生产管理知识_铜线杆生产技术现状与发展趋势概述

国家铜冶炼及加工工程技术研究中心2014年8月 我国铜线杆生产技术现状与发展趋势李明茂 汇报内容 中国电缆工业概况我国电工铜杆需求现状铜线杆生产装备技术的发展国内电工铜杆生产现状国内电工铜杆生产设备制造技术现状电工铜杆生产技术发展趋势电工铜线生产技术的发展其它铜线材的发展与应用思考 我国铜杆线的发展与趋势 3 电线电缆行业是一个基础器材和基础产品的制造业 喻为国民经济的 血管 与 神经 它是输送电能 传递信息和制造机电 电器 仪表的基础器材 是未来电气化 信息化社会中不可缺少的基础产品电线电缆行业又是一个配套大行业 产品必须满足各主行业的要求 主行业发展了 线缆行业也随之发展 国民经济的绝大多数行业与电线电缆有关2012年行业电线电缆和光纤光缆共完成现价工业销售产值突破1 1万亿元 已达国民经济总产值的2 1 中国电缆工业概况 4 八五 期间是中国线缆行业的辉煌时期 九五 保持了 八五 高速发展的势头 十五 势头不减 2000年已成为世界第二电线电缆生产国 仅次于美国 如今成为世界第一电线电缆生产国电线电缆行业是用铜大户 而且是使用精铜的大户 一般品位都在99 9 以上 乃至A级高纯铜 用作导体的铜 为了保证导电率和制杆 制线过程中有 三性 可轧性 可拉性和可退火性 的基本要求2010年行业用铜 铝导体总量约为484万吨和220万吨 分别约占全国用铜 铝量的64 和13 约占全球电线电缆铜导体产量的33 1440万吨 1 中国电缆工业概况 5 铜导体用于线 缆产品的主要有5大类 即 裸线 电气装备用电线电缆 电力电缆 通信电缆和绕组线电线电缆行业与铜和铜合金有关的裸制品有杆 线 带 双金属线和型材等5种 其中铜杆线是最主要的铜导体及其原料 占90 左右 1 中国电缆工业概况 6 2000年以来 电缆用铜导体行业的固定资产年均增长速度达到16 但行业存在着发展速度与发展质量 发展规模与效益水平不平衡 电线电缆企业数量多而规模小 现有电线电缆厂约5700多家 是世界电线电缆企业最多的国家 其中小型企业约占全部总数的95 7 行业总体规模过大 铜杆产能存在严重过剩问题 2013年铜杆产量达794万吨 超过全国铜材产能的一半 进一步提高自主研发能力 致力解决核心技术 关键材料 先进装备开发等问题 是本行业实现由大变强的战略要求 1 中国电缆工业概况 7 电工铜线杆产品的技术要求电工铜杆简称铜杆 主要是指 8的铜杆 也可根据用户要求生产 6 35尺寸的铜杆 铜杆的外形尺寸偏差 化学成分 电性能 力学性能等要符合国家标准GB T3952 2012 电工用铜线坯 的要求2012年7月11日我国通过了第一个用再生铜生产铜杆的行业标准YS T 电工用火法精炼再生铜线坯 该标准比用电解铜为原料生产电工铜杆的标准 在化学成分上要求低一些 电性能 力学性能等方面要求相当 用紫杂铜生产的铜杆目前主要用于生产民用建筑方面的电线电缆 1 中国电缆工业概况 8 电工用火法精炼再生铜线坯 YS T793 2012主要指标化学成分 1 中国电缆工业概况 9 电工用火法精炼再生铜线坯 YS T793 2012主要指标 铜线坯的机械和电气性能 1 中国电缆工业概况 10 电工铜线杆产品的技术要求电工铜线坯经过加工 拉制 挤压生产各种规格和性能的圆铜线 必须符合国家GB T3953 2009 电工圆铜线 标准 电工铜线坯即铜杆的标准由中国有色金属协会提出 而电工园铜线的标准由中国电器工业协会提出 由全国电线电缆标准化委员会归口 电线电缆行业是仅次于汽车行业的国内第二大行业目前国内生产铜杆的企业大部分也都生产电工圆铜线 因此国内有一些生产电工铜杆的企业又归口到中国电器协会 因此几十年来 电工铜杆的统计数和实际生产量有较大差距 而且各家统计的数量也不相同 1 中国电缆工业概况 11 虽然铜导体一度受到铝和光纤的挑战 但它作为最佳的导体材料仍有广阔的不可替代的市场 随着供配电 机器制造 交通运输 家用电器 计算机 区域电视网络 电磁线 通讯电缆的发展 电线电缆又在不断地开拓新的应用领域同时 也对电线电缆的品种质量提出了更高的要求 双零线需求越来越大 尺寸越来越小 拉制过程中要求断头率达到零状况 2我国电工铜杆需求现状 12 目前 我国仅有30 的线缆品种达到国际市场能接受和可参与竞争的水平 还有70 的线缆品种急需提高产品水平和档次 今后一个时期国内外需求不会有太大的增长 但在品种和规格上将提出许多更高的要求 2我国电工铜杆需求现状 13 电线电缆有五大类产品 裸铜线 绕组线 漆包线 电气装备用铜线 电力电缆和通信电缆 目前 我国这五类产品生产量 价值量 大体上分别占电线电缆总产量的18 19 22 31 和10 而发达国家如美国 上述五类产品所占比例分别为10 10 49 13 和18 产品结构优于我国 技术含量高的装备用铜线和通讯电缆所占比例高于我国 2我国电工铜杆需求现状 14 目前 我国电线电缆需求发展的几个新动向 1 城市电网建设将大大增加中压电缆使用量全国统一电网的形成将给架空线与电力电缆带来机遇 大城市采用双环网供电和市中心地区地下电缆化率的提高将大大增加中压电缆使用量 目前全国平均城市地下电缆化率不到30 而各城市目标大都确定在50 80 左右 这给中压配电电缆带来较大机遇 2我国电工铜杆需求现状 15 2 民用建筑是电线电缆的主要市场民用建筑行业始终是我国支柱产业之一 随着国家把发展重点放在城镇化 现有和即将进入城市的居民 他们将不断提出要求 提供和改善他们的住房待遇 这个市场是巨大的 长久的 它将给建筑用线及其电气装备用电线电缆带来长久的发展机遇 2我国电工铜杆需求现状 16 3 汽车工业发展对电线电缆技术要求越来越高汽车工业已成为我国新的经济增长点 它将给汽车用线及镀锡漆包线带来较快发展 汽车电线束素有 汽车神经 之称 是对汽车进行电信号控制的载体 但汽车用线要求很高 比如 在上海别克汽车线束中 国产线仅占五分之一 主要原因是国产线不能满足线束加工过程中的工艺要求 2我国电工铜杆需求现状 17 4 铁路建设将增加对电线电缆的需求铁路提速 高铁的动工兴建 铁路电气化率的提高以及铁路信息系统宽带数字通信网的建设 为电气化机车铜合金接触线 机车车辆用线 绕组线 数据传输电缆等提供了市场 5 海上船舶和矿山工业的发展将给特种电缆带来生机目前 我国是继韩国 日本之后的世界三大造船国 但是国产电缆仅占50 左右 船舶工业的发展将给船用电缆带来生机 同时近几年随着资源需求的增加 各种矿山建设发展很快 矿山电缆的需求也大大加快 2我国电工铜杆需求现状 18 6 电气装备用铜线对电工铜杆质量有更高的要求电气装备用铜线是电线电缆产品中类别最多的一类产品 其产值约占全行业28 30 但其品种却占行业产品的60 左右 电气装备用铜线又是直接与用电设备配套使用的产品 涉及面广 对电工铜杆质量有更高的要求 2我国电工铜杆需求现状 19 7 家电产品的进一步发展将扩大应用 双零 漆包线的品种与数量国民生活水平的提高 以及城镇化建设 将带动家电产品的进一步普及和发展 自粘性漆包线 耐冷媒漆包线 耐电晕漆包线 利磁线需求量会进一步增加 家电工业的发展已使其绕组线用量超过工业电机与变压器绕组线用量 成为绕组线最大用户 电话机 玩具 电子钟表 音响产品 及封闭式继电器的普及与扩大应用将使 双零 漆包线的品种与数量大为扩展 2我国电工铜杆需求现状 20 根据目前我国电线电缆行业用电工铜杆需求发展趋势 电工铜杆需求量大约每年平均递增6 7 预计到2015年 电工铜杆的需求量为700 750万吨目前 随着挤压铜排和轧制磷铜球生产工艺和设备的成熟和发展 它的原材料上引铜杆 电工铜杆 又有了更大的新的应用领域 目前用 30上引铜杆 通过挤压机可生产宽度320的扁带 再通过多次轧制 生产各种规格的紫铜带 形成了紫铜板带短流程生产工艺 2我国电工铜杆需求现状 21 铜线的生产 包括两大步骤 即制杆和制线生产方法包括三步法和两步法三步法 制锭 制杆 制线多用于合金铜线材的生产以及早期铜线材的生产两步法 制杆 制线用于现代纯铜线生产 微合金化铜线及黄铜线生产我国铜线杆生产装备技术取得的长足的发展和进步 3 铜线杆生产装备技术的发展 将铜或铜合金熔化精炼后 经铸造制成锭坯 22 除黄铜外的高合金化铜合金一直以三步法生产纯铜杆的生产技术取得了长足的进步传统孔型热轧法生产黑铜杆 一百多年历史六 七十年代 发达国家先后开发了意大利Properzi法 美国南线SCR法 德国Contirod法 美国通用电气DFP 浸汲成型 法 芬兰奥托昆普Upcast 上引 法 我国于八十年代均有引进本世纪引进了西班牙拉法格FRHC法 火法精炼直接制杆法 3 1铜线杆生产的发展过程 生产流程 熔炼 半连续铸锭或铁模铸锭 孔型轧制 黑杆铜杆表面发黑有一层氧化皮 长度又受到铜船形锭重量的限制 含氧量往往超过500ppm 拉线时断线事故更易发生目前已淘汰这种落后的生产工艺 铜杆连铸连轧是二十世纪七十年代世界铜加工行业一项最引入注目的重大变革 具有以下优势 1 产量大 连铸连轧生产规模年产量可达40万吨 铸坯截面可达132mm 75mm2 熔化竖炉热效率高 可达60 65 3 铸坯直接进轧机热轧 省去了二次加热所需的能耗4 轧制过程中压下比大 结晶组织致密5 产品质量稳定 成品率高 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 不足之处 一次性投资相对较大 占地面积大当前世界电工铜杆总产量的90 采用连铸连轧法生产 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 25 连铸连轧光亮铜杆生产线生产的铜线杆具有长度大 质量稳定 性能均一 表面光亮 成品率高 短流程节能等优点 当前世界铜线杆总产量的90 采用连铸连轧法生产1949年意大利康梯纽斯 普罗佩茨公司研制成世界上第一台连铸连轧机 用来生产铝线坯 七十年代后期 康梯纽斯公司在此基础上进行了改进 建造了第三套连铸连轧生产线 用来轧制铜线杆 该生产线由竖炉 保温炉 二轮铸造机 三辊Y型轧机 绕杆机组成铸机由一个导向轮 一个铸造轮和一条环形钢带组成 不足之处在于铸坯从铸轮引出后 需偏转一定的角度来避开钢带进入轧机 使铸坯在高温下易产生裂纹 影响产品质量 同时也限制了铸坯断面的扩大 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 26 美国南方线材公司在六十年代初期 利用意大利properzi 7型连铸连轧机试验生产铜线杆成功 在此基础上和摩根公司合作 建成了世界上第一条无酸洗铜杆连铸连轧生产线该生产线由竖炉 保温炉 五轮铸造机 二辊轧机 绕杆机组成采用一大四小的五轮铸机 平立辊连轧机 箱 椭 圆系统坯从铸轮出来后虽无钢带阻挡 但进轧机前仍有一定的弯曲弧度 需由弯变直 造成高温下应力增大 表面可能会产生裂纹 故铸坯断面积也不能无限制的增大 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 27 1973年德国西马克米尔公司和美国哈茨列特公司联合开发的连铸连轧铜杆生产线在比利时投产铸机为哈茨列特铸机 由二条挡块链和钢带形成铜液的铸造结晶腔 该铸机生产的铸坯冷却均匀 冷却强度大 铸坯为等轴结晶 可铸大断面铸坯 最大断面达9900mm2 轧制系统与SCR相同 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 28 连续铸连轧是目前世界铜杆生产线的主流 我国均建有生产线 在设备组成 设备结构 装机水平和生产工艺方面差别不大 工艺流程基本相同 但也有所不同 1 properzi法与SCR法和Contirod法相比 存在不足 年生产能力始终徘徊在5 10万吨之间 直到近年来才有每小时25吨 年产量达15万吨由于采用Y型轧机 铜杆在轧制过程中受力状态较好 但轧辊换辊和维修比较困难 需要较多的备用轧辊由于采用三辊轧机 密封点多 冷却铜杆的乳化液会进入轧机的润滑油中 影响轧机性能和铜杆质量 八十年代沈阳北恒外再没有进入中国铜杆加工市场 直到二十一世纪普罗佩茨公司利用火法精炼FRHC工艺技术 才重返中国铜杆加工市场 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 29 SCR和Contirod不断改进工艺流程 稳定产品质量 最大限度降低产品的加工成本 提高成品率 并能向大型化 规模化方向发展 代表了铜线杆加工的发展方向这两种生产工艺的设备组成基本相同 但在铸造机和连轧机的设备结构 装机水平及自动化程度等方面存在差别 1 在产品质量方面 都能满足生产漆包线 双零线等高端电线电缆对铜杆质量要求 在生产成本方面 SCR法单位铜线杆的生产成本稍低 2 在原料要求方面 Contirod生产线对原料的要求稍低 可以加少部份的废铜 3 SCR燃烧系统采用ARC系统 采用远端混合 火焰稳定 燃烧安静 容易调整和操作 但燃料消耗较Contirod生产线稍高 Contirod生产线采用Lambda燃烧系统 根据燃气成份确定空燃比 采用烧嘴前混合 控制精度高 使用更安全 可靠 但噪音较大 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 30 4 Contirod采用的Hezelett双钢带铸机直线铸造 对铸坯冷却均匀 冷却强度大 铸造组织致密 无弯曲裂纹 氧分布更加均匀 故其生产的铜线杆较SCR法具有更好的铸造组织 美国SCR法采用五轮钢带式连铸机 结构简单 维修保养方便 操作易于上手 设备造价较低 Contirod法采用哈兹列特挡块式连铸机 结构复杂 维护比较麻烦 设备造价较高 5 德国Contirod生产线除生产低氧紫铜产品外 还可以在竖炉和保温炉之间增加工频电炉 生产无氧铜和高导铜合金导体 进一步扩大产品品种 3 2连铸连轧光亮铜杆生产技术装备的发展 31 第一套浸渍成形铜杆生产设备于1969年在美国通用电气公司研制成功 生产出无氧铜线杆 日本买入该专利 在日本昭和电线电缆公司建成六条浸渍成形法无氧铜杆生产线原理 将扒皮 拉伸后的铜芯杆 12 7mm 通过熔融的铜液时 吸收周围熔融铜的熔化潜热 铜线杆温度上升 并在其表面粘附一层凝固的铜 引出之后 20 8mm 利用余热进行连续轧制成杆 8mm或 12 7mm 生产线由加料机 熔化炉 保温炉 铸造坩埚 连轧机 扒皮机 拉伸机 冷却管和卷线机等组成 3 3浸渍成型无氧铜杆生产技术装备的发展 32 优点 生产全过程在保护气氛条件下进行 产品表面光亮 含氧量在10ppm以下 导电率高 机械性能好缺点 1 工艺设备复杂 要在保护性气氛条件下进行生产 操作难度大 2 种子母线的制备降低了生产率 增加了能耗 3 从吸热和放热理论来讲 附于种子母线上铜液重量只能是母线重量的二倍 不适应大规模铜杆生产八十年代后期 我国哈尔滨电缆厂和本溪铜材厂也先后进行了引进 均因工艺复杂 设备利用率低等原因而停产 3 3浸渍成型无氧铜杆生产技术装备的发展 由芬兰Outokumpu公司研制开发生产线由熔化炉 保温炉 上引机 卷取机等主要设备组成 该生产方法利用虹吸原理 将石墨结晶器垂直插入熔融的铜液内 由引锭杆将铜液向上吸入结晶器 铜液在结晶器内凝固成杆 3 4上引连铸法的发展 34 主要特点1 生产规模较小 但生产灵活 适合小产量铜及铜合金杆的生产2 铜杆氧含量低 上引法生产的铜杆含氧量可控制在10ppm以下 表面光亮3 容易形成气孔等铸造缺陷4 合金铜杆容易造成偏析5 上引连铸速度慢 产品质量容易波动6 单位产品能源消耗比连铸连轧高 3 4上引连铸法的发展 35 利用上引法可直接制成 8mm铜杆 也可与轧制或连续挤压配合 生产不同规格的铜杆 异型铜线等上引 轧制法 利用轧制的大变形量压力加工 提高铜杆致密度 细化铜杆晶粒 改善铜杆加工性能如上引 20mm铜杆经Y型轧机机列连续轧制成 8mm圆铜杆 比直接上引 8mm具有更优良的可拉性 3 4上引连铸法的发展 36 上引 连续挤压法 利用连续挤压对上引杆进行热加工开坯 使铜杆拥有热变形组织 机械性能提高 3 4上引连铸法的发展 连续挤压是利用摩擦力进行变形的连续化生产方法 可对软铜杆进行塑性变形 冷料进热料出 实现热加工变形 经连续挤压开坯的铜杆致密度提高 且拥有热变形组织 各向性能得到提高 37 上引 连续挤压法 某企业以上引 20mm经TLJ400连续挤压机挤出 8mm后进行拉伸 可生产 0 05mm超细线 有效改善上引杆性能铜扁线的生产方法已全部更新为上引 连续挤压法高速铁路接触网产品目前均以连续挤压法生产 如某企业生产镁铜合金接触线的工艺流程为 上引 20mm镁铜合金杆 连续挤压至 28mm圆铜杆 接触线拉线机拉至120mm2 抗拉强度可达520MPa 导电率可达75 IACS 3 4上引连铸法的发展 38 制线技术主要有轧制法和拉制法 其中轧制法只限于生产异型线或导电带 拉制法是最主要的制线方法 1 按拉线方式分 其中单模拉线用于大规格线材 合金线材 异型线材的拉制 多模拉线用于常规铜线的拉制 2 按拉制规格将拉线机分 巨拉机 大拉机 中拉机 小拉机 细拉机和微拉机 3 按拉制头数分为 单头拉线机和多头拉线机 3 5制线技术的发展 4国内电工铜杆生产现状 采用固定式反射炉 利用废杂铜生产电工铜杆的企业步履艰难 基本处于停产和半停产状态上引铜杆精细化 配套化运作采用美国南线SCR和德国西马克contirod连铸连轧生产电工铜杆企业订单增加 生产繁忙 4国内电工铜杆生产现状 从2008 2013年 国内又有16条美国生产线和10条德国生产线先后在金川镍业集 南京华新 江苏宜昌江润 天津大无缝 常州金源 中铝云铜 华北电缆 浙江金鼎 山东金升 宁波金田 山东祥光 浙江宏磊 广州增城江铜 江苏天地龙 铜陵铜都 芜湖鑫科 湖北大冶 中山天乙 宜昌江润 宜昌中广润 江苏汉金富泰 苏州德力 江苏宝胜 宁波世茂 安徽滁州天大 江苏新世纪投产和策划开工从2008年到2015年 国内引进连铸连轧电工铜杆生产线新增生产能力将超过600万吨 国内原有电工铜杆生产线报废或停产后 现有生产能力仍超过400万吨其中原有引进连铸连轧电工铜杆生产线能力超过120万吨 国产连铸连轧生产线 含电解铜和再生铜 生产能力超180万吨 上引连铸电工铜杆线生产能力超100万吨 4国内电工铜杆生产现状 从德国和美国引进的连铸连轧铜杆生产线已有几十条 但是每次引进都存在同样的问题 铜杆连铸连轧生产线最大的噪音来自生产线上压缩空气对铜杆的吹干装置 严格来说是它的噪音超标 但这个问题一直被外方和设计院忽略根据保温炉铜液量来调节熔炼速率 调整含氧量 国外生产线有这套系统 但目前在国内使用情况都不理想国内南方温度较高 引进生产线乳化液温度降不下来 因此许多生产线铜杆冷却效果都不好 压缩空气也有类似情况 取值偏小 使设计压缩空气能力不够 还有竖炉高度 上溜槽喷火 溜槽和保温炉交接位置不妥等 4国内电工铜杆生产现状 从2001年到2013年国内电工铜杆产量和需求量见下表一 表一2001 2013国内电工铜杆产量和需求量 注 1 2000年的铜杆产量是20 2万吨2 最后一栏为铜加工产品总产量 含板带 管材 4国内电工铜杆生产现状 国内生产的电工铜杆和电线电缆 正在逐步满足国内外对电工铜杆和电线电缆的品种和质量的要求 表二2008年到2012年国内铜杆和铜加工材产量以及铜杆占加工材比例 从表二可以看到2008年 2009年和2010年每年电工铜杆产量的增加都是100万吨 这就促使企业对投资电工铜杆连铸连轧生产线的热情这几年一直长增不减 4国内电工铜杆生产现状 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 1987年 国内第一条自主开发制造的连铸连轧生产线在上海冶炼厂投产在当时而言 连铸连轧铜杆生产线一次性投资大 占地面积大 采用的炉子是固定式反射炉 很难做到连续生产 铜杆质量随着原料成分的不同难以稳定 因此没有很快得到进一步发展而此时 芬兰奥托昆普的上引连铸法开始引进应用 一次性投资小 占地面积小 设备简单 容易掌握 生产灵活 备品配件少 适宜中小规模生产 得到较快发展 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 九十年代初 上海电缆研究所 海军上海工程机械厂 烟台铜材厂 新泰铜材厂试制出国产上引连铸生产线 从此 在国内得到很大的发展 在设备制造和生产技术上已达到国外水平 同时也出口到国外 包括西方国家目前 由于连续挤压需要上引铜杆做坯料 加上现代技术的发展 在某些方面 需要含氧量更低 导电率更高的铜杆 因此上引连铸生产铜杆的需求仍在增加国内上引连铸设备的主要生产厂家还有 上海浦东力生电工厂 浙江嘉兴杰成机械厂 上海青浦豪申机械厂 无锡先科电炉厂等 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 随着电线电缆需求的增加 上引连铸生产线已经不能满足国内电工铜杆的需求 在上海冶炼厂的基础上 湖南湘潭汇智科技 上海力生电工 上海莘桥机电 合肥神马 江苏常州东能 四川德东电工 四川蜀红机械设备 四川德阳伊东新设备公司进一步开发国产生产线 并不断吸取借鉴国外连铸连轧生产线设备的优点目前 国内自主开发制造的电工铜杆连铸连轧设备 已出口到韩国 马来西亚 巴基斯坦 伊朗 印尼 越南等国 国内制造的连铸连轧生产线设备在功能方面已和国外设备基本类似 在某些细节处理方面也有所创新 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 四川德东电工机械厂是国内最早全套引进消化意大利properzi连铸连轧生产线的厂家 成都蜀虹机械设备有限公司依托现有的铜杆连铸连轧生产线技术 开发出了新型铜杆连铸连轧生产线两家的铸机都是轮式连铸机 精轧机是三辊轧机 最先用在铝杆的连铸连轧的生产上 四川德东电工和成都蜀虹机械设备有限公司是目前出口连铸连轧生产线设备较多的厂家 其技术参数和意大利properzi生产线基本一致 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 湖南湘潭汇智科技2011年初在江苏溧阳新时代铜材公司成功投产的连铸连轧生产线 燃烧系统和液压系统稳定可靠 操作简便整条生产线采用可编程序控制器 PLC 控制 并采用西门子 SIEMENS 全数字直流调速 改进了升降台收线方式和压紧打包系统 使最终产品质量得到提高 整条线自动化水平接近国外同类设备的水平 是国内目前生产制造的创新点和技术含量较高的连铸连轧铜杆生产线设备 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 上海莘桥机电设备公司和常州东能设备公司 合肥神马集团合作 2002年在江苏张家港中兴铜业公司制造了国内第一条竖炉熔炼 消化美国SCR生产技术的二辊连铸连轧生产线 随后他们在天津华北集团电缆厂一次就上了四条类似的连铸连轧生产线 生产能力10 15t h 熔化采用固定式反射炉 但有一条线已由常州东能设备公司在2008年改为竖炉熔化 2009年上海莘桥机电设备公司在广东中山天乙新上一条连铸连轧生产线 铸机直径1800mm 铸坯截面2348mm2 轧机12道次 轧辊直径270mm 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 但是 国内连铸连轧生产线过去大部分采用固定式反射炉 以紫杂铜为原料 直接生产以民用建筑为主的电工铜杆以紫杂铜为原材料的反射炉难以形成微还原气氛 反射炉的铜水的氧含量主要靠经验来控制浇铸过程中的液位控制需手动操作 随着反射炉液位的下降 铜液的流速也不断变化 铸坯直径和铸轮截面比较小 整条生产线的轧制速度上不去 生产能力始终在年产5万吨左右和国外生产线相比 总的来说还有一些差距 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 主要表现在 1 多年来国内生产厂家大都不是连铸连轧设备的专业生产厂家 设备质量和技术参数很难保证 因此设备的调试过程十分艰难 设备故障率高 成品率低 能耗也就高2 国内铸机受大型结晶器制造困难的影响 铸坯截面比较小 生产能力上不去 到目前为止达到20t h 年产量超过10万吨的国产连铸连轧生产线还为数不多 铸坯截面的增加 铜杆的出杆速度将同步增加 对整条生产线的稳定性 可靠性 安全性都将提出更高的要求 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 3 国产生产线配套的竖炉 一氧化碳控制系统还不完善 炉内难以形成微还原气氛 铜水的氧含量及成分较难控制 近年来主要元件采用了西门子一氧化碳分析对比仪 在国内几条线上的使用情况开始有所好转4 铸机的设计制造上均仿制SCR五轮连铸机 但在自动浇铸和监控上仍有差距 大部分采用手动 较难完全实现连续 稳定的自动浇铸 目前有企业开始研制5 国产轧机制造精度较低 可靠性差 采用变频电机单独传动仍有差距 5国内电工铜杆生产设备制造技术现状 6 国产连铸连轧生产线缺少完备的辅助系统 如缺少对乳化液的分组真空过滤系统 高压除磷系统7 国内竖炉都是只控制燃气 如果要根据保温炉铜液量来调节熔炼速率 调整含氧量 则要增加一套空气控制系统 国外生产线虽然有这套系统 但目前在国内使用情况也不理想 6电工铜杆生产技术发展趋势 1 电工铜杆生产设备制造技术的集成创新通过二十多年的集成创新 部分关键设备 如竖炉燃烧系统的喷嘴 比例阀 切断阀 铸机的结晶轮 钢带 轧机的轧辊 传动系统 绕杆机的象鼻管 储线器国内都能制造但生产线的在线控制系统 浇铸机的液位控制系统 竖炉的氧含量控制系统 轧机的单独变频传动 结晶器的材质和寿命 乳化液的真空过滤系统等还需要进一步集成创新 2 根据市场需求开发新品种高质量的产品近几年引进国外连铸连轧生产线发展势头迅猛 今后产能过剩无法避免 以连铸连轧铜线杆生产线生产多品种产品 是企业今后可能要考虑的比如 德国KME有一条即能生产铜线杆 又能生产铜扁带的连铸连轧生产线 但生产情况一直不太好 可能已经停产 但是 是何原因 我们是一个铜扁带需求量很大的国家 在国外市场不行 在国内市场如何 是否可配上窄带冷轧机 增加铜扁带的规格型号 提高铜扁带的质量 这可能是连铸连轧铜线杆生产线的一个改造方向 6电工铜杆生产技术发展趋势 又比如 以连铸连轧铜线杆工艺生产轨道接触线坯料 在国内主要是云南铜业和沈阳北恒 都是和日本的合资企业 利用生产线的流槽 采用喂丝机给铜液加合金元素 生产电气化铁路轨道接触线如果利用竖炉熔化铜液 在工频炉内添加合金元素 这样生产的轨道接触线 合金成分能更稳定更均匀 生产合金铜杆是否能给连铸连轧生产线带来一个新的发展方向 6电工铜杆生产技术发展趋势 3 进一步提高电工铜杆产品质量 降低能耗有的企业通过消化吸收 可稳定生产适用于超细线生产的高品质铜杆 有的企业通过铸机的改造 将铜粉率降到3毫克以下 使拉丝断头率大大降低 漆包线成品率大大提高 有的企业通过改变工艺参数在保证铜杆各项指标优良的状态下 使钢带的寿命达到到150个小时以上 使铜杆产品质量更稳定 成品率更高 并降低单位产品能源消耗 6电工铜杆生产技术发展趋势 4 开发具有自有知识产权的火法精炼直接制杆技术废铜的再生和利用 同一个国家的工业化程度和铜消费水平密切相关 发达国家工业化时间早 程度高 年人均铜消费量达到10 20公斤 目前中国人均约7 5公斤 这还含出口产品中的铜材 因而目前已产生大量的废铜 美国的铜消费量居世界前列 由废铜再生提供的铜占每年铜消费量的比例超过80 6电工铜杆生产技术发展趋势 4 开发具有自有知识产权的火法精炼直接制杆技术 火法精炼高导电铜 生产工艺 是由西班亚LaFargaLacambra公司 在八十年代中期和意大利普罗佩茨公司开发的一项紫杂铜熔炼 连铸 连轧技术 与国内生产线最大的不同点 国内采用反射炉精炼 氧化和还原均在反射炉中进行 而西班牙拉法格的氧化在改造后的竖炉中进行 还原在可以倾动的反射炉 即倾动炉中进行 6电工铜杆生产技术发展趋势 4 开发具有自有知识产权的火法精炼直接制杆技术西拔牙拉法格技术还采用计算机辅助设计软件 对铜液中主要的15种杂质元素进行快速分析后 通过对各种元素长期的研究和实验 找到各种杂质元素相互化合后形成的微化合物铜合金 这种微合金不影响铜杆的导电性和机械性能 从而可以通过快速分析确定精炼剂的种类和用量可处理96 以上含铜量的紫杂铜 6电工铜杆生产技术发展趋势 6电工铜杆生产技术发展趋势 4 开发具有自有知识产权的火法精炼直接制杆技术从资源再生方面考虑 火法精炼直接制杆法的工艺和设备会逐渐加大市场份额 但目前由于废杂铜进口鼓励政策的缺失 紫杂铜进口量萎缩 使国内已引进的火法精炼制杆法生产线经营困难利用紫杂铜通过火法精炼直接制杆 原料必须是紫杂铜 其产品必须符合YS T793 2012 电工用火法精炼再生铜线坯 标准加快开发具有自有知识产权的火法精炼直接制杆技术是市场需求 也是我们的责任 6电工铜杆生产技术发展趋势 7 电工铜线生产技术的发展 与国外先进水平相比存在设计创新 制作工艺和电气控制系统等差距 国外制线装备一直朝高效 多工序组合成一条龙生产 主要有以下几个特点 1 制线设备的高效性高速拉线 国外小拉机的速度已达53m s 生产线径为0 12 0 21mm铜线时 连续生产速度可达45m s 比传统原有国产机型效率提高60 90 多头拉线 最大头数已达40头 导线的机械电气性能均一 可单盘收多根导线 在下道工序又可单盘放出多根导线 适用于多工序一条龙组合生产 与单头拉线机相比投资可减少40 可改善占地空间 增加生产线的功能和提高产品的质量水平 7 电工铜线生产技术的发展 2 制线设备的优良性低耗节能 可节电20 快速换模 每级拉线轮之间导体面积压缩比可灵活调节 简化了机械结构 提高了拉线轮的使用寿命已采用感应加热连续退火 与电阻接触式连续退火相比 导线的表面质量高 设备传动简单 连续退火无需预热 可减少导线伸长率的波动 今后拟采用等离子体加热连续退火 这是今后退火方式的一个发展方向 特别适合漆包线生产 在退火过程中等离子体能消除线材表面的毛刺等缺陷 加热退火具有更高的表面质量 7 电工铜线生产技术的发展 3 制线装备的实用性扩大进 出口线的适应范围 小拉机进口线的规格只需按大拉机的规格来确定 更换导线规格只需更换定径模大容量收线 直径630mm线盘装线可达700 800kg 拉线盘少了 可一人操作 小拉可使用PND630锥形高速拉线盘 装盘容量比传统机型提高了5 10倍 且可避免线的重复压线 有效地提高了下道工序的放线质量 7 电工铜线生产技术的发展 4 采用人机界面 可实现自动控制 动态模拟显示 自动配模和校验配模等功能 5 采用拉线模的计算机模拟 可以以分析拉线过程的二维变形 提供加工过程的材料和热变形的数据 6 采用激光扫描测量 专门为拉线生产设计的激光测量仪 能承受现场环境状况不好 对线外径测量有单侧和双侧二种方式 测量精度可达1 以下 7 电工铜线生产技术的发展 实践证明 多线多模拉丝机能减少换盘 运输 堆放 节约人力 提高生产率 缩短生产周期 减少中间运输费用和生产面积 避免线材因中间存放所导致的氧化现象 连续退火的质量也较一般退火均匀和稳定 该系列生产线具有同时拉制8头及以上线材 多道次拉拔 在线退火 收线在一套机组中完成的功能 生产的产品具有良好的质量 适合高品质线材对导体质量稳定性和均匀性的要求 而且拉拔速度可达到35m s以上 在提高产品产量 降低生产成本和设备投资等方面都具有显著优势 因此多线多模拉伸连续退火机组将垄断铜细线工艺领域 7 电工铜线生产技术的发展 目前 国外16头的多头拉丝机 年产5000吨左右 需要800万人民币左右 国内广东永雄8头的要300万左右国外电镀锡生产线 从8拉到1 6 年产6000吨 意大利桑普要700万左右人民币 德国尼霍夫比意大利桑普的要贵许多 70 特殊性能 超规格铜线铜基复合线材的制备 可靠性 8 其它铜线材的发展与应用 71 随着电力电子工业的发展 对材料提出了特殊性能及特殊规格的要求高强高导要求电力机车接触线超低氧含量要求真空元器件耐磨性要求接插件超细规格要求微电子领域单晶要求高品质音频线 8 1特殊性能 超规格铜线开发 72 成本 性能的要求导致铜基复合线材的不断出现合理利用 以铝节铜是大势所趋 特殊性能需求铜包铝线早已用于生产电话线 网线 屏蔽编织线日本新干线上使用铜包钢接触线铜包铝汇流排也已应用多年不合理利用 铜包钢线 铜包铜线等以次充好的产品 8 2铜基复合导体的制备与可靠性 73 铜基复合导体的制备方法浸渍成型法拉伸复合法连续挤压复合法轧制复合法双金属连铸法包覆焊接法电镀法 8 2铜基复合导体的制备与可靠性 74 铜基复合导体的可靠性应用方面 铜包铝线应用于弱电传输和编织线 铜包钢应用于高强高导特殊线材 铜包铝排应用于汇流排等具有绝对的可靠性应用于电机 变压器等绕阻线的可靠性不足资源回收利用方面 难以分离 特别是小规格的复合线材无法分离严重影响紫杂铜直接再生利用工业 8 2铜基复合导体的制备与可靠性 75 1 电工用铜杆的生产装备能力已大大过剩 比当今的需要量高出2倍还多 2 近几年引进的9条高产能连铸连轧生产线的产能共计224万吨 年 而电缆行业高端细铜线需量仅100多万吨 造成高质杆产能的过剩 我国电缆用铜杆线工业在无序 重复引进和在低水平下重复建设 突出存在一系列主要问题 9思考 我国铜杆线的发展与趋势 76 3 用进先进的技术 工艺和装备 采用原料品位 96 连续生产方式 和 94 批式生产方式 的废杂铜 可以生产出铜含量达99 90 及以上的低氧铜杆 质量可达电工用3级铜杆的标准要求 5 国产的低氧铜连铸连轧生产线 特别是在用混杂废铜直接再生连铸连轧低氧铜制杆的情况下 无论在质量上 还是在工艺 炉子 连铸连轧装备和环保上与现代化的先进水平相比相差20 30年 需要提到日程迎头赶上 9思考 我国铜杆线的发展与趋势 77 发展趋势 1 以铝节铜 光进铜退 电力电缆的用铜量据行业之首 达60 以上 而我国铜资源高度紧缺 可以预测铝和铝合金芯电力电缆会有适度的增加为了减轻重量 节约能源 汽车等装备用线缆线正在研讨在合适的场合用铝或铝合金线代替铜线据报导A380大型客机已使用了铝线芯的航空导线大量电缆线芯用的铝合金线正在开发应用 具有高导电率和受控抗拉强度和伸长率的铝合金导体 已在日本开发 电工用退火和中间热处理的8000系铝合金线 早已在北美洲应用 稀土高铁铝合金线 亦在我国试制成功 正在推广使用 9思考 我国铜杆线的发展与趋势 78 1 以铝节铜 光进铜退 通信领域的电缆市场的趋势凸显约用了15年的时间 1995年到2010年 通讯领