铸纯铜坯料含氧量均小于10PPM，符合无氧铜标准，在铜及合金带坯连铸中开发成动电磁搅拌技术，改变了带坯结晶组织，提高了表面质量，延长石墨结晶器的寿命；中国不但在连铸技术上不断创新，而且以潜流联体炉为主的连铸机列的装机水平也进入国际先进行列，现已为国内铜加工行业普遍采用；连续铸造品种正在不断扩大，上引连铸已产业化生纯铜线杆、异型材、黄铜杆、低合金（银铜、镁铜等）、管材品种有加磷铜、无氧铜、白铜、黄铜等、带坯有无氧铜、H65黄铜等，锡磷青铜和锌白铜带坯也已产业化。

2. 行星轧制技术

这种技术是互成120度角配置的三轧辊自转、同时又绕轧制线公转从而形成对管坯复合轧制，其特点是管材冷轧时，依靠变形热自身加热，变形区温度可达700℃~850℃，此时相当于热加工状态，从而实现了动态再结晶，行星轧制后的管材质量与热挤压相同，而且轧制产品表面不氧化、大长度、成卷，可直接进行冷加工，为管材盘式生产奠定了基础，成为铸造管坯直接冷加工的关键技术，在改变铸造组织方面做出了突出的贡献，目前行星轧制技术在中国制管业中已普遍采用，行星轧制生产线已高度自动化、专业化，装机水平已处国际先进；这种技术的出现、成熟、产业化，使铜及合金管材生产方法发生了重大变革；特别是还形成了铜铝复合的新方法。

图2 行星轧制

3. 连续挤压技术

这种技术在国外又称康夫姆法，此法实质是特长的金属线坯在摩擦轮的强迫送进之下，金属从模孔中塑性变形流出，变形热使金属本身加热，变形区温度高达600℃~800℃，从而实现了金属动态再结晶，中国发展了这种技术，在铜加工连续挤压中做出了重大贡献，实现了铜及合金棒、型、线多品种连续挤压，特别是完成了扩展连续挤压的技术创新，形成了以铜线杆为坯料的铜材生产新技术，导致了铜及合金棒型线生产方法的重大变革，这些成果是工连续挤压技术和装备已居世界领先水平。

图1 上引和水平连铸

图3 连续挤压

4. 传统的三级式铜及合金生产方式正在被打破

生产工艺流程进一步缩短，为节能和提高生产效率提供了广阔的发展空间。目前热加工工序正不断地被压缩和取代，卧式水平连续卷坯——高精拉伸、上引连铸线坯——高精拉伸等方法，已被普通采用，并已成为空调管，内螺纹管、合金线材、锡青铜带材等热点产品的主要生产方法，对我国铜加工节能、降低产品成本、节省项目投资成本起到重要作用。

5. 高精板带材带式生产法迅速取代了块式生产法

这种生产法为提高产品质量、生产效率、改善环境打开了广阔的空间。两种方法的根本区别在于板带材生产中被加工的工件是带卷还是板块。高精板带卷式生产法典型的工艺流程是：大铸锭热轧获得卷坯（或卧式连铸卷坯）——卷坯双面高精铣屑——高精冷中轧——保护性罩式炉退火——高精度成品轧制——展开式保护气体退火——板材横剪、带材纵剪。带式法取代块式法，对高精板带来说是一种革命化的变革，实现了铜板带生产的自动化、现代化，达到了生产高效、节能、节材、高质量等目的。特别是卷坯的表面铣屑和保护性气体退火不但提高了产品质量，而且使长期存在的、以清除氧化铜为目的的酸洗工序得以根除，从而大大地改善了环境。

6. 管材卷式生产法已成为我国管材生产的代表性先进技术

空调器用高效散热内螺纹铜管生产技术已走在世界前列。我国铜盘管生产技术的特点是管坯生产方式的多样化，主要方式有三种：大锭热挤压——高速轧管法，水平连铸——行星轧制法，上铸法（又称上引方法）。这三种方法已经完全产业化，适应不同的投资和生产规模，推动了铜管生产的技术进步。

7. 在线检查技术发展迅速

铜加工材生产过程中重要工艺参数和产品质量的在线检查技术发展迅速，使铜加工材的尺寸精度、表面和内在质量水平进一步提高，生产过程自动控制成为现代铜加工生产的重要标志。

8. 铜及合金再生资源利用

该项技术创新共包括两项内容：其一为紫杂铜再生，使用反射炉熔铜、氧化还原后，使铜液成份达到国家规定紫铜标准，然后铜液进入轮式铸造和轧制机列，最后产出φ8毫米铜线杆，含氧量可达50～150μg/g。这种连铸连轧光亮铜杆可直接供给导线生产。上述铜线杆生产机列年产量可达3～6吨，生产机列价格低廉，在中国已被广泛应用，迅速取代了落后的热轧铜线杆生产方法。其二为合金杂铜再生。合金杂铜化学成份复杂，一直是再生技术的难点，传统的再生技术是作为合金的添加原料使用，甚至送去电解精炼。中国已使用潜流式多线、多流铸造技术生产易切削黄铜棒型材，直接供钟表、制锁、阀门行业使用；宁波金田铜业集团已实现64线多面、潜流式水平连铸黄铜棒、型、管，这项技术已经产业化，被誉为中国“金田法”。

图5 多面潜流铸造