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铜加工产品和生产技术发展方向–王碧文
来源: | 作者:pmo0cbdb2 | 发布时间: 2018-05-16 | 18242 次浏览 | 分享到:

铜加工产品和生产技术发展方向

                                      ---王碧文

一、前言

  中国铜加工业历经近60年的创业和发展,特别是“十。五”期间发展迅速,已成为世界上重要的铜材生产、消费和国际贸易大国,产量已连续七年居世界首位,铜加工材的品种不断增加、产品质量逐步提高、技术创新活跃、国产铜加工技术装备正在发挥重要作用,现代铜加工工业体系已初步建立,但是中国铜加工工业大而不强、技术经济指标不够先进、企业规模不大、产品质量不够稳定、技术水平及装备先进与落后并存,整体实力与发达国家相比还有很大差距,这些方面急待改变。隨着我国经济发展向低炭、节能、环保方向发展,中国铜加工工业也进入微利化和精细化时代,所面临的最大问题是中国铜资源短缺、铜价和人工成本不断推高、铜产品向高精尖方向发展,对此中国铜加工工业必须不断通过技术创新、发展短流程、节能、减排、自动化、连续化生产工艺,发展利用再生铜资源直接生产铜加工材技术,以确保中国铜加工工业持续、稳定的发展,促进产业升级。

1.1  概述

  2009年 全国铜材产量达888.42万吨,同比增长18.68%(表1、表2),再创历史新高,已连续七年居世界第一位,产量已占世界总产量的二分之一以上;2009年全行业盈利水平也大幅度提高,这表明中国铜加工业已经走上了复兴和发展的道路;取得这些成续的原因是:中央釆取以扩大内需、开拓国际市场、振兴行业等为核心的一揽子计划,它们发挥了重要作用;中国国民经济快速发展,特别是汽车工业和电网建设,为铜材生产提供了宽广的市场;中国有色金属协会对行业振兴、战胜金融危机进了有力地指导、周到地服务;全行业企业和职工付出了艰苦努力和创造性劳动。

  铜加工材中各品种产量列入表3,由于统计的原因2009年品种产量尚未公示,2008年与2007年相比板带材产量增长67.17%,2008年板带产量首次突破百万吨,达到154.2万吨,这是重大的历史性宊破,2009年板带产量将有进一步增长,这与近年大力发展板带产能有关,在建板带工程正相继投产,为中国铜板带生产奠定了坚实的基础;铜棒型产量也首次突破百万吨大关,达到135万吨,同比增长93.5%,这与铜加工企业普遍采用连续挤压技术和装备有重要关系;

  表1、2、3、4、图1数据表明:2009年中国铜加工材进出口量继2008年之后再次下降,这表明世界经济受金融危机影响复苏步伐远后于中国,进口数量减少表明中国铜加工产品质量正不断地提高,这得益于企业技术进步和企业向做精、做专方向发展,而出口数量减少主要是国际市场萎缩所致;

  铜加工材各品种进出口情况分析如下:

  铜板带历来是进口的重要品种,2005年进口为27.3万吨,为历年最高数量,相当于当年板带产量的31.9%,2009年板带进口为历年最低值14.97万吨,2008年为20万吨,为当年产量的12.8%,2009年这一比值将还要下降;棒型材进口数量与产量之比也明显下降,这表明中国铜加工材中主要品种对国外进口的依存度不断下降,这是重要的进步。

  管材是净出口品种,虽然出口受到国际市场萎缩和某些国家贸昜保护主义的影响,但依然保持着较高数值;

  2009年中国铜加工材的消费量再创历史新高,再一次表明国民经济发展,为铜加工产业提供了宽广的内需市场,消费的主要领域仍然集中于电力、交通、电气等行业;国外发达国家铜及合金加工材在各领域的应用比例大致为电子、电力60%,建筑15%,轻工家电10%,机械5%,交通4.5%,其中电子,电力,家电,汽车,建筑用铜材正在迅速增长;我国各行业用铜材比基本与此相当(表4)。

表1 世界主要国家和地区铜加工材生产量    (万吨)

国 别 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009年 
美 国 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 国 190.8 175.17 165.03 163.86 172.3 160.3 186.9 185.7 95.06 135.25 
法 国 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 
南韩               126.4 117.1 125.8 
中 国 159.6 185.8 251.2 319.60 471.61 466.8 506 628.8 748.59 888.48 
世界合计 1206.2 1136.0 995.87 966.96 11148.5 1043.2 1066.9 1152.9 1013.6 846.5 
其中纯铜           847.4 860.7 954.8 773.9 665.2 
合金           195.8 206.2 239.6 239.6 181.32

注:表中世界铜加工材产量不包括中国大陆铜加工材产量

表中数据来源于世界金属统计《WORLD METAL STATISTICS》

表2 中国铜加工材产量与消费  (万吨)

项目 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 同期比% 
产量 159.7 185.8 251.2 319.5 416.5 466.8 532.4 628.8 836.7 888.42 6.18 
进口量 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 
消费量 219.7 247.5 325.8 401.8 497.0 539.1 585.7 619.3 878.44 925.3 5.3

表3中国铜加工材主要品种产量 (万吨)

品种
 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 
板带材 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 
线材 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

中国有色金属统计年报(2009年)

 表4 中国铜加工材进出口量    (万吨)

项目 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年数量 同比增长% 2009年 同比增长% 
板带进口 16.3 20.2 23.7 27.3 27.3 27.0 24.3 20.00 -17.83 14.97 -25.16 
板带出口 2.0 2.7 3.1 4.3 5.0 4.9 3.89 3.86 -0.65 2.28 -40.84 
管材进口 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 
棒型进口 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 
线材进口 29.2 38.6 43.0 45.2 38.4 33.2 32.6 31.7 -2.79 26.8 -15.29 
线材出口 1.0 1.1 1.5 2.2 2.2 1.84 1.70 1.75 3.2 1.41 -19.10 
箔材进口 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  铜材销费

  铜材销费反映各部门对其需求比例和市场方向,当前铜材应用主要领域是电力、电子,这与发达国相当(表5、图2)

表5  2009年铜材消费结构

铜加工材消费方向%

消费领域 2007年 2008年 2009年   
建筑业 3.4 3.3 3.12   
交通运输 6.57 6.27 6.96   
电力 41.5 40.92 39.54   
机械制造 9.17 10.23 10.25   
日用消费品 15.4 15.11 15.50   
电子通讯 15.02 15.89 15.96   
其它 8.37 8.28 8.68  


  铜加工材应用方向主要是电力、电子、机械制造,近年来交通运输用铜在迅速增长,主要铜材品种是大长度接触线。



1.3 铜材生产

  主要铜材产地仍然是浙江、江苏、广东等沿海地区; 全国铜材总消费量达790。33万吨,成为世界上最大的铜材市场。随着世界经济危机漫延,2009年中国铜材产量、消费量增幅有所减缓;

中国铜加工材主要产地集中于经济发达的东南沿海地区,其中浙江省一直处全国第一位,全国领军的铜加工企业也多位于此,代表企业有宁波金田铜业集团、海亮铜业集团有限公司、浙江宏磊铜业集团、宁波兴业电子铜带有限公司、绍兴力博铜材有限公司、宁波博威有色合金材料有限公司等;江苏、上海地区铜材增幅很大,該地区虽然未新建大型铜加工项目,但在原企业基础上扩产改造取得很大成功;

中国铜材产量、主要产区情况分别列入表6。表6中国铜材产地

序号 地区名称 2007年产量(万吨) 同期比% 2008年 2009年 同比增长 
1 江苏 143.59 29.48 139.21 185.9 33.56 
2 浙江 138.49 2.89 151.16 179.5 18.81 
3 广东 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 辽宁 17.34 11.94 18.92 16.8 -11.23 
9 上海 14.61 9.97 14.15 20.59 45.43 
10 山东 14.68 22.81 17.38 24.80 42.68 
  全国总计 628.80 24.14 748.59 888.42 18.68


数据来源:中国有色金属工业统计资料汇编

1.4产品质量

中国铜加工材品种已发生了巨大的变化,在紧密结合市场和科学技术发展需求中,传统铜加工材已经逐步完成了向现代铜加工材的转变,其重要特点是向高精度、高性能、环保、节能方向发展,许多产品已成为国内外知名品牌,在国内外市场上享有盛誉;产品质量已稳步提高,产品标准水平已处国际先进行列,各主要铜材生产厂家除按国家标准生产外,还可以直接接受世界主要发达国家标准订货,这表明我国铜加工材生产进一步国际化;为了满足国民经济和科学技术对铜材的多方面需求,各铜加工企业还相应制定了许多内部供货技术标准。中国铜加工产品质量现状可概括为:某些重要品种(空调管、导电铜排)质量己处世界先进水平,这两种产品生产技术处世界领先水平;而产品质量整体水平处于中等,高精尖产品高需进口;其根本原因是普遍存在重量轻质、管理粗放,对攺善产品质量的投入不足.

1。7、技经济指标

2009年铜加工技术经济指标尚未公布,2008年各项指标表明铜材综合成品率在稳步提高(表4),能耗指标和成品率指标与世界发达国家相比差距明显。

表 7  中国铜加工技术经济指标

名称 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 
熔铸成品率% 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 
综合成品率% 63.71 64.71 70.31 66.84 67.73 
金属消耗、公斤/吨 1093.48 1100.76 1055.41 1076.82 1050.41 
综合电耗、度/吨 1865.54 1418.11 1175.17 1031.06 1107.68 
标煤能耗、千克/吨 958.94 719.88 531.39 565.10 314.47 
铜材新水单耗立方米/吨       13.48 11.57


数据来源:中国有色金属工业统计资料汇编

二、铜材产品及发展方向

铜材是使用量最大、使用年代最悠久的功能材料,它的主要功能是导电和热交換,同时又是所有金属中唯一具有抑菌和灭菌功能的金属,因此它广泛地用于国民经济、国防建設、人们日常生活各方面,随着科学技术发展,“现代铜材”的概念已脱颖而出,它代表着铜材的发展方向:铜及铜合金向高强、高导电、高导热、环境友好等方向发展;铜产品向高精尖、短小轻薄、复杂断面、复合金属、性能高度一致等方向发展;涌现出一大批热点产品如太阳能、电动智能汽车、高速列车、保护环境、微电子等领域用铜制品,这些产品的需求也极大的促进了铜加工生产技术的进步;

国内外有色金属新材主要硏 发现状是硏发节能、环保、节材、功能材料和产品,通过合金化、表面改性、多种多层复合、激光照射等办法,努力提高材料的使用性能和工艺性能,以铜合金材料为例正在开发的新材料和新产品有:

1)高强高导电铜合金硏究:铜-铬-鋯合金、银-铜、铜-镍-硅、铜-铁-磷、㳽散强化铜等,用于电子、电力、焊接工具(特别是汽车钢板点焊不沾模合金)、大推力火箭燃烧室内衬;

2)高散热材料及产品:不改变材料仅改变制品表面状态,从而成倍提高散热性能、提高能效比、适应各种恶劣水质和不破坏大气臭氧层的新型制冷剂腐蚀的新产品,如超细、簿壁、复杂齿型内螺纹管、外翅片管、现代精密热管等,用于空调、制冷、电站、舰船、海水淡化、电脑冷却器等;

3)特种接插元件:高性能、抗松驰、小插拔力、高导电、抗蚀、高彈性接插元件,如铜镍锡高镍锌白铜、高锡青铜等,主要用于通讯、手机、电脑、智能汽车等;

4)特种铜球、粉末、纳米材料、单晶铜等,其中印刷线路用活性磷铜球、热管内表烧结用铜粉末、自润滑轴承合金粉末、活化功能用纳米铜粉、单晶铜絲替代键合金絲等均产业化;

5)复合材料研发异活跃,主要有钢材喷涂耐蚀白铜、激光熔焊、特别是以铝代铜复合材料正在迅速产业化,产品有铜包铝、铝包铜板、带、排、线等;

6)环保铜合金:硏发含铅的新型易切屑黄铜,如加入铋、銻、砷、硅、磷等黄铜;

7)高强耐磨铜合金,主要用于汽车同步器齿环、活塞套等部件;

8)艺术用铜合金:仿金、仿银合金和表面处理获得各种颜色;

新型材料发展趋势是:高、精、尖、功能化、智能化;产品发展向高精度、高表面、性能高度一致化方向发展。

现按铜材品种概述如下:

2.1板、带、箔

铜及铜合金板带材是铜加工材的重要品种,广泛应用于电子、电气、轻工、仪器仪表、机械制造、交通能源等各个领域,其消费量占铜加工材总消费量的20%左右,特别是随着电子信息产业的高速发展,铜及铜合金板带材消费量呈逐年上升的趋势。 高精铜及铜合金板带材是我国铜加工领域重要的经济增长点,具有广阔的市场发展空间,其典型的特点是:产品性能向高强、高导电发展,产品厚度向超薄化发展,公差、板型向高精密化方向发展,表面质量向零缺陷方向发展,超长化方向发展。目前我国急需的高精铜及铜合金板带材品种、性能特点及技术要求如下:

1、电连接器接插元件用铜合金带材

该类合金属于特殊导电弹性材料,广泛用于制造仪器仪表、电子元器件用电连接器接插件,兼具导电和弹性两种重要功能,99%的电连接器接插件选用铜合金制造,目前各种电子信息装置向高可靠、多功能、小型化、长寿命方向迅猛发展,元器件的集成度越来越高,信号传输速度急剧上升,对铜合金的质量、材料性能提出了更高的要求;为满足接插件使用需求镀锡铜带也正发展着;

2、集成电路引线框架铜合金带

该类带材主要用于制造集成电路(IC)引线框架,不但要求具有高强度、高导电、高导热性能及良好的焊接性、耐蚀性、抗氧化性、冲压性、塑封性、刻蚀性、与封装材料良好的匹配性等工艺性能,而且必须具有高表面、板型精确、性能均匀的特点,以满足高速冲压成型、钎焊、塑封的工艺要求,属于高精度、高性能产品,引线框架用铜合金带材的品种开发、生产制造技术,代表了当今铜及铜合金带材加工技术的最高水平。

3、同轴电缆带和太阳能带

同轴干线通讯电缆要求具有大长度、多通道、宽频谱、抗恶劣条件干扰等特性,主要用于海底、陆路主干通讯网络,用途极其重要,各国对其的生产工艺都严格保密,目前高品质同轴通讯电缆只有美国、日本、法国、中国等少数国家能够生产制造。太阳能用汇流铜带是一种柔性优秀的精密带材,具有发展前景;

4、干式变压器带

干式变压器又称箔绕式变压器,具有结构紧凑、体积小、空载损耗小、抗短路能力强、热分布均匀、节省材料、无轴向力、制造工艺简单、使用寿命长、效率高、维修简单等一系列优点,是国外上世纪七十年代兴起的新技术,目前已在输配电工程中得到广泛使用,国外干式变压器应用比例高达35%以上,我国于1990年引进该项技术,并迅速推广应用,目前随着电力基础建设和房地产业蓬勃发展,干式变压器出现供不应求的市场局面,其关键部件绕组采用高精度高导纯铜带制造,并对纯铜带提出了较高的性能、精度要求,低压侧铜带要求宽达1.2米;

5、汽车水箱超薄铜带及水箱管料

据统计目前用于散热器的铜带占世界铜材总消费量的5%左右,是铜及铜合金板带材的重要品种。汽车工业对散热器材料的要求除使用性能、工艺性能外,关键是材料的成本。目前水箱散热材料的发展趋势是:在保证汽车使用性能的前提下降低车重、节约材料的用量、降低制造成本和油耗,提高市场竞争力。铜质散热器由于原料价格高、比重大不利于降低散热器的制造成本,对其直接的挑战是铝质散热器的开发使用,具相关人士估计铝-塑组合散热器的制造成本比铜散热器低20%,目前轿车的水箱向铝制水箱方向发展,但大多数载重汽车仍然使用结构紧凑、导热性良好的铜制水箱,但对水箱散热带及散热管用铜带提出了严格的要求;低铜高耐蚀铜水箱带硏制和产业在中国荷泽铜带有限公司取得了巨大成功;

.6、电子、电气用高导电纯铜板带材

高导纯铜在国外又称非合金铜,可分为韧铜、无氧铜、脱氧铜三大类,该类纯铜主要用于电气、电子及热交换器件,用途十分广泛,属于量大、面广的大宗产品,涉及板带材的各种规格,代表牌号有C11000(T2)、C10100、C10200(Tu1)、C12200(TP2)等。其中无氧铜是该类材料技术附加值最高的品种,加工制备技术标志着铜熔铸领域的最高水平,是电真空器件不可缺少的关键功能型材料,潜流熔铜技术出现,使无氧铜生产变得简单;

7、压延铜箔(RA铜箔)与电解铜箔(ED铜箔)相比具有更好的延展、耐热、导电、导热特性,性能稳定性,可以承受反复的弯曲变形,是制造柔性印刷电路板(FPC)等高档电子产品的关键材料,同时压延铜箔具有良好的电磁屏蔽性能,是高性能电子器材优良的屏蔽材料,在铜加工板、带、箔材中属于高技术产品。

近年来微电子技术飞速发展,印刷电路向多层化、积层化、功能化、集成化方向发展,市场对便携式电子产品需求量急剧上升,柔性线路板(FPC)市场需求猛增,主要用于计算机、移动电话、摄像机、笔记本电脑、喷墨打印机磁头等领域,目前市场需求总值约100亿美元,并向者更薄、更轻的高密度FPC方向发展,所需的压延铜箔向着薄型化方向发展,材质主要为无氧铜、韧铜等纯铜,尤其9μm以下的铜箔必须采用C10100高纯无氧铜制备,对铸锭纯净度、加工精度及表面处理要求极高,加工难度大,我国柔性线路板使用的压延铜箔几乎全部依赖进口,迫切需要建立压延铜生产基地;

.8、耐热高导电高铜合金板带材

该类材料主要用于制造电机转子、整流子、电气开关、电极臂等承受较高温度的高导电电气部件,主要合金系列有铜-银合金、铜-锆合金、铜-铬-锆、铜-铬合金,主要牌号有C10500、C15100、C18200、C18150,该类合金产品是重要发展方向;

9、热轧板材

热轧板材主要用于大型管板、管道、壳体、铸钢模具、结晶器壁板、冷却壁板的制造,其厚度从7mm到100mm不等,一般为600mm或1000mm左右的宽板,合金品种主要为:紫铜、黄铜、白铜,典型产品有高炉水冷壁板、铸钢结晶器板、连铸冷却器板、热交换器用白铜管板等,对公差、性能要求较低,对于采用热轧开坯的企业,该类产品是充分发挥热轧产能优势的短平快产品,而且目前如高炉冷却壁板、铸钢结晶器板等产品已形成年需求量近万吨的规模,并具有相当高的附加值。

10、冷轧板材

冷轧板材涉及所有板带材合金品种,规格范围大,厚度在0.3~6mm之间,宽度在300~1000mm之间,主要用于装饰、建筑、冲压制品、大型构件的制造,属于高精铜板带材中间工序产品,其精度、性能一般按国标即可满足,对于表面质量及公差精度要求较低,一般不存在板型问题,因此可以结合高精带材合金品种加以选择,以扩大项目规格覆盖范围。

表2.1中国 高精铜及铜合金带材主要品种市场现状及预测(万吨)

品种 当前 2015年 
接插元件用带材,其中

锡磷青铜带

黄铜带

其它弹性材料
 21

12

8

1
 55

20

30

5
 
电缆带 4 9 
变压器带 4 10 
水箱带(包括管料) 2.8 6 
引线框架带 2.2 10 
汽车端子带,其中

C26800

C194 NB105

C5191 C5210
 12.8

8.5

2.4

1.2
 19

11

4

1.9


2.2管材

铜及合金管材是重要的加工材品种,约占铜加工材的20~25%,世界铜管总产量在220~250万吨变化,消费量与产量基本平衡, 铜管材的重要品种有:



2冷凝管:人们从事冷凝管的生产和应用实践己有相当长的历史,冷凝管主要用火力发电机组、舰船、海水淡化、制糖、制盐、化工等行业中的管式热交换器,冷凝管常用合金有:内陆电站用HSn70-1、海滨电站用Hal77-2、舰船用BFe30-1-1、BFe10-1-1等,随着火力发电装机容量不断增加以及核电发展使冷凝管用量不断增加、冷凝管单根长度也不断增长,以60万千瓦发电机组为例共需14.6米冷凝管近400吨,海水淡化用BFe10-1-1管材长度已达18米,常用冷凝管规格为直径16——30、壁厚1.0——1.5毫米;冷凝管国内外目前都使用挤——轧——拉直条法生产,尚未实现盘式生产法;冷凝管的应用中铜及铜合金受到薄壁不锈钢管、钛管的挑战,但是它们的防污、防海洋生物生长的能力远不如铜,钛管的成本高也限制了它在冷凝管中的应用,所以铜及合金冷凝管仍然具有发展空间 。

(1)电站用冷凝管

冷凝管主要用管式热交换器,应用领域是火电、核电、海水淡化、舰船,其中电站用冷凝器管约占60%,其需术数量与国家发电装机容量增长紧密相关。

(2)海水淡化用蒸发和冷凝用铜合金管

海水淡化有膜法和热法两种,其中热法的蒸发和冷凝装置中大量采用铜合金热交换管,其中产水量1万吨/日装置需铜合金冷凝管300吨,国际上多级闪蒸法用白铜热交换管(BFe10-1-1、BFe30-1-1),每年达6万吨,低温多效蒸馏法用黄铜(HAl77-2)每年达3万吨,国内海水淡化装置中热法为低温多效蒸馏法,2020年前平均每年需要4500吨铝黄铜冷凝管(相当于每年新增15万吨/日产淡水能力)

(3)船用冷凝器(铁白铜冷凝管)

主要用在舰船用柴油机主机空冷凝气管材、船用汽轮机、润滑油冷却器、海水冷凝气、海水淡化冷却器、空气冷却器、润滑油冷却器、燃油冷却器、液压冷却器等舰船的关键组件上,其铜合金牌号根据冷却介质有不同的选择,主要采用铁白铜、锡黄铜等。产品规格多为常用规格,其质量要求较高,特别是军用舰只。

海水管系主要为铜镍合金材料, B10材料是一种能在海水中形成良好保护膜的耐蚀材料,由于它具有良好的综合性能和成功的实践经验,早已成为海水管系的传统材料。 B10在国内外各种海水管系中已被广泛采用。铝黄铜冷凝管规格较大,常用加热管规格为φ42~44×2×6000mm,连接管规格为φ56×6×6000mm。主要用于原油船用热交换管材,原油船由于原油粘度较高,而海上温度有时很低,需要将原油加热以便于输出。热交换用管材按照计算出的必要的换热面积敷设于油船的底部及四壁,用量较大。此外船用柴油机上使用的油冷器、水冷器上也大量使用铝黄铜冷凝管。

大口径加磷脱氧铜管是重要的船用管系材。



舰用BFe10-1-1海水管路

3建筑用铜水管:用于建筑中生活用水管、燃汽管、采暖管等,国外发达国家普及率己达85%,我国经济发达地区建筑用铜管的应用已开始推广,普及率约为20~25%,建筑用铜水管应用是不可逆转的,因为使用铜管输送饮用水可以消灭有害人类建康的细菌和微生物,这一功能是任何材料所不能替代的,此种用途的铜管均使用加磷脱氧铜品种,我国铜水管产业发展迅速,已经形成铜管生产、铜管件生产、铜管道家装等配套齐全的产业链,其中大口径铜水管生产尚需发展,大吨位挤压机挤压开坯——大吨位液压拉伸是传统方法,但是受到热穿孔办法的挑战,直径159——324毫米铜管的需求己经十分迫切。


蚊香盘及水道管

4导电用铜管:导电用铜管不如热交换用铜管那样引起人们关著,但其用量和用途的重要性也不能令人忽视,这类管材有感应电炉线圈、大电机长空芯导线、高能物理工程用粒子聚焦线圈、同轴电缆内导体,这类管材有园、方、矩形等多种,管材长度要求很长,长空芯导线、外方内园管均要求长度大于60米以上,电缆管要求千米以上,感应电炉用线圈多为方形管,也有偏心管,这类管材生产方法多为挤——轧——拉法,一般技术附加值较高,生产难度较大;铜包铝电缆管己问世,使性优于纯铜管,而且可节省60%铜,具有发展远景;

5铸钢结晶器管:这类管材用于方钢坯连铸结晶器,铸钢结晶器管直径大于90毫米,管材均为厚壁管,为制造整体结晶,需要直径大于660毫米大型铜管,常用合金有加磷脱氧铜,银铜,锆铬铜铜镍硅等,多用挤压—拉伸法生产;

6汽车同步器齿环管:用于制造现代汽车变速齿轮,这类管材是典型的热挤压产品,管材经切片后精锻成变速齿轮,常用合金为铜铝锰、铜铝镍等复杂黄铜、对合金的要术是高硬度和耐磨性,管材规格为直径50—140毫米、壁厚为5—10毫米,管材弯曲度要求严格,该类合金管材矫直困难,热挤压时应采取措施确保管材平直;现代汽车活塞轴套己开始使用硅磷黄铜管;

7轴承保持器管材:此类管材用于制造轴承保持器,常用合金有HPB59-1、QSi3-4-1.5等,常用规格是直径50——120毫米、壁厚7——10毫米,铜质保持器轴承主要用于重型机械、军工用轴承;

8热挤压管材:热挤压管材可直接在工程中应用,是重要的管材品种,它与冷加工管材相比数量比为1;3,此类管材中合金品种涉及所有牌号,典型产品有电真空无氧铜散热阳极(大直径厚壁管)紫铜结晶器坩锅管(带底、带法兰)、四大铝青铜管、复杂黄铜管;

。铜包铝和铝包铜管产品已经问世,並在空调和同轴电缆中推广使用,

表 2.2管材部份品种予测(万吨)

产品名称 当前用量 2015年用量 
空调管(含内螺纹、蚊香盘、光盘管) 40 65 
热交换器管(冷凝管、加热管、电站、舰船、海水淡化、海洋工程、石油化工) 4.0 7.0 
建筑水道管(水管、燃气管、采暖管、舰船海水管路等) 2.0 5.0 
导电类管材(电机空芯导线、粒子加速器聚焦线圈、感应加热和感应熔炼炉线圈、同轴电缆内导体、空芯母线、微波炉磁控管、波导管等) 2.0 3.0 
汽车同步器齿环管 1.5 4.0 
铸钢结晶器(园钢) 0.8 1.0 
纯铜挤制管(电真空管阳极、自耗炉坩锅、高压电器等) 0.5 0.8 
轴承保持器(铅黄铜) 0.5 0.8 
挤压铜及合金管(四大铝青铜管、复杂黄铜管、铜镍合金管) 2.5 3.0


2.3、棒型

铜及合金棒型材约占铜加工材总量的16——18%,棒型主要品种有挤压棒型和拉伸棒型,几乎涉及所有铜及合金牌号,其中易切屑合金棒占有很大比重,拉制棒中热点品种有:自动机用易切削棒、制锁棒、钟表棒、电气插头矩形棒等,铜及合金棒型材应用十分广泛,主要应用方向有建筑五金、输配电、汽车联接件、电力和电气开关、机械工程中联结件、自动机棒、重荷轴承等,重点产品当前需求,予测(表4.3)及发展方向是:

1、黄铜棒型

黄铜棒特别是铅黄铜棒型使用极为广泛,是建筑五金、阀门、卫浴、钟表、制锁行业所不可缺少的关健材料,也是再生铜直接生产铜加工材的重要领域,全国用量高达40万吨,当前潜流式水平连铸方法发展十分迅速;

2导电铜排、型材

又称铜母线,主要合金为纯铜、银铜等,产品用于変压器、电气开关、电机制造等方面,全国需求量约为40万吨,传统热轧、热挤压方法已迅速为连续挤压法所替代;大断面纯铜棒型产品仍沿用热挤压方法生产;

3、青铜棒型

主要为铝青铜和硅青铜产品,用于飞机、舰船等耐重负荷另部件,在国防工程中有重要应用;

4、高强高导电铜合金棒型——铜鋯铬

这种合金主要用点焊电极、滚轮。

电阻焊包括点焊、对焊、滚焊、凸焊等几种焊接方式,是种高效无污染的焊接方法,广泛用于车辆、船舶、飞机、家电轻工产品的制造领域。随着国民经济的高速发展,加工制造业规模不断扩大,电阻焊的应用日益广泛,据统计用于电阻焊领域的钢材目前已占到焊接结构钢总量的30%左右,尤其在低碳钢、镀锌钢板和低合金耐热钢的焊接方面,电阻焊的应用更为普及,用于制造电阻焊电极的合金材料的市场需求日益旺盛,开发适应市场需求、高性能的电阻焊电极合金产品,具有重大的商业价值和广阔的市场前景。

5、易切削黄铜棒和环保合金

这类黄铜主要是替代HPb58-2合金,也可以供热缎使用,是用量最多的捧型产品,也是再生铜原料重要应用领域,近年作为水暖阀门、电子元件等使用的棒型出口遭遇了绿色壁垒,对铜合金中的铅含量进行了严格限制,因此在黄铜中加入硅、磷、铋、碲、銻、硫、等元素的研究普遍展开,这些合金统称为环保合金,但产业化生产尚存在许多工艺问题;

环保合舍浴卫压铸另件


6、高导电、高切削性能棒型——碲磷铜
各国标准规定的无氧铜具有优良的导电性能,是电子、电力、电真空行业重要的关健材,然而它的切削性能极差,仅相当于切削性能100%的铅黄铜(HPb63-3)的15%,因此无法加工成精密的电子元件,特别是无法实现直径小于0.5毫米的深孔加工,如电真空行波管、前相波放大器中的电子枪,因此试制高导电、易切削铜合金材料成为国内外重点项目。


7纯铜棒型

主要合金有纯铜、银铜,产品多用于电真空、电机制造和电器开关,目前采用热挤压、连续挤压、液压拉伸等方法生产;

表2。3铜及合金棒型排重点品种需求及予测

产品名称 2007年需求量(万吨) 2015年予计(万吨) 用途 说明 
黄铜棒 40 60 五金、一般工程 铅黄铜、简单及复杂黄铜 
导电铜排 15 30 输配电 Tu1、Tu、T2 
纯铜棒型 5 8 电真空、开关 Tu1、T2 
青铜棒型 2 4 耐磨另件 铝青铜 
高强高导电棒型 0.8 3 焊接 铜-锆-铬合金 
环保合金 2 10 卫生用具 正在硏发 
高导电昜切削 1 2 电子 碲铜


2.4.线材

铜及铜合金线材广泛用于电子、电力、仪表、日用五金等工业部门,主要品种有:电力、通讯用纯铜导线、漆包线、高速列车用接触线、承力索、电子工业用无氧铜导线、眼镜架用锌白铜线材、汽车电气用黄铜导线、精密加工用电极线、圆珠笔芯用线材、集成电路引线、半导体管脚线、精密弹簧线、铆钉线、辐条帽线等,用量巨大品种繁多,在铜加工材中线材所占比例高达45%,居各种铜加工材产量之首。近年来随着我国国民经济的高速增长和人民生活水平的提高,铜及合金线材需求迅速增长,主要品种当前需求量及予测列入表5.4,未来产品发展方向是:

1发展铜线杆生产,满足纯铜导线增长的需求,特别是要严格控制再生铜线杆的产品质量,要确保铜的含量≥99.90%;

2发展高速列车接触线生产,使银铜、镁铜、锡铜特长接触线产业化,进一步稳是产品性能;硏发铜-锆-铬高速列车导线;


高速列车导线和承力索(镁铜)

3进一步发展超细、特种性能漆包线,重点提高产品档次,缩小与国外产品差距;

4发展合金线生产,重点是拉链线、电极线、特种焊丝、环保线,培育名牌产品;

5加强铜包铝线材产业化硏究,加强和扩大对产品应用的指导;

表2.4铜线关键品种需求和予测(万吨)

产品名称 当前用量(2007年) 2015年 说明 
铜线杆 320 460 线缆生产用 
电力用导线 200 250 电力线缆、电器用线 
漆包线 100 150 绕组线、高保真线 
接触线 2 10 高速列车、电力机车 
合金线 12 20 拉链线、电极线、焊丝 
铜包铝线 4 10 视频线缆、电脑


2.5铜箔

铜箔是指厚度小于0.05毫米的铜材,一般均为纯铜,铜又分为两种,一为压延铜箔,一为电解铜箔,前者具有良好的塑性,用于电气工业;当前中国和世界迅速发展的电解铜箔是电子工业的基础原材料,主要用来制作印制电路板和锂离子电池。目前由于计算机和现代通讯为代表的电子信息产业的迅猛发展带动了对PCB的大量需求,从而带动了电解铜箔产业的大发展。

我国电觧铜箔行业不断发展壮大,已成为世界上的重要生产国和国际贸易国,但是我国电觧铜产品多为35微米普通箔,技术含量低,国内市场已近饱合,而9、12、18微米和超薄、多层高档电觧铜又多靠进口,特别是这种产品技术含量高,多受国外控制;为满足电子信息产业发展,加快电子基础材料国产化进程,替代进口,建设高档电觧铜箔、压延铜箔生产基地十分重要。

热点品种当前需求和予测列入表2.5

铜箔产品发展方向是:

1)压延铜箔向超薄、超宽、特种合金方向发展,其中急需0.02~0.05×450毫米纯铜箔,铍铜和康铜箔也需产业化;

2)电解铜箔产品的发展是稳定18μ大宗产品质量,降低成本,开发超厚超薄和特殊表面复合箔;

表2.5铜箔产品预测(万吨)

产品名称 当前需求(2007年) 2015年 用途 生产方法 
压延铜箔 0.1 0..9 电子,电力 多辊轧制 
电解铜箔 40 50 覆铜板,锂电池 电解沉积


2.6其它铜制品

1)热管

热管及由此而构成的热管换热器作为一种高效热交换器正在开拓它的应用领域。早在1942年美国的Gaugter就提出了热管的原理,热管换热器是上世纪七十年代发展起来的,经过几十年来科学家和科技人员的努力,不但使热管的理论不断完善,其应用也从原先的宇航热控制扩展到电子元器件散热、余热利用、新能源等诸多领域,并且取得优异的效果。

热管是热管换热器的一种高效换热元件,图1是吸液芯热管的典型结构图。它由管壳、毛细多孔材料(管芯)、蒸汽腔组成。热管制造的工艺很复杂,主要的工序过程是:首先将管芯放入管内,清洗并烘干后将其一端封闭,并抽成负压(1×10-1~-3),充入适量的工作液体,再将其密封。从换热角度可将热管分为三部分,即蒸发段、绝热段和凝结段。工作时,蒸发段中存在于毛细多孔材料中的液体(换热工质)受热则汽化蒸发,蒸汽在腔内流向凝结段,在此遇冷则凝结液化,凝结液在毛细抽吸力的作用下经管芯流回蒸发段。显然,蒸发是一个吸热过程,而凝结是个放热过程,在热管内由于毛细多孔材料的存在,工质自动地不断完成吸热蒸发–凝结放热的循环,不断地将热量从热管的一端传送到另一端,如图2所示。由于蒸发潜热很大,因而可以在不大的温差下在热管两端传送很大的热量。绝热段在蒸汽通道中不承担换热任务,只是作为分隔冷源和热源的手段,因而可以按照需要任意设计其长短和分布形式。

热管是典型的铜制品,菅壳为铜管,管芯多为烧结的低松装比的铜粉,工作液体多为纯净水。


2)铜球

磷铜阳极球是一种新型电镀材料,用於电镀工业,主要应用印刷电路(PCB)生产过程中,在电镀生产时磷铜球作为阳极,它的阳极溶解所产生的铜离子沉积在电路阴极板上,形成了人们设计的线路和图案,阳板球的质量对被电镀的另部件致关重要,磷阳极球除在PCB中应用外,还在五金、装饰行业中应用。

十五期间我国PCB发展迅速,年增长速度达22%,产量居世界第四位,铜阳极球的需求量己达20000吨/年;

国内外阳极球生产已引起企业界高度重视,现已产业化生产,国外主要生产企业有美国AB、印度Citizen、意大利KME、韩国大昌等;国内有广東西江电子铜材有限公司等六家,产能达2。5万吨,其中西江集团产能达9000吨/年,市场占有率达60%,国内印刷电路板企业众多,不完全统计达63家;我国印刷线路板的产量己居世界第二供,为磷铜球阳极的需求提供了基础。

磷铜阳极球品种及生产技术

国内外磷铜阳极球的化学成份和牌号为:

美囯(UNS)C10100(无氧铜、CU99.99)、C12200(磷铜、CU99.99、磷0.015—0.04)

C81200(磷铜、铜99.90、磷0.045—0.065%)

磷的加入可保证铜的均匀溶觧、铜离子释出稳定均匀,因此国内外目前都采用含磷0.045-0.06%的磷铜作为标准成份。

品种:直径25毫米、28毫米、装包装25公斤,质量要术:化学成份均匀,铜球表面光滑,不应有起皮、夾层、杂质等;


三、中国铜加工工艺与装备进展

我国铜加工技术与制备总的评价应该是:先进与落后并存,代表性铜加工企业如中铝洛铜等,技术与装备已进入国际先进行列;而广大的中小企业,其技术与装备还停留在上个世纪70年代水平,由此形成了我国铜加工工业大而不强、大而不精的现状,造成了国民经济所需高、精、尖产品主要依靠国外进口解决的被动局面。

3.1改革开放以来,我国铜加工工业重要的技术进步有:

①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。传统的、经典的铜加工分为合金熔炼与铸造、热加工、冷加工三段式。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。

②光亮铜线杆连铸连轧技术和机列是铜加工材连续化生产的最成功的范例,现已经成为线坯生产的主导方法,取代了线坯锭铸造横列式轧机热轧(黑杆)高能耗、高耗铜、低质量、污染环境的陈旧工艺和装备。我国光亮铜杆生产技术包括有:轮式连铸、履带式连铸、上引连铸等多种;合金熔炼包括有感应熔炼、竖炉熔炼、真空熔炼等,以满足不同生产的需求。

③高精板带材带式生产法迅速取代了块式生产法,为提高产品质量、生产效率、改善环境打开了广阔的空间。这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。

④管材卷式生产法已成为我国管材生产的代表性先进技术,其中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。

⑤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。

3.2技术装备

国产铜加工技术装备由于具有优良的性价比,可以显著降低项目投资,避免项目高投入,正逐步被铜加工企业所采用,完全依靠引进国外技术装备的局面正在被改变;经过十几年艰苦努力,铜加工装备科硏、设计、生产行业已完成从辅机到主机、从单体设备到整条生产线、从仿制到创新等过程的重大转变,不但武装了中国铜加工业,而且深受世界各国铜加工企业欢迎,重要的技术装备进步有:

(1)、铜及合金感应熔炼装备

中国铜及合金感应熔炉已潜流化、联体化,取消了金属流槽转运方式,具有结构简单、节能、环保等突出特点,在上引连铸、水平连铸、半连续铸坯等生产中被普遍采用,这是熔炼炉生产技术的革命化变革;

(2)、板带材生产中热轧机列、粗轧机、中轧机、精轧机列等均己国产化,其中高精带材四辊轧机已被普遍采用;多辊轧机研发也取得重大进展;轧机的自动化水平已进入国际先进行,关键另部件质量水平与国外差距正在不断缩小;

(3)、管棒型线生产设备已基本国产化,中国制造的高精度铜生产装备:铸管——行星轧制——盘拉——内螺纹管成型生产线全套设备,在国际上享有盛誉;周期式、长行程、环孔型、高速轧管机生产和水平已走在世界前列,在线感应退火、通过式保护气体退火、拉伸-校直-抛光-切断联合精整机列等现代管棒生产装备均已国产化;多线、多模、高速、连续式大、中、小、微拉絲机及漆包机列已全部国产化;

(4)为适应铜线杆连铸轧生产,国产连铸轧机列及生产线硏发和产业化取得重大进展,竖炉(或反射炉)熔铜、氧化、还原——轮式铸造——平立辊粗轧——Y型轧制精轧——纯化——自动收卷等生产线已普遍应用;

四、中国铜加工技术创新(新工艺和新技术)成绩卓著

节能、环保、提高产品质量和成品率、增加品种、降低生产成本、减少在建项目投入、提高经济效益、实现生产过程的连续化、自动化、智能化、精细化等是铜加工技术创新的重要方向和目标。

生产方法的变革在铜加工中占有突出地位,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,因此压缩热加工、缩短工艺流程,成为铜加工工作者重要奋斗方向。

短流程技术的发展是中国铜加工最大的亮点

表1中国铜加工短流程工艺一览表

  项目名称 工艺流程 坯料来源 产品 效果 
1 内螺纹管生产 水平连铸管坯-行星轧制-连拉-盘拉、直拉 水平连铸管坯 空调管、水道管 产业化、世界领先水平 
2 外翅片管生产 连铸-行星轧-旋轧 铜管坯 高效散热管 产业化 
3 无氧铜生产 上引连鋳 电解铜 水道管´带坯 产业化 
4 纯铜管生产 上引连铸-冷轧管(环孔型)——拉伸 上引管坯 工业管   
5 合金管生产 上引、水平连铸——冷轧管(环孔型) 上引、水平连铸—— 黄铜工业管   
6 无氧铜带生产 水平连铸——高精冷轧 连铸带坯 工业带、变压器带、光伏带、压延箔水葙带   
7 无氧铜带生产 上引带坯——高精冷轧 同上 同上   
8 同上 上引杆——连续挤压——高精冷轧 上引杆 同上   
9 合金带生产 水平连铸——高精冷连轧 连铸带坯 锡磷带、锌白铜带、H65带;水葙管带、接插元件带、工业带   
10 无氧铜棒型线 上引杆——连续挤压 上引杆 铜排、异型排、工业材   
11 铜铝复合排 连铸——复合拉伸 铜管、铝棒 导电铜排、母线槽   
12 铜包铝管 行星轧制复合 铜管、铝管 同轴电缆内导体 外铜内铝 
13 铝包铜管 同上 同上 空调管、内螺纹、水道管 外铝内铜 
14 合金线 上引线坯——线材拉伸 上引杆 工业线、锌白銅、锡磷、黄铜   
15 合金棒 多面潜流连铸 合金再生料、废杂铜 卫浴、五金件   
16 铜球生产 冷旋轧 铜杆 电镀用阳极   
17 异型带生产 上引异型坯_-高精冷轧 上引连铸坯料 大功率框架   
18 同上 连挤_-高精冷轧 上引杆 同上   
19 异型线生产 上引-连挤-冷拉 上引杆 高速列车导线  


“十五”期间中国铜加工在生产方法的创新中取得了重大进展,其中三大技术的发展为中国铜加工方法的变革提供了有力的技术支持,这三大技术是:

4.1、中国技术创新三大技术

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;中国不但连铸技术不断创新,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在试制中


鋳锭水平连铸

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度,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,而且轧制产品具有表面不氧化、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作出了突出的贡献,目前形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;


国产行星轧机

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度,从而实现了金属动态再结晶,中国发展了这种这技术,在铜加工连续挤压中作出了重大贡献,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,这些成果是由大连交通大学和铜加工企业共同完成的,目前中国铜加工连续挤压技术和装备已居世界领先水平。


中国正努力发展节能、环保、短流程有色金属加工艺,短流程生产工艺是中国铜加工的一大亮点,对发展铜加工技术出了重大贡献、技创新活跃,主要项目有:

使用水平连续铸造管坯——行星轧制——盘拉光管,经行星球模旋压成高精内螺纹盘管,产品具有小直径、薄壁厚、复杂齿型、高清洁度、高散热、节材、适应环保致冷剂等特点,产品质量、生产技术都处于世界领先水平。该项技术创新突破了铸造管坯不能生产薄壁内螺纹管的技术观点,使铸造管坯——行星轧制——盘管拉伸——行星球模辗压内螺纹管技术迅速在中国形成一个强大产业,在世界精密铜管生产技术中占有重要的地位,并且迅速取代了热挤压——周期轧制——盘拉生产方法;目前空调管正向大盘重、高度自动化、连续化方向发展;我国铸——轧精密铜管生产技术装备已整条生产线出口;

2、潜流式熔炼、保温炉联合炉组

该项创新突破了铜及合金熔炼铸造生产中铜液依靠中间流槽转运的固有模式,使熔炼炉和保温炉联为一体,形成联体炉形式,从而根除了金属液体转运过程中金属氧化、吸气的弊端、特别是熔炼黄铜时氧化锌的挥发,保护了环境;潜流式联体炉的出现简化了熔炼、保温炉的结构,推进了熔炼铸锭生产的连续化和自动化。这项创新成果已广泛地用于铜及合金带坯、棒坯、管坯、线坯水平连铸生产,也用于管材、线材上引式铸造。生产的合金品种有紫铜、无氧铜、黄铜、青铜、白铜。潜流式联体炉在中国的铜加工行业中已普遍应用,收到了节能、节材、环保、缩短生产工艺流程等明显效果;特别在无氧铜生产中发挥重要作用,650毫米水平连铸无氧铜根列已国产化。
3、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,这项技术已经产业化。

4、多线上引铸造大直径铜管

大直径铜管是重要的水路管材,用于建筑水道管、海水管路等多方面。传统方法为挤压——拉伸和热轧穿孔——拉伸方法,其产品成本高、生产工艺流程长。近年来中国开发了多线上引铸造大口径铜管新方法,可直接铸造直径大于φ120毫米铜管,一次可同时铸造6线,铜管长度不受限制。经过冷拉伸之后可生产工程技术界所需求的大口径、薄壁铜管。产业化生产实践表明这项生产方法具有生产流程短、成品率高、产品成本低、生产线建设投资少等明显优点。

5、板坯整体铜结晶器的制造

连铸钢板坯铸造用结晶器一直沿用拼装组合方式,即使用四块厚铜板加工组合而成。其缺点是制造周期长,使用寿命低,铸钢速度低。为此,中国铜加工业开发了整体铜板式结晶器的制造技术,断面尺寸已达200×500~600毫米。板坯整体结晶器的制作,采用大直径铜管经特殊液压成型,结晶器具有规定的锥度和弧度,使用实践表明,这种结晶器铸钢速度和钢坯质量明显优于组合式结晶器,深受国内外冶金行业欢迎。该项技术和产品都居世界领先水平。
6、水平连铸带坯电磁搅拌技术

锡磷青铜带材是重要的弹性元件和电联接件材料。世界各国普遍使用水平连铸带坯—高精冷轧方法生产。但是带坯柱状晶发达、金属锡偏析和反偏折严重,导致带材生产中出现各种缺陷。如何提高带材质量和成材率,是世界各国铜加工工作者重要的攻关课题。其中使用电磁搅拌技术改变带坯结晶组织成为重点方向。“十五”期间,中国首先实现16×450毫米锡磷青铜带坯结晶过程电磁搅拌,使锡磷青铜带坯晶粒细化,塑性提高,石墨模具使用寿命延长,带材成品率提高,该项技术已处世界领先水平。2006年该项技术在锡磷青铜和锌白铜650毫米带坯上应用情况良好。

7、铜及合金连续挤压技术产业化

使用铜线杆经过连续挤压(又称康夫姆方法)直接生产各种扁线、型线方法,具有工艺流程短、成品率高的明显优点,目前在中国迅速产业化,已经完全取代了传统的轧制方法,其生产技术和装备已处世界先进水平,其生产品种正在不断地扩大(如异型电工材、黄铜异型线、铜排等)。


630连续挤压310毫米宽带无氧铜坯

8、铜合金管材盘式生产技术

铜合金管材盘式生产法具有生产连续化、自动化、成材率高等特点,特别是在铜合金冷凝管生产中具有广阔的应用前景。中国在使用水平连续管坯,经行星轧制和盘拉生产白铜冷凝管技术上已取得重大进展,正在向产业化方向推进。

9、铜排卷式生产法产业化

绍兴力博集团建成了自动化、连续化生产线,采用上引直径22毫米铜杆盘卷,经过大连交通大学研制的400毫米连续挤压机挤制成动10х1250毫米导电铜排,卷重4~6吨,再经50吨液压拉伸机自动拉伸、校直、切断成用户所需长度的铜排,产品质量完全满足标准要求,成品率高达90%,单位电耗为500度/吨,生产线投资不足400万元人民币,年产铜排7500吨,这种生产方法和技术具有自动化、连续化、节能、环保、节材、低成本等突出优点,是对目前国内外普遍采用的热轧、热挤压开坯—冷加工生产方式的革命化变革,形成了具有自主知识产权的新技术;该项成果己通过省级鉴定。

10、铝包铜管材、铜包铝管复合技术

该项技术创新由常州兴荣高科技有限公司完成,其技术核心是将外铝内铜套管经行星轧制法实现冶金复合,然后采用盘拉方法生产各种铜铝复合管、内螺纹铜管,为空调、建筑用水管、电缆产品节省用铜开拓了新的途径,填补了复合技术的一项空白,该技术处于世界领先水平,该集团已建成自动化生产线,向产业化生产推进。

11、铜球冷轧技术

北京科枝大学研发的铜球冷轧技术、在中国铜加工企业研发的电子异型带生产技术等,在产业化生产中发挥了重要作用。

12、铜铝覆合排生产技术取得重大进步,北京华北华铜电气有限公司产业化生产的铜铝覆合排己在配电柜中应用,受到用户好评。

四、中国铜加工发展战略

综上所述,新型材料发展趋势是:高、精、尖、功能化、智能化;产品发展向高精度、高表面、性能高度一致化方向发展;新工艺正向节能、环保、低炭连续化、短流程方向发展。

国内外有色金属新材料和新技术发展正处旺盛时期,谁拥有先进技术和不断推出新材料、新产品、新技术,谁在市场竞爭中谁就拥有主动权。中国铜加工发展战略建议如下:

1、中国铜加工业规模、产量、铜材消费量已居世界第一位,同时也是世界上最大铜材进口国和重要的铜材出口国;然而中国铜加工业大而不强、大而不精、生产管理粗放、技术经济指标低下、技术和装备先进与落后并存,产品质量一致性差等现状并沒有根本改变,特别是铜加工原料短缺,原辅材料价格上涨,进一步压缩了铜加工盈利空间,为铜加工产业持续发展,建立创新型铜加工产业,在今后十年内,力争把中国铜加工业建成节能、节材、环保、高效、生产技术先进、产品质量优良、管理精细的创新型铜加工产业,其重要的发展战略如下:

2、充分利用中国市场经济迅速发展为铜加工提供的资金和市场的历史机会,打造以东南沿海、长三角、珠三角、环渤海、国企改型、原料产地为主体的铜加工产业基地;

3、现有铜加工企业都应加强以改善和提高技术经济指标、提高产质量为目标的现代化精密管理,防止粗放式经管;

4、所有在建工程都应选择国内外先进技术和装备,力求降低项目投资、如期完成、尽快形成能力,防止重复引进和建设;

5、高度重视技术创新,发展以短流程、节能、环保、¸高效的生产技术,建设连续化、自动化、专业化生产线;重要产业创新技术有:潜流式铸造、连续挤压、管材行星轧制等;

6、重点攻关方向有:再生铜直接利用技术、合金管材盘管拉伸,高效传热铜管生产技术及品种、环保铜合金开发、引线框架带材生产技术和品种开发;高性价比铜加工装备及整条生产线装备开发;

7、加强信息、标准等硏发工作,为铜加工业发展服务。

  • 除气块

    除气块

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  • 金属硅

    金属硅

    铜合金炉料

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  • 铜锆中间合金

    铜锆中间合金

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  • 铁铜中间合金-CuFe10

    铁铜中间合金-CuFe10

    铁铜中间合金

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  • 铜合金高温助溶剂-DCZRJ

    铜合金高温助溶剂-DCZRJ

    助溶剂类

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  • 鳞片石墨

    鳞片石墨

    矿物原材料

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  • 纯金属铋锭-Bi99.99

    纯金属铋锭-Bi99.99

    铜合金炉料

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  • 铜铬中间合金-CuCr10

    铜铬中间合金-CuCr10

    铜铬中间合金

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  • 铜硼中间合金-CuB5

    铜硼中间合金-CuB5

    铜硼中间合金

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