能減排的道路上闊步前行
——2011年中國銅加工回首

□文/王碧文

能減排的道路上闊步前行
——2011年中國銅加工回首

On the Energy Saving Road Stride Forward

□文/王碧文

2011年對中國銅加工業(yè)乃至世界銅工業(yè)都是平常的一年，影響銅加工業(yè)發(fā)展的因素錯綜復(fù)雜多變，世界經(jīng)濟不景氣致使國際貿(mào)易很難有所作為，銅價變化己遠超出常規(guī)的判斷。在世界發(fā)達國家銅加工業(yè)裹足不前、技術(shù)發(fā)展無可圈點的年份里，中國銅加工業(yè)依然穩(wěn)定地保持在至少增長15%。中國銅加工技術(shù)創(chuàng)新活躍，特別是銅加工短流程工藝迅速發(fā)展普及并走上產(chǎn)業(yè)化道路，與國外發(fā)達國家傳統(tǒng)工藝相比，取消了熱加工序和鑄錠工序，從而節(jié)能三分之一以上，并根除了相應(yīng)的環(huán)境污染。中國銅加工短流程工藝的技術(shù)進步和成果受到工業(yè)和信息化部以及有色金屬工業(yè)協(xié)會的高度重視，已被列入有色行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)指南，對推廣短流程工作起到重大推動作用，中國銅加工也將在節(jié)能減排的道路上迅跑。

銅加工短流程生產(chǎn)工藝，是中國銅加工技術(shù)創(chuàng)新的最大亮點，生產(chǎn)方法的變革在銅加工中占有突出地位。

近百年來，國內(nèi)外銅加工工藝一直為傳統(tǒng)方法所籠斷。傳統(tǒng)經(jīng)典的銅加工方法是三段式，即熔煉鑄錠——熱加工——冷加工，其中熱加工藝有熱擠、熱軋、熱鍛等，這些工序?qū)е履芎?、污染環(huán)境、降低成品率、增加生產(chǎn)成本和設(shè)備投資，因此取消和壓縮熱加工工序、發(fā)展短流程工藝，成為銅加工工業(yè)重要奮斗方向。

取消和壓縮熱加工工序，隨之也取消了傳統(tǒng)的合金熔煉鑄造，從而節(jié)省了能源消耗，根除了污染源。然而金屬熱變形改變鑄造組織的優(yōu)勢不能取消，而是由于采用新的變形方法，充分利用變形熱，實現(xiàn)了常溫下“熱變形”，如行星軋制技術(shù)和連續(xù)擠壓技術(shù)，都是充分利用了摩擦力做功。

中國銅加工短流程工藝一覽表

所謂銅加工短流程工藝，就是在確保產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境友好、節(jié)省能源、減少建設(shè)投入的前提下的創(chuàng)新型工藝，其中最成功的范例是：美國最先興起的銅線桿連鑄連軋工藝和中國的空調(diào)內(nèi)螺紋管生產(chǎn)技術(shù)。當前銅加工短流程工藝，在中國正在迅速發(fā)展并產(chǎn)業(yè)化，為推動銅加工技術(shù)進步做出了重要貢獻（表1）。

一、中國銅加工在生產(chǎn)方法的創(chuàng)新中取得了重大進展，短流程生產(chǎn)技術(shù)重大創(chuàng)新有：

1. 連續(xù)鑄造技求

中國連續(xù)鑄造技術(shù)主要有上引和水平連鑄，可以生產(chǎn)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(xù)鑄造爐組均為聯(lián)體爐，潛流式金屬熔體轉(zhuǎn)運，取消了金屬流槽，防止了金屬轉(zhuǎn)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(fā)成動電磁攪拌技術(shù)，改變了帶坯結(jié)晶組織，提高了表面質(zhì)量，延長石墨結(jié)晶器的壽命；中國不但在連鑄技術(shù)上不斷創(chuàng)新，而且以潛流聯(lián)體爐為主的連鑄機列的裝機水平也進入國際先進行列，現(xiàn)已為國內(nèi)銅加工行業(yè)普遍采用；連續(xù)鑄造品種正在不斷擴大，上引連鑄已產(chǎn)業(yè)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已產(chǎn)業(yè)化。

2. 行星軋制技術(shù)

這種技術(shù)是互成120度角配置的三軋輥自轉(zhuǎn)、同時又繞軋制線公轉(zhuǎn)從而形成對管坯復(fù)合軋制，其特點是管材冷軋時，依靠變形熱自身加熱，變形區(qū)溫度可達700℃~850℃，此時相當于熱加工狀態(tài)，從而實現(xiàn)了動態(tài)再結(jié)晶，行星軋制后的管材質(zhì)量與熱擠壓相同，而且軋制產(chǎn)品表面不氧化、大長度、成卷，可直接進行冷加工，為管材盤式生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，成為鑄造管坯直接冷加工的關(guān)鍵技術(shù)，在改變鑄造組織方面做出了突出的貢獻，目前行星軋制技術(shù)在中國制管業(yè)中已普遍采用，行星軋制生產(chǎn)線已高度自動化、專業(yè)化，裝機水平已處國際先進；這種技術(shù)的出現(xiàn)、成熟、產(chǎn)業(yè)化，使銅及合金管材生產(chǎn)方法發(fā)生了重大變革；特別是還形成了銅鋁復(fù)合的新方法。

圖2 行星軋制

3. 連續(xù)擠壓技術(shù)

這種技術(shù)在國外又稱康夫姆法，此法實質(zhì)是特長的金屬線坯在摩擦輪的強迫送進之下，金屬從?？字兴苄宰冃瘟鞒?，變形熱使金屬本身加熱，變形區(qū)溫度高達600℃~800℃，從而實現(xiàn)了金屬動態(tài)再結(jié)晶，中國發(fā)展了這種技術(shù)，在銅加工連續(xù)擠壓中做出了重大貢獻，實現(xiàn)了銅及合金棒、型、線多品種連續(xù)擠壓，特別是完成了擴展連續(xù)擠壓的技術(shù)創(chuàng)新，形成了以銅線桿為坯料的銅材生產(chǎn)新技術(shù)，導(dǎo)致了銅及合金棒型線生產(chǎn)方法的重大變革，這些成果是工連續(xù)擠壓技術(shù)和裝備已居世界領(lǐng)先水平。

圖1 上引和水平連鑄

圖3 連續(xù)擠壓

4. 傳統(tǒng)的三級式銅及合金生產(chǎn)方式正在被打破

生產(chǎn)工藝流程進一步縮短，為節(jié)能和提高生產(chǎn)效率提供了廣闊的發(fā)展空間。目前熱加工工序正不斷地被壓縮和取代，臥式水平連續(xù)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(diào)管，內(nèi)螺紋管、合金線材、錫青銅帶材等熱點產(chǎn)品的主要生產(chǎn)方法，對我國銅加工節(jié)能、降低產(chǎn)品成本、節(jié)省項目投資成本起到重要作用。

5. 高精板帶材帶式生產(chǎn)法迅速取代了塊式生產(chǎn)法

這種生產(chǎn)法為提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、改善環(huán)境打開了廣闊的空間。兩種方法的根本區(qū)別在于板帶材生產(chǎn)中被加工的工件是帶卷還是板塊。高精板帶卷式生產(chǎn)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(xiàn)了銅板帶生產(chǎn)的自動化、現(xiàn)代化，達到了生產(chǎn)高效、節(jié)能、節(jié)材、高質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)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(huán)境。

6. 管材卷式生產(chǎn)法已成為我國管材生產(chǎn)的代表性先進技術(shù)

空調(diào)器用高效散熱內(nèi)螺紋銅管生產(chǎn)技術(shù)已走在世界前列。我國銅盤管生產(chǎn)技術(shù)的特點是管坯生產(chǎn)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(jīng)完全產(chǎn)業(yè)化，適應(yīng)不同的投資和生產(chǎn)規(guī)模，推動了銅管生產(chǎn)的技術(shù)進步。

7. 在線檢查技術(shù)發(fā)展迅速

銅加工材生產(chǎn)過程中重要工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的在線檢查技術(shù)發(fā)展迅速，使銅加工材的尺寸精度、表面和內(nèi)在質(zhì)量水平進一步提高，生產(chǎn)過程自動控制成為現(xiàn)代銅加工生產(chǎn)的重要標志。

8. 銅及合金再生資源利用

該項技術(shù)創(chuàng)新共包括兩項內(nèi)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(guī)定紫銅標準，然后銅液進入輪式鑄造和軋制機列，最后產(chǎn)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(dǎo)線生產(chǎn)。上述銅線桿生產(chǎn)機列年產(chǎn)量可達3～6噸，生產(chǎn)機列價格低廉，在中國已被廣泛應(yīng)用，迅速取代了落后的熱軋銅線桿生產(chǎn)方法。其二為合金雜銅再生。合金雜銅化學(xué)成份復(fù)雜，一直是再生技術(shù)的難點，傳統(tǒng)的再生技術(shù)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(shù)生產(chǎn)易切削黃銅棒型材，直接供鐘表、制鎖、閥門行業(yè)使用；寧波金田銅業(yè)集團已實現(xiàn)64線多面、潛流式水平連鑄黃銅棒、型、管，這項技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，被譽為中國“金田法”。

圖5 多面潛流鑄造