（材料加工工程专业论文）紫杂铜直接生产光亮铜杆工艺设计与精炼工艺探索研究.pdf

原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：i 蟒 日期：2 啦年且月五日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：4 年月日 中南大学工程硕士学位论文 摘要 摘要 经过缜密的市场调研和设计论证，本设计选用紫杂铜为原料，采 用成熟可靠的连铸连轧工艺组织生产，利用国产新型专利熔炼技术和 装备熔炼紫杂铜，生产出的光亮铜杆质量稳定，各项性能指标均完全 满足国标要求。设计中选配完善的炉前分析和产品检验等试验室设 备，使产品质量始终得到有效控制。本设计还针对紫杂铜熔化精炼过 程所产生的烟气成分复杂的特点，创新性地将烟尘经过二次燃烧、冷 却、急冷、除酸、吸附、除尘等多道工序，在充分利用热能的前提下， 有效去除烟尘所含各种有害物，防止二恶英的产生，使烟气达标排放。 通过对紫杂铜精炼工艺的探索和实践，形成系统的生产过程质量 控制措施，并创新性地在紫杂铜制杆生产中引入稀土精炼剂，进一步 提高精炼效率，改善光亮铜杆的导电性能和机械性能。深入探讨稀土 精炼剂对精炼过程的影响及其机理，确定稀土精炼剂的加入方式、加 入时机和加入量。 经过生产实践检验，本项目的工艺设计是成功的，经济效益及社 会效益显著。以紫杂铜为原料加工光亮铜杆，符合我国可持续性发展 战略和产业政策；选用性能价格比高、结构简单、操作维护方便、工 艺过程连续、计算机监控程度高、能够在线探伤的生产线，生产工艺 及设备选型合理，技术和装备水平达到国内领先水平；同时填补了国 内同行业的生产技术和装备方面的多项空白。采用本设计的精炼技术 和装备生产出的光亮铜杆导电率均大于1 0 0 i a c s ，延伸率大于 3 7 ，扭转试验到破坏不低于4 5 转，很受下游拉丝企业的欢迎。 本项目的实施将建成资源节约型和环境友好型的工业示范基地， 大大推动行业的发展。 关键词紫杂铜，连铸连轧，循环经济，稀土精炼剂，烟气治理 中南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t a c c o r d i n gt om e t i c u l o u sm a r k e tr e s e a r c ha n dd e s i g n i n ga r g u m e n t ， c o o p e rs c r a pw a su s e da sm a t e r i a l si nt h i sd e s i g n m e n t ，w h i c hp r o d u c e d w i t ht h ew e l l d e v e l o p e dc o n t i n u o u sc a s t i n ga n dr o l l i n g ( c c r ) t e c h n i c s ， as u i t eo fn e wp a t e n tt e c h n i ca n de q u i p m e n t sw a su s e df o rc o p p e rm e l t i n g a n dr e f i n i n g ，t h ec o o p e rr o dw a sp r o d u c e dw i t hw e l lq u a l i t y , a n da l l p e r f o r m a n c ei n d e xr e a c ht h eg bs t a n d a r d so fc h i n a i nt h ed e s i g n m e n t ， p e r f e c tb a t ha n a l y s i sa n dp r o d u c t i o nt e s te q u i p m e n tw e r ec h o s e nf o r p r o d u c tq u a l i t yc o n t r 0 1 f o rt h ec o m p l e xo f f - g a sc o m p o s i t i o ng e n e r a t e di n t h ep r o c e s so fc o p p e rs c r a p r e f i n i n g ，i n n o v a t i v ep r o c e s s e s ，s u c h a s a f t e r b u r n i n g ，q u i c kc o o l i n g ，a c i dr e m o v i n g ，a d s o r p t i o n ，d u s tr e m o v i n g ， c a ng e tr i do fi n j u r a n ti nt h eg a s ，w h i c hc o u l dn o to n l ym a k ef u l lu s eo f h e a te n e r g y , b u ta l s om e e tt h ee m i s s i o nc o n t r o lr e g u l a t i o n sw i t h o u t g e n e r a t i n go fd i o x i n s a sc o o p e rs c r a pr e f i n i n gt e c h n i q u e se x p l o r i n ga n dp r a c t i c i n g ，a s y s t e mo fm e a s u r e m e n t sw a sd e v e l o p e df o rq u a l i t yc o n t r o li np r o d u c t i o n p r o c e s s r e a re a r t h ( r e ) r e f i n i n gw a si n n o v a t i v e l yi n t r o d u c e di nc o p p e r r o dp r o d u c t i o n ，w h i c hc o u l di n c r e a s er e f i n i n ge f f i c i e n c ya n di m p r o v et h e c o n d u c t i b i l i t ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t y t h ee f f e c ta n di t sm e c h a n i s mo f t h er ei nr e f i n i n gp r o c e s sw e r ed i s c u s s e d ，t h em a n n e r , t h et i m ea n dt h e d o s ei np r o c e s so f a d d i n gr et ob a t hw a sa s c e r t a i n e d a f t e rt e s to f p r o d u c t i o np r a c t i c e ，t h ep r o c e s sd e s i g nh a sb e e np r o v e d t ob es u c c e s s f u lw i t he x c e l l e n te c o n o m i c p e r f o r m a n c ea n d s o c i a l e f f i c i e n c y r o di st a k i n gc o o p e rs c r a pa sr a wm a t e r i a l ，w h i c hc o n f o r m st o s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t a g e ma n di n d u s t r yp o l i c yi nc h i n a t h el i n e i sf e a t u r e dw i t hh i g hp r i c ep e r f o r m a n c er a t i o ，s i m p l es t r u c t u r e ，e a s yt o m a i n t a i n ，c o n t i n u e sp r o c e s s ，w e l l d e v e l o p e dc o m p u t e rm o n i t o r i n gs y s t e m ， i n l i n et e s t i n g t h et e c h n i ca n de q u i p m e n ts e l e c t i o ni sr e a s o n a b l e ，w h i c h f i l l ss e v e r a lb l a n ko ft h i sf i e l di nc h i n a t h er o dp r o d u c e dw i t hr e r e f i n i n gt e c h n i ca n de q u i p m e n ti nt h i sd e s i g n m e n ts h o w sg r e a tp r o p e r t i e s w i t ht h ec o n d u c t i v i t ym o r et h a n10 0 i a c s ，e l o n g a t i o np e r c e n t a g em o r e t h a n37 ，f a i l u r ei nt o r s i o nt e s tn o tl e s st h a n4 5c i r c l e ，w h i c hi sp o p u l a r i i 中南大学工程硕士学位论文a b s t r a c t w i t hw i r ed r a w i n g e n t e r p r i s ed o w n s t r e a m t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h i sp r o je c tw i l lc o n s t r u c tar e s o u r c es a v i n g a n de n v i r o n m e n tf r i e n d l yi n d u s t r i a ld e m o n s t r a t i o nb a s e ，w h i c hm a y g r e a t l yp r o m o t et h ei n d u s t r y sd e v e l o p m e n t k e yw o r d s c o p p e rs c r a p s ，c o n t i n u o u sc a s t i n ga n dr o l l i n g ， r e c y c l i n ge c o n o m y , r er e f i n i n g ，o f f - g a st r e a t m e n t i i i 中南大学工程硕士学位论文 目录 目录 摘要邑i a b s t r a c t 1 i 目录i 第一章文献综述1 1 1 光亮铜杆及其生产1 1 1 1铜的再生性能1 1 1 2采用紫杂铜直接生产的光亮铜杆及其用途1 1 1 3光亮铜杆质量对电线电缆产品的影响3 1 1 4我国光亮铜杆的生产现状3 1 2紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与发展5 1 2 1 我国紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与发展5 1 2 2 普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与进展6 1 3项目建设背景和理由6 1 3 1项目建设的必要性6 1 3 2建设单位的优势7 1 3 3项目建设符合企业自身发展的需要7 1 3 4项目建设的意义8 1 4课题研究的内容8 1 4 1本课题的研究意义8 1 4 2本课题的主要研究内容9 第二章利用紫杂铜年产1 0 万吨光亮铜杆的工艺设计一1 0 2 1确定产品方案与原材料1 0 2 1 1建设规模及产品方案的确定1 0 2 1 2原材料的确定1 1 2 2生产工艺选择16 2 2 1现状与发展1 6 2 2 2生产工艺方案比较16 2 2 3废紫铜再生工艺韵选择1 9 2 2 4氧化还原工艺的选择1 9 2 2 5生产工艺流程2 0 2 3选择生产设备2 0 2 3 1熔炼设备的选择2 0 2 3 2连铸设备的选择2 9 2 3 3连轧设备的选择3 3 2 3 4试验室设备的选择3 7 2 3 5机修设备的选择3 8 2 3 6烟气治理工艺及设备的选择3 9 2 3 7其它设备的选择4 2 2 3 8设备表4 3 2 4车间配置4 4 2 5公辅设施配套4 5 中南大学工程硕士学位论文目录 2 6技术经济测算4 6 第三章稀土对紫杂铜的精炼及光亮铜杆性能的影响4 7 3 1 引言4 7 3 2试验过程4 7 3 2 1实验材料4 7 3 2 2试验条件4 7 3 2 3试验方法4 9 3 3试验结果与分析5 1 3 3 1稀土对紫杂铜熔体精炼效果的影响5 1 3 3 2 稀土对紫杂铜光亮铜杆性能及组织的影响5 3 3 4本章小结5 9 第四章结论与建议6 0 4 1 项目原料定位、生产工艺及设备选型、设计水平评价6 0 4 2紫杂铜直接制造的铜杆可以达到国标要求6 0 4 3 本项目的创新点、经济效益及社会效益6 1 4 3 1采用紫杂铜为原料，符合我国可持续性发展战略6 1 4 3 2 采用熔炼炉组工艺技术熔炼紫杂铜，生产效率高，能耗低6 1 4 3 3 选用国产先进设备，降低建设投资，推动国产设备的研发及应用6 2 4 3 4工艺配置合理，物流顺畅，布置紧凑，节约用地6 2 4 3 5精炼后期添加稀土辅助精炼，进一步改善产品性能6 2 4 3 6 建立完善的质量跟踪监控体系，确保质量处于“在控”之中6 2 4 4本项目建成投产后对行业的推动作用6 3 4 5建议6 3 4 6结束语6 3 参考文献6 5 致j 射71 攻读学位期间主要的研究成果7 2 中南大学：【程硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 光亮铜杆及其生产 1 。1 1 铜的再生性能 铜具有许多优异的特性，最突出的性能是导电、导热、耐蚀和易加工成形 性。 铜的电位在正常电位序中是+ 0 3 4 v ，比氢高，是电位较正的金属。铜极耐 大气腐蚀，因在其表面可形成一层主要由碱式硫酸铜组成的保护薄膜。不含c 0 2 和o 的凝结水对铜实际不起作用。铜在淡水中的腐蚀速度很低( 约0 0 5 m m a ) o 铜的耐蚀性能决定了其可再生性较好，具有良好的循环再生性能，可多次 循环利用。在人类使用铜几千年的过程中，一直在利用铜可回收的优点。 在铜及铜合金制品寿命周期的任何阶段，都可对其进行回收，再生循环利 用。 1 1 2 采用紫杂铜直接生产的光亮铜杆及其用途 1 1 2 1 光亮铜杆及其用途 光亮铜杆又叫电工用铜线坯，直径为巾6 0 - - - 3 5 0 m m ，是供进一步加工线材 或其他电工用铜导体的。其技术要求，包括牌号规格、化学成分、尺寸公差、 电性能、力学性能、扭转性能和表面质量等要求，详见g b t 3 9 5 2 2 0 0 8 。自国 家明令禁止黑杆以来，目前市场上流通的铜杆主要为光亮铜杆，光亮铜杆按照 其含氧量的高低又可分为无氧铜杆和低氧铜杆1 2 , 3 1 。采用紫杂铜连铸连轧生产的 光亮铜杆( 即火法精炼的高导电铜杆简称f r h c 杆) 氧含量在1 5 0 5 0 0 p p m ， 属于低氧铜杆的范畴。 2 0 0 9 年我国光亮铜杆的产量3 6 5 万t ，消费量3 8 6 万t 左右。与2 0 0 5 年相 比分别年均增长9 9 与7 1 。2 0 0 5 - 2 0 0 9 年铜线杆产量和消费量见表1 1 。 表1 12 0 0 5 2 0 0 9 年我国铜线杆产量和消费量( 单位：万t ) 中南大学工程硕士学位论文第一章文献综述 在我国电线电缆用铜比例中，电力电缆约占2 0 3 0 、电气装备用电线电缆 约占2 8 3 0 、绕组线约占2 6 2 9 、通信线缆约占5 - 7 、其他线缆约占4 - 5 。 1 1 2 2 紫杂铜直接制杆在电缆工业中的市场份额 铜是电线电缆制造业的基本原材料，然而世界上铜资源十分有限，我国更 是铜资源贫乏的国家，每年要从国外大量进口铜。充分利用高科技，发展新的 工艺技术，利用废铜的冶炼来增加铜导体的材料来源，已成为全世界关注的课 题。经过国内外科研、技术人员十多年坚持不懈的努力奋斗，目前无论是国外 还是国内，直接利用1 0 0 废铜连铸连轧生产符合相关国家标准的低氧光亮铜 杆已较为普遍i 纠l 。 近些年来，我国由紫杂铜直接再生的铜杆，产量巨大。初略估计大约为1 8 0 万讹，约占我国电工用铜杆产量的5 0 i 别。当前，国内紫杂铜直接制造的铜杆， 主要还是用于生产规格较大的铜线，如建筑电缆等。而在质量要求严格，规格 较小的铜线生产方面，则较少涉足。但事实上，紫杂铜直接制造的铜杆，如果 导电性、加工性和退火性等性能好，则完全可以在电磁线、通信线、电子线等 生产领域占有一定的市场份额。 1 1 2 3 紫杂铜直接制杆与阴极铜制杆的差异 采用不同的原材料和生产工艺生产的光亮铜杆的典型性能指标详见表1 2 。 表卜2 光亮铜杆典型性能指标表 中南大学工程硕士学位论文 第一章文献综述 由表1 2 可见，与阴极铜连铸连轧铜杆和阴极铜上引铜杆比较，虽然紫杂 铜直接制的铜杆杂质含量高出许多，但其性能指标仍可满足g b t 3 9 5 2 2 0 0 8 标准的相关要求。这使f r h c 铜杆有了合法身份，为大力发展该类铜杆扫清了 门槛障碍。 1 1 3 光亮铜杆质量对电线电缆产品的影响 任何系列的电线电缆都离不开导体，导体的生产是电线电缆生产中的基本 环节；而导体的生产主要是由高导电材料铜杆制成，由此可以看出，光亮铜杆 质量的好坏、产量的高低、材料消耗的多少，能源耗费的大小等都直接关系到 电线电缆制造的综合经济效益。 1 1 4 我国光亮铜杆的生产现状 我国电工用光亮铜杆的生产能力见表1 3 。 中南大学工程硕士学位论文第一章文献综述 表1 - 3 中国电工用光亮铜杆装机能力粗略统计表 生产线 类别 企业名称 生产率产能 生产线型号备注 t h 万t a 一1 云南铜业 台一江铜 s c r l 3 0 0 s c r 2 5 0 0 x 东莞华新电线电缆有限公司s c r 2 0 0 0 南京华新电线电缆有限公司 s c r 3 0 0 0 潮阳马华窿 东莞周氏电业( 华艺) 云南铜业 江西铜业 江西铜业 s c r 3 0 0 0 s c r 2 0 0 0 s c r l 3 0 0 s c r 3 0 0 0 s c r 4 5 0 0 南京华新电线电缆有限公司 s c r 7 0 0 0 江苏金润集团 s c r 7 0 0 0 常州金源铜业有限公司s c r 7 0 0 0 引进连铸连轧生产线金川有色公司 华北电缆 江苏天地龙 芜湖冶炼厂 江钨新型合金材料有限公司 天津钢管公司 北京铜材厂 常州金源铜业有限公司 天津钢管公司 东方鑫源铜业有限公司 湘潭电缆厂 全威( 铜陵) 铜业科技公司 s c r 3 0 0 0 s c r 4 5 0 0 s c r 4 5 0 0 f t 一7 r o d 2 0 r o d 2 0 1 2 c 1 0 2 5 c 1 2 2 5 c 1 2 8 c 1 0 8 c 1 0 c r 3 5 0 0 6 2 5 1 1 5 2 5 2 5 1 1 5 6 2 5 3 5 4 5 4 5 4 5 2 5 3 5 3 5 7 2 0 2 0 1 2 2 5 2 5 8 8 3 5 1 9 8 8 投产 1 9 9 9 投产 1 9 9 6 投产 1 9 9 8 投产 2 0 0 2 投产 1 9 9 7 投产 1 9 9 8 投产 2 0 0 3 投产 2 0 0 6 投产 2 0 0 6 投产 2 0 0 8 投产 2 0 0 9 投产 2 0 0 9 投产 2 0 1 0 投产 2 0 0 8 投产 1 9 8 7 投产 2 0 1 0 投产 2 0 1 0 投产 2 0 0 0 投产 1 9 9 7 投产 2 0 0 4 投产 1 9 8 7 投产 转至宜昌 2 0 0 9 投产 天津钢管公司c r 3 5 0 02 51 5 2 0 0 9 投产 一 国产连铸连轧生产线 1 6 0 条、1 8 0 上引生产线 2 0 0 4 年底统计数据4 0 0 合计 9 3 0 一- 注：本表统计截止日期为2 0 1 0 年底 1 2 紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与发展 4 3 嵋 6 坫 6 3 坫 毖 所 卯 砑 坫 毖 毖 3 屹 加 7 垢 蜴 4 4 毖 中南大学工程硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与发展 废杂铜的回收与利用具有重要意义l 剐，因此许多国家都把开发和利用再 生铜资源视为国家重大发展战略及国策。 1 2 1 我国紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与发展 1 2 1 1 我国紫杂铜直接制杆技术及装备 我国紫杂铜直接制杆技术及装备发端于上世纪八十年代，但一直到进入本 世纪，才真正得到迅速发展1 1 9 - 3 2 。目前，在我国，以紫杂铜为原料生产电工铜 杆的生产线估计超过了1 6 0 条，同时开发和出售紫杂铜直接制杆技术及装备的 企业和单位众多，其中业绩较好的主要有德阳东方电工机械有限责任公司、湘 潭市汇智科技有限公司、成都蜀虹机械设备有限公司、上海莘庄机电设备公司、 合肥神马科技股份有限公司以及徐州市东电电工机械有限公司等。但当前投产 的生产线几乎都是采用固定式反射炉进行熔炼。 1 2 1 2 国内已有紫杂铜制杆技术的现状 我国紫杂铜直接制杆生产企业众多、技术装备落后、产品质量参差不齐、 环境污染严重是当前的行业现状。 ( 1 ) 部分产品质量不达标，主要体现为导电率低、加工性能差 其产生原因主要有：使用过杂的原材料；固定式反射炉扒渣易留死角，各 阶段扒渣不彻底：氧化通入的压缩空气和还原通入的还原剂量不是事先经过计 算，并精确控制通入量的；不严格执行炉前分析，造成铜杆化学成分不合格； 流槽没有保温盖；连铸液位手动控制，人为因素影响无法避免，影响铸坯内在 质量；轧制乳液不过滤或粗过滤，造成铜杆表面质量恶化，铜粉增加；不对铜 杆进行在线探测铁和探测表面缺陷，造成铜杆后续可加工性能差：不严格按国 家标准对铜杆制品进行质量检测。 ( 2 ) 环境污染严重，劳动条件差 采用固定式反射炉，加料熔化时间长，加料过程中从炉门散溢烟气和热量； 氧化还原过程中炉门始终处于开启状态，炉内烟气不断散溢；还原剂多为重油， 利用率低，造成黑烟污染1 3 】；烧嘴空燃比不能精确控制，造成黑烟污染。缺 乏完善的烟气治理设备，不仅对二恶英等排放的气体污染物没有进行治理，甚 至有些企业对颗粒状污染物都未进行有效治理。 总之，我国紫杂铜直接制杆产业尚处初级阶段，工艺技术及其装备普遍落 后，产品质量不尽人意，环境污染严重，急需产业升级改造。 1 2 1 3 我国紫杂铜直接制杆产业的发展 近年来我国紫杂铜直接制杆技术和装备发展很快，倾动式熔炼炉，熔炼炉 组等生产工艺及装备都有很大进展。如2 0 0 9 年1 月1 4 提出申请的发明专利 对废紫杂铜进行连续精炼的设备和方法( 该专利申请号为2 0 0 9 1 0 3 0 0 1 8 3 8 ， 中南大学工程硕士学位论文第一章文献综述 中国知识产权局“发明专利公报”第2 5 卷第2 4 号2 0 0 9 年6 月1 7 号第4 7 8 页公 开，公开号为c n l o l 4 5 7 3 0 0 a ) ，该专利采用了改良型竖炉，采用了倾动式精炼 炉，提高炉子热效率和精炼效果。 1 2 2 普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备的现状与进展 1 2 2 1 普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备 在国外，普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备是最早投入使 用，也是应用情况最好的紫杂铜直接制杆工艺技术及装备p 7 ，3 8 l 。使用该技术及 装备生产的光亮铜杆不仅可以满足欧洲等地严格的产品质量要求，而且还可以 满足欧洲等地严格的环保要求。因此，普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺 技术及装备代表了国际上紫杂铜直接制杆技术的先进水平。 普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备采用的熔炼系统有2 种。其一为倾动式反射炉熔炼系统，可以直接处理含铜量不低于9 2 的紫杂铜； 其二为熔炼炉组熔炼系统，必须采用含铜量不低于9 6 的高品位紫杂铜。熔炼 炉组在处理含铜量不低于9 6 的高品位紫杂铜时，可实现出铜轧杆生产过程的 连续化，大大提高生产率。而倾动式反射炉在处理含铜量不低于9 2 的紫杂铜 时，出铜- 车l 杆生产过程是间断的，但有利于对除杂的控制。 1 2 2 。2 普罗佩茨拉法格紫杂铜直接制杆技术及装备的特点 装备方面，由于使用了倾动炉对紫杂铜进行熔炼，不仅热效率高，熔化速 度快；而且熔化温度低，炉子寿命长；更重要的是解决了固定式反射炉难以根 治的环保问题。工艺技术方面，精炼工艺及其精炼过程是普罗佩茨一拉法格紫 杂铜直接制杆技术的精髓。控制紫杂铜原料的进炉配比；采用自主创新的精炼 装置，选用合适的精炼剂；利用计算机辅助设计，使各种杂质元素相互化合， 削弱其对铜杆性能的影响；执行炉前快速分析，在线实时监控铜液化学成分； 实现操作自动化，减少人为因素对制品质量的影响；对每炉铜液的各项技术参 数收集整理，用历史数据预测发展趋势，及时调整工艺参数。 1 2 2 3 普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备存在的问题 普罗佩茨一拉法格紫杂铜直接制杆工艺技术及装备虽然代表着世界先进水 平，但从国内引进生产线的使用情况看，仍有许多不尽人意的地方。如竖炉加 料采用叉车上料方式，生产时叉车沿坡道频繁上下，坡道坡度大，路程长，既 不节能，又存安全隐患：竖炉有时还会发生堵塞烧嘴现象，造成事故停产，而 且处理起来非常困难；精炼炉没有配套炉底吹氮精炼系统，影响了生产效率和 熔体质量等。 1 3 项目建设背景和理由 1 3 1 项目建设的必要性 近年来，中国电线电缆工业飞速发展。铜线杆作为电线电缆工业的主要基 6 中南大学工程硕士学位论文 第一章文献综述 础材料，市场需求量逐年递增，根据市场预测，在未来的五年间，我国铜线杆年 需求量将以8 1 2 的速度递增。 随着市场经济体制的逐步完善以及国内外统一市场的形成，铜产品市场竞 争日趋激烈。为适应国内外市场需要，合理利用有限的铜资源，提高企业经济效 益和产品竞争力，根据国家产业政策并结合自身的条件，以铜为主体、以发展为 宗旨、以市场为导向、以技术进步为动力、以经济效益为中心制定和实施长远的 发展战略，培育新的经济增长点，开发高新技术、高附加值的深3 n - r 产品，增强 抵御市场风险的能力，为企业的可持续发展打下坚实的基础，投资新建一条铜线 杆线生产线，势在必行。 1 3 2 建设单位的优势 ( 1 ) 资源优势 本项目所用原料主要为废紫铜，年需求量1 0 3 2 5 2 t 。目前本项目建设单位正 在本项目旁建设金属及非金属原料项目，每年可为本项目提供原料5 万多吨。另 外本项目所在的开发区计划引进百家拆解和资源综合利用企业，完全能够满足本 项目的正常供应。必要时原料还可以从市场直接采购，因此原料供应有可靠保证。 ( 2 ) 资金优势 本项目建设单位是由几家实力雄厚的大公司强强联合组成的，为实施本项目 提供了资金保证。 ( 3 ) 区位优势 本项目建设地处于江苏省1 0 4 0 k m 海岸线港口空白带的中心位置，距上海港 2 5 0 nm i l e ( 海里) 、连云港港1 2 0nm i l e ( 海里) 、秦皇岛港4 9 0nm i l e ( 海里) 、距 日本长崎港4 3 0nm i l e ( 海里) 、韩国釜山港4 2 0nm i l e ( 海里) ，可经上海港、釜 山港直达东南亚和欧美各大港口。从沿海高速公路到上海市区仅需2 h 车程。拥有 信息灵通、交通便利和深水良港的优势，周边有需求强劲的下游产业链。市场空 间是决定生产成本、市场机会的要素，区位优势为公司有效利用国内、国外两种 资源、两个市场提供了平台。 1 3 3 项目建设符合企业自身发展的需要 我国经济改革的不断深化，为本项目建设单位做大做强提供了良好的历史 机遇。基于自身成长需求及对国内外市场的周密调研，公司确立了、加长产业链 条，发展循环经济”的奋斗目标，走可持续发展之路，力争成为国内知名的优秀 企业。因此，不断扩大生产规模，调整产品结构，提升核心竞争能力成为本项 目建设单位的当务之急。 根据企业的自身发展实际，按照国家发展循环经济、鼓励再生有色金属回 收利用产业化的政策，充分发挥和利用企业自身优势和地处国家级“循环经济高 7 中南大学工程硕士学位论文第一章文献综述 科技产业园”的有利条件，提出了以铜线杆生产为核心，建设一座现代化的有色 金属加工基地，打造公司又一个重要的经济增长点。 1 3 4 项目建设的意义 本项目投产后，达产年不含税营业收入5 1 7 0 9 4 万元，年平均净利润2 6 5 4 万元。同时还会带动当地一大批辅助产业的发展，提供更多的就业机会，带来 更大的经济效益和社会效益。 综上所述，本项目的建设不仅具有良好的经济效益，还具有良好的社会效 益，项目的建设是必要的。 1 4 课题研究的内容 1 4 1 本课题的研究意义 1 4 1 1 更好地改善国内铜供给状况 我国一方面铜的矿产资源贫乏，一方面又是铜材的生产和消费大国，国内 铜的供给状况形势日益严峻。目前，中国铜消费量的近1 3 来自废杂铜的回收 利用，只有尽快解决废杂铜再生技术的一些突出问题，才能彻底地改善国内铜 供给状况，实现可持续发展。在我国，电工铜材占我国铜消费量的一半以上， 光亮铜杆的生产和应用，量大面广，涉及国计民生。因此，探索研究紫杂铜直 接制杆技术和装备，对改善国内铜供给状况意义重大。 1 4 1 2 我国紫杂铜直接制杆产业中的突出问题 根据近年来各省市的商检部门的公示1 3 9 j ，我国电线电缆产品质量合格率低 下，市场上充斥着大量的不合格产品，其中直接或间接与使用了劣质f r h c 铜 杆有关的占很大比例，这些不合格电缆不仅因电阻过大直接浪费大量的电能， 而且给电力系统正常运行埋下诸多隐患。长此以往，电线电缆行业必将对此种 铜杆失去信心。 1 4 1 3 解决紫杂铜直接制杆产业中的突出问题 在紫杂铜直接制杆过程中，仅靠传统的氧化还原很难达到理想的除杂效果， 而且生产效率低，能耗高。为提高紫杂铜熔炼过程中熔体精炼效率和效果，本 项目注意到稀土元素的铜熔体净化作用。根据有关文献报道1 4 0 - 7 0 l ，稀土对铜熔 体中的氧和硫具有极强的脱除作用，同时稀土还能脱除铜熔体中的其它许多杂 质元素，另外稀土的加入还有明显改善铜铸造组织的作用。据此，为了迸一步 提高产品质量，改善铜杆的各项性能指标，降低生产成本，在实验室试验基础 上，在本项目铜杆生产线上进行了铜熔体中添加微量稀土元素的工业性试验， 试验表明，添加稀土后，铜杆质量得到显著提高。 因此，通过精心设计、并对紫杂铜熔炼工艺技术深入探索研究，从而选用 合理的生产工艺和技术装备，以最低的投资，实现紫杂铜直接生产高质量的光 亮铜杆，满足企业、行业发展的需要，无论对企业、行业本身，还是对国家、 中南大学工程硕士学位论文第一章文献综述 社会都意义重大，影响深远。 1 4 2 本课题的主要研究内容 通过本课题的研究，验证国产紫杂铜直接制杆生产技术和装备，探索紫杂 铜精炼工艺和技术，探索生产中的主要工艺参数，研究杂质元素对铜杆性能的 影响，探索稀土的添加方式、时机和添加量及对杂质元素的作用机理。 9 中南大学工程硕士学位论文 第二章利用紫杂铜年产1 0 万吨光亮铜杆的工艺设计 第二章利用紫杂铜年产1 0 万吨光亮铜杆的工艺设计 2 1 确定产品方案与原材料 2 1 1 建设规模及产品方案的确定 2 1 1 1 建设规模 建设规模，是指项目正常达产所能达到的生产能力。本项目的建设规模主要 综合考虑以下几方面。 ( 1 ) 市场需求和国家产业政策 市场需求是项目建设的最基础条件。改革开放以来，我国经济一直以较高速 度发展，是世界经济发展最具活力的地区，铜线杆的生产与消费也随着我国经济 的高速发展日益增加。同时，国家对可持续发展问题的逐步重视，产业政策要求 大力发展循环经济，资源循环及高效利用。本项目以废紫铜为原料，延伸拉长产 业链条，实现了原材料供需链、循环经济产业链和深加工价值链的有机结合，符 合国家循环经济发展战略和产业政策，是国家鼓励发展的产品方向。 ( 2 ) 合理经济规模 合理经济规模是指在一定的经济条件、工艺和设备投资等因素的动态区间分 析下，在资源和资金都充分利用的情况下，投入产出比处于较优状态，经济效益 较好的生产规模。 本建设项目立足于质量好成本低的再生铜线杆，采用具有国内先进水平的连 铸连轧生产工艺，进行规模化生产，为了强化企业竞争能力和提高经济效益，采 用上述工艺和设备的企业生产规模一般在5 万吨年以上。 ( 3 ) 资金、原材料的供应量。 资金是项目建设的保障。本项目建设单位投融资实力强大，在确定建设规模 时考虑了此因素。 可靠的原料来源是项目得以持续经营的保证条件之一，确定建设规模必须考 虑原料供应的可靠性。目前本项目建设单位在本项目厂址旁建设金属及非金属原 料项目，每年可为本项目提供原料5 万多吨。另外本项目所处的经济技术开发区 计划引进百家拆解和资源综合利用企业，完全能够满足本项目的正常供应。必要 时原料还可以从市场直接采购，因此原料供应有可靠保证。 总之，建设规模的确定实质上是指在一定的建设条件、工艺和设备投资等因 素的动态区间分析下，在资源和资金都充分利用的情况下，选择投入产出比处于 较优状态，经济效益较好的的合理经济规模。 综合以上因素，确定本项目拟建规模为年生产铜线杆l o 万吨。 1 0 中南大学： 程硕士学位论文第二章利用紫杂铜年产l o 万吨光亮铜杆的工艺设计 2 1 1 2 产品方案 在确定产品方案时，主要考虑以下因素： ( 1 ) 市场需求和产业政策 从本项目市场分析得知，随着国民经济的持续、稳定发展，铜线杆市场需求 量逐年递增。用废铜生产电工铜杆，不仅显著降低成本，提高产品市场竞争力， 而且属于再生铜绿色产业，是国家鼓励发展的产业和产品方向。本项目将坚持以 市场为导向，着重考虑废紫铜再生产品。 ( 2 ) 技术设备条件和环境条件 产品方案的选择要充分发挥工艺设备的优势，在达到生产能力的同时，尽量 生产附加值高的产品。并且还要考虑原材料的数量、品质和来源的稳定性，产品 生产、包装、运输、储存等的特殊要求等。 ( 3 ) 建设单位发展战略 建设单位确立了“加长产业链条，发展循环经济”的奋斗目标，走可持续发展 之路，力争成为国内知名的优秀企业。因此，不断扩大生产规模，调整产品结构， 提升核心竞争能力成为当务之急。 综合上述因素，确定本项目产品主要是质量好成本低的的再生铜线杆。产 品方案见表2 1 。 表2 - 1 产品方案表 2 1 2 原材料的确定 光亮铜杆的生产，原材料可以选用阴极铜或紫杂铜。上世纪，光亮铜线杆的 生产主要以阴极铜为原料。进入新世纪，随着铜消费量的增长，原生铜供应紧张， 再生铜大量应用。随着再生铜回收及利用技术越来越成熟，紫杂铜直接制杆更是 发展迅猛。根据本项目业主的企业现状及发展战略，本项目拟利用成本更低，更 环保的绿色材料紫杂铜为原料。 2 1 2 。1 采用紫杂铜为原料生产光亮铜杆的必要性 ( 1 ) 选用紫杂铜为原料，可以缓解我国原生铜严重不足的现状，符合我国的 资源战略。 资源是国民经济和社会发展的基石，人类越来越认识到废i d 资源再生利用对 中南大学工程硕士学位论文第二章利用紫杂铜年产1 0 万吨光亮铜杆的j 【艺设计 实施可持续发展的重要性。 2 0 1 0 年全世界铜消费量超过1 9 0 0 万吨。同期中国铜消费量1 0 5 0 万吨1 7 ， 占世界总消费量的一半以上，稳居世界第一位。 与此同时，我国铜资源短缺，己成为不争的事实。中国一方面是铜消费大国， 另一方面铜资源匮乏，可供资源和消费需求之间有巨大的矛盾。国内原生矿产资 源已无法满足市场需求，除了每年大量进e l 铜精矿以外，大力发展再生铜产业成 为缓解我国原生矿产资源供应不足的重要措施。 近几年国家从资源战略的高度极其重视再生铜产业这一领域，所以国家出台 了相关的政策，鼓励国内企业进口和回收杂铜，以弥补国内铜原料极为短缺的局 面。还鼓励有实力的企业到国外采购杂铜，建立稳定的再生铜资源供应渠道，有 序地发展国内的再生铜产业，所以本项目属于再生金属回收利用产业化，符合国 家资源利用的战略。 ( 2 ) 选用紫杂铜为原料，可以规避原生铜的生产环境污染大，能耗高等风险， 显著降低产品能耗，社会效益显著。 与原生铜生产相比，再生铜生产由于工序少、流程短，可以节约大量的能源。 据统计，与原生铜相比，每吨再生铜减少能耗超过8 0 1 7 2 1 ，减少基本建设投资 超过一半，而且少排放二氧化硫约2 吨，少排放废渣1 0 0 多吨，保护生态环境。 本项目年利用紫杂铜原料生产光亮铜杆1 0 万t ，节约能源约4 6 万t 标准煤， 节能效果非常显著。 紫杂铜连铸连轧生产光亮铜杆属再生铜产业，该产业是绿色产业，紫杂铜再 生的能耗不足原生铜的1 8 ，且生产工序少、工艺过程简单，生产中产生的粉尘、 废渣和废气量少，冶理三废费用少，对环境污染轻。因此，再生铜产业已成为当 今世界铜工业的重要组成。发展废铜连铸连轧生产光亮铜杆，社会效益和经济效 益非常明显，符合国家的产业政策，是发展循环经济的必然选择。 ( 3 ) 选用废紫铜为原料，可以显著降低原料成本，提高经济效益： 近来，由于铜价居高不下，且据估计，一定时期内将维持高位。铜加工企业 面临现金流紧张，财务成本增加，单位资本利润下降，经营风险增加的局面。更 是加快了废铜连铸连轧生产光亮铜杆的进程。 图2 1 是采用阴极铜( e t p ) 和1 0 0 废铜生产光亮铜杆( f r h c ) 的成本利润 分析图表1 7 3 i 。从图表中可以看出，利用废铜生