廢銅、廢鋁在電纜工業(yè)中的優(yōu)化再生制桿及利用

黃崇祺

(上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，“十一五”期間電纜工業(yè)獲得了快速的發(fā)展。至2009年末，年產(chǎn)值已達(dá)到7000多億元，銅、鋁導(dǎo)體年用量分別為440萬(wàn)t和近200萬(wàn)t。2009年電纜工業(yè)用銅、用鋁量分別占全國(guó)用銅、鋁總量的64%和13%，約占全球電線電纜銅導(dǎo)體產(chǎn)量的1/3(據(jù)CRU預(yù)測(cè)2010全世界銅導(dǎo)體產(chǎn)量將達(dá)1440萬(wàn) t)。

到目前為止，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的連鑄連軋生產(chǎn)線有20多條(其原料為電解銅)，產(chǎn)量在8～30 t/年不等，制作的銅桿能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求;國(guó)產(chǎn)的銅連鑄連軋生產(chǎn)線達(dá)200條，基本都是小產(chǎn)能生產(chǎn)線，以廢雜銅為原料制造銅桿，其銅桿質(zhì)量實(shí)在令人擔(dān)憂，多數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。如果按此生產(chǎn)方式——廢雜銅不經(jīng)規(guī)范的預(yù)處理，又用落后的精煉工藝，加之落后的國(guó)產(chǎn)連鑄連軋生產(chǎn)線，則必然生產(chǎn)出一大堆不合格產(chǎn)品。因此技術(shù)升級(jí)迫在眉睫，商機(jī)也一目了然。由贛州江鎢新型合金材料公司從西班牙普羅佩茨-拉法格公司引進(jìn)的廢雜銅直接再生制桿的連鑄連軋生產(chǎn)線，其銅桿可以穩(wěn)定生產(chǎn)，質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 廢雜銅直接再生須質(zhì)量過(guò)關(guān)否則得不償失

雖然國(guó)際上廢電線電纜的回收再生利用已有幾十年的歷史，但也沒(méi)有像我國(guó)由于采用直接再生銅桿而在電纜行業(yè)產(chǎn)生那么嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。隨著廢銅、廢鋁的使用量增加，其回收技術(shù)也在不斷完善。廢銅、導(dǎo)體在電纜工業(yè)中可以占居一定的市場(chǎng)份額，只要銅桿質(zhì)量達(dá)標(biāo)，會(huì)在50%以上(當(dāng)然不可能完全取代電解韌銅桿)。因?yàn)橹袊?guó)缺銅，所以需進(jìn)口廢銅和國(guó)內(nèi)回收銅資源。直接再生利用可以省去制造陽(yáng)極和電解提純這兩道工序，從而節(jié)省能源。但由于生產(chǎn)的銅導(dǎo)體導(dǎo)電率不合格，在使用中因電阻增加發(fā)熱。這就形成上游制造節(jié)能，而在下游使用中造成更大的電能浪費(fèi)，且埋下了事故隱患，實(shí)屬得不償失。

2 我國(guó)電纜工業(yè)須重視廢電線電纜的回收

到“十二五”期末，我國(guó)電纜工業(yè)銷售規(guī)模將達(dá)到11000～12000億元，年均增長(zhǎng)6%～8%。由此預(yù)測(cè)，屆時(shí)銅、鋁導(dǎo)體用量分別可達(dá)590～640萬(wàn)t和290～320萬(wàn)t。這樣大的用量，其中必定需要大量質(zhì)量達(dá)標(biāo)的再生銅桿。

我國(guó)的廢雜銅直接再生制桿利用，落后國(guó)際先進(jìn)水平20多年。廢雜銅直接再生桿的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用其核心是質(zhì)量的突破。如果把廢雜銅直接再生桿的嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題解決了，那是利國(guó)利民，皆大歡喜的。廢雜銅直接再生制桿的質(zhì)量問(wèn)題是一個(gè)跨行業(yè)的系統(tǒng)工程，需要跨行業(yè)協(xié)作，共同組織實(shí)施才行。

現(xiàn)在世界各國(guó)注重環(huán)保，關(guān)注可持續(xù)發(fā)展。2003年歐盟開(kāi)始執(zhí)行“關(guān)于報(bào)廢電子設(shè)備指令”，規(guī)定設(shè)備制造商應(yīng)對(duì)報(bào)廢電子設(shè)備進(jìn)行回收，引起了世界各國(guó)對(duì)環(huán)保的重視。歐洲和日本的電纜工業(yè)十分重視資源再生利用。例如，日本日立電纜公司長(zhǎng)期努力開(kāi)發(fā)回收利用廢電線電纜的技術(shù)，從商業(yè)規(guī)模的電力部門那里回收廢電線電纜。從2000年開(kāi)始在全日本范圍內(nèi)建立從一般產(chǎn)業(yè)用戶那里回收廢電線電纜的回收網(wǎng)。然后利用重力分離和靜電分離機(jī)把廢電線電纜加以分類。由此可達(dá)到重新利用100%的銅和鋁，以及超過(guò)90%的高分子絕緣和護(hù)套材料。

3 廢銅直接優(yōu)化再生制桿及利用

為了解決直接再生銅桿的質(zhì)量問(wèn)題，下列一些要點(diǎn)或許在國(guó)內(nèi)外已獲得了共識(shí)，值得我們?nèi)ド罨芯亢筒扇∠鄳?yīng)的措施。

(1)到國(guó)外采購(gòu)廢雜銅不能光貪便宜，要針對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用要求、加工利用方式進(jìn)行采購(gòu)，否則將對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、加工難度和環(huán)境治理產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

(2)廢雜銅的預(yù)處理是重要的一環(huán)，否則嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加加工難度，要仔細(xì)“分揀”、“分類”、“分離異類金屬和有機(jī)物”，讓用戶按銅品位要求擇優(yōu)選擇，要修訂現(xiàn)有的分類標(biāo)準(zhǔn)。

(3)根據(jù)現(xiàn)有的國(guó)際先進(jìn)水平，用經(jīng)“三分”后清潔的廢雜銅直接再生利用，穩(wěn)定生產(chǎn)合格的電工用銅桿，廢雜銅的入爐(單一或者混合加料)平均品位對(duì)連續(xù)熔化、精煉和連鑄連軋的生產(chǎn)方式≥96%，而對(duì)批式熔化、精煉和連鑄連軋的生產(chǎn)方式≥94%，否則生產(chǎn)不穩(wěn)定，合格率低。因此對(duì)廢雜銅的預(yù)處理，確保原材料入爐品位是保證銅桿質(zhì)量的基礎(chǔ)。由此生產(chǎn)出的合格銅桿，其含銅量必須≥99.90%。否則首先是首要技術(shù)指標(biāo)導(dǎo)電率不合格，達(dá)不到100%IACS的標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)精煉工藝及其裝備必須升級(jí)換代是解決質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)鍵之一。要采用先進(jìn)的微合金化處理及其精煉劑;精煉工藝應(yīng)用先進(jìn)的過(guò)程控制技術(shù);采用先進(jìn)的連續(xù)式或批式熔化爐、精煉爐及其控制系統(tǒng)，目前老式的爐子不僅精煉效果差，而且爐子熱效率太低，爐渣中的含銅量高的竟達(dá)到百分之幾十，這樣必然浪費(fèi)能源，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)低下;必須配備符合環(huán)保要求的三廢處理系統(tǒng);采用爐前分析，對(duì)成分進(jìn)行監(jiān)控是有效的手段之一。

(5)連鑄連軋生產(chǎn)線是影響銅桿質(zhì)量的另一關(guān)鍵點(diǎn)。要采用先進(jìn)的連鑄連軋系統(tǒng)，減少大量人為操作引起的質(zhì)量問(wèn)題，其中特別是液位自動(dòng)控制系統(tǒng);連續(xù)非接觸式渦流和磁性探傷是銅桿在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)的最后一關(guān)，必須嚴(yán)格掌控;為便于銅桿外銷，緊捆繞桿機(jī)也是必不可少的裝備;連軋過(guò)程中氧化皮或粒子壓入銅基體和銅桿表面氧化膜的厚度直接影響銅桿“可拉性”差的質(zhì)量問(wèn)題。由此必須對(duì)軋輥材料(磨損的鐵微粒)清除外來(lái)的與外表的銅氧化物，并對(duì)清洗裝置進(jìn)行精心設(shè)計(jì)改進(jìn)。

(6)銅桿質(zhì)量評(píng)估體系的建立是勢(shì)在必行。在銅桿質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步以分級(jí)(等)辦法，分清銅桿質(zhì)量等級(jí)，為實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，促進(jìn)公平競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造條件。評(píng)估的依據(jù)和內(nèi)容應(yīng)包括①工藝性能評(píng)估——銅桿的“可扎性、可拉性和可退火性”，這“三性”應(yīng)選擇在合格的“驗(yàn)證生產(chǎn)廠”實(shí)行考核;②標(biāo)準(zhǔn)考核應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，為此要建立考核規(guī)范、制訂專用標(biāo)準(zhǔn)、明確方法和指標(biāo)。

(7)沒(méi)有先進(jìn)合理的管理制度，在再生銅桿生產(chǎn)過(guò)程中缺乏全過(guò)程真實(shí)的全面質(zhì)量跟蹤監(jiān)控是無(wú)法保證穩(wěn)定生產(chǎn)的，從而銅桿質(zhì)量也是不穩(wěn)定的。

(8)要整頓再生銅桿極其混亂的市場(chǎng)，絕不允許有標(biāo)準(zhǔn)不依。對(duì)再生銅桿實(shí)行市場(chǎng)準(zhǔn)入制度是必要的，為此應(yīng)制訂市場(chǎng)準(zhǔn)入規(guī)范，實(shí)行生產(chǎn)認(rèn)證，發(fā)放生產(chǎn)許可證。

4 廢鋁直接優(yōu)化再生制桿及利用

隨著我國(guó)電纜工業(yè)“以鋁節(jié)銅”的發(fā)展，可以肯定電纜行業(yè)鋁和鋁合金的總用量也會(huì)逐步上升。再生鋁導(dǎo)體的質(zhì)量(技術(shù)指標(biāo)和工藝性能)能得到保證，再生鋁和原生鋁在電纜工業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)有同樣的地位，這點(diǎn)與廢雜銅導(dǎo)體在電纜工業(yè)中的應(yīng)用地位與電解銅相比是不同的。

4.1 廢鋁再生制桿的特點(diǎn)

(1)廢鋁直接再生制桿沒(méi)有提純的作用，因此對(duì)廢鋁原材料成分的要求比較高。

(2)純鋁和鋁合金的再生處理必須分清、分開(kāi)，否則在管理和制品性能上將產(chǎn)生問(wèn)題。

(3)作為導(dǎo)電體的純鋁，為了保證第一關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)導(dǎo)電率，雜質(zhì)元素硅和鈦、釩、錳、鉻，必須要有針對(duì)性的分別處理。

(4)鋁導(dǎo)體的另一關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率又是互相矛盾的，因此必要時(shí)須另取處理措施。

(5)廢鋁表面往往有油污，因此精煉除氣(氫)必須注意，否則影響可軋性和可拉性。

4.2 電線電纜廢鋁的預(yù)處理

4.2.1 廢鋁的種類

工業(yè)純鋁——我國(guó)上世紀(jì)80年代以前，電線電纜的廢鋁都屬普鋁，含硅高，80年代以后由于我國(guó)自主創(chuàng)新了“稀土優(yōu)化綜合處理技術(shù)”，用99.7%的工業(yè)純鋁，就可達(dá)到電工級(jí)鋁的要求，這種廢鋁一般都達(dá)到99.7%純度的要求。必要時(shí)還經(jīng)過(guò)了稀土優(yōu)化綜合處理，其存在少量的稀土鈰，對(duì)以后的再生制桿有益無(wú)害。

電工用鋁合金——鋁鎂硅合金(相當(dāng)美國(guó)牌號(hào)6201)和鋁鎂硅稀土合金;鋁鋯合金;鋁鎂合金和鋁鐵合金(相當(dāng)美國(guó)牌號(hào)8000系合金)。

鋁包鋼線——其中的鋁包層，均用電工鋁桿經(jīng)連續(xù)包覆而成。

4.2.2 廢鋁的來(lái)源

①架空輸電線用架空導(dǎo)線(其中2/3為鋁，1/3為鍍鋅鋼線);②絕緣鋁電線電纜的線芯或護(hù)套;③繞組線用鋁線和扁線;④配電用鋁母排和絕緣鋁母線槽;⑤電纜屏蔽用編織線;⑥鋁包鋼雙金屬線。

4.2.3 電工用鋁桿對(duì)廢鋁原材料的要求

①?gòu)U鋁必須仔細(xì)分揀、分類和分離異種金屬;②廢鋁原材料的鋁純度≥99.7%(達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)鋁要求的純度);③廢鋁的雜質(zhì)元素硅、鐵、鈦、釩、錳、鉻要有明確的要求，以便在制桿工藝中采取有針對(duì)性的處理措施;④廢鋁的外來(lái)泥、油等必須除凈后才能出售和進(jìn)入下一工序的熔爐。

4.2.4 廢鋁的熔化、調(diào)整成分、凈化預(yù)處理和鑄成塊錠

經(jīng)過(guò)“三分”處理的廢鋁在熔化爐熔化、調(diào)整成分、凈化處理(除氣、除渣)。然后澆鑄成鑄錠，以便進(jìn)入連鑄連軋生產(chǎn)線使用。特別要注意的是，廢鋁不要直接進(jìn)入連鑄連軋生產(chǎn)線上的豎爐或保溫爐中使用，以減少對(duì)鑄、軋、拉的不良影響，避免產(chǎn)生桿、線的質(zhì)量問(wèn)題。

4.2.5 廢鋁二次重熔、控制成分、除氣、除渣和軋成電工用鋁桿

鋁或鋁合金連鑄連軋制桿是目前唯一的生產(chǎn)方式。經(jīng)預(yù)處理的廢鋁塊錠在這種生產(chǎn)線上進(jìn)行二次熔化、控制成分(或制造鋁合金桿)、除氣、除渣，制成符合要求的電工用鋁桿。上海電纜研究所自主創(chuàng)新的科研成果“稀土優(yōu)化綜合處理技術(shù)”，可直接變通應(yīng)用而獲得明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果;爐前快速分析是控制成分的有效手段之一;爐內(nèi)凈化處理和爐外凈化處理相結(jié)合對(duì)鋁液除氣、除渣有良好的效果;熔化爐采用電磁攪拌，可進(jìn)一步保證鋁液成分的均勻性(特別是制造鋁合金)，有利于再生鋁桿性能的均勻穩(wěn)定。

4.2.6 再生鋁桿的技術(shù)要求

再生鋁桿的技術(shù)要求等同于現(xiàn)行電工用鋁桿的技術(shù)要求:①可拉性——拉線斷頭率要低，線的表面質(zhì)量要好;②性能指標(biāo)——符合現(xiàn)行電工用鋁線(硬線、軟線)標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是在架空導(dǎo)線中使用的硬鋁線的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)廢雜銅直接再生桿的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用其核心是質(zhì)量的突破，但再生銅桿的質(zhì)量問(wèn)題是一個(gè)跨行業(yè)的系統(tǒng)工程，有關(guān)方應(yīng)加強(qiáng)協(xié)作，一致行動(dòng)，采取有效措施。

(2)廢電線電纜鋁導(dǎo)體的回收及再生利用應(yīng)建立跨行業(yè)的回收網(wǎng)，使這些廢鋁優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。