国内铜及铜合金管棒材生产技术与装备

1、国内铜及铜合金管棒材生产技术与装备, 国内铜及铜合金管棒材生产技术与装备 国内铜及铜合金管棒材生产技术 与装备 郭 莉 ( 上海飞轮实业有限公司 上海,)摘要: 铜及铜合金管、棒材生产技术与装备近些年来有了较大幅度的提升，随着技术 的创新和装备水平的提 高，一些新技术、新工艺、新装备不断地研发成功并应用于产业 化生产。面对当 前资源、能源日趋匮乏和持续的国际金融危机，通过技术创新和装备改 进提高， 增强企业自身的竞争力是企业生存和发展的有效手段之一。关键词: 铜及铜合金管、铜棒、生产技术、装备 ?, (,? 一, 刖禹 改革开放以来中国的铜加工业发展 迅速，规模以上企业数量和生产能力大大增加，

2、整体实力显著增强。在经历了亚洲 金融危机、铜价大幅涨跌和去年发生现在依然持续的国际金融危机等国内外市场和 经济运行数次大的波动后，业内也随着市场的变化进行了一轮又一轮企业整合和产 品结构的调整。特别是近几年来，随着资源匮乏、能源紧张、对国际市场的依赖程 度增强等因素的影响加大，企业对技术创新与可持续发展有了更深刻的认识。更多 的资金投人于企业技术创新、新产品研发和装备水平的提高，以期在增大企业规 模、增加产能的同时，使新产品的研发和原有产品的质量达到国际领先水平，更具 影响力和竞争力。铜加工产品产能和产量的扩张也大大促进了铜加工装备制造水平 的发展与提高，装备的更新速度加快，设备精度和自动化程

3、度不断提高。 表, 近二 年铜及铜合金管棒材的进出口情况 单位 : 千吨 ,(, ,(, ,(, ,(,(, ,(, 铜管 其中 : 精炼铜管 黄铜盘管 黄铜管 白铜管 ,(, ,(, ,(, ,(, 一,(, ,(,其 他 ,(, ,(, ,(, ,(, ,(,一,(, 注:产品名称按海关税则号列。 , 年中国铜， , 产业发展论坛 , 铜及铜合金管棒材是铜加工产品 中市场需求量较大的品种，其中铜管材也是我国铜加工材中唯一净出口的品种，这 从另一个侧面说明我国铜管材的加工技术和产品质量水平已位居世界前列。在去年 出现全球性金融危机的背景下，我国铜管材全年生产总量和进出口量仍保持增长势 头。近

4、二年铜及铜合金管、棒材的进出口数据列于表 , 。, 市场、生产技术与装备现 状 ,（, 铜及铜合金管材 ,（,（, 纯铜类管材 纯铜类管材的市场需求约占管材总需求量 的 , ，主要用于制冷空调、电缆、建筑用水管、电真空器件、冷凝器、蒸发器、 热交换器以及输送管路等。 传统的生产方式有挤压 （ 冷轧）拉伸法和斜轧 穿孔 （冷轧） 拉伸法。其中斜轧穿孔 （冷轧） 拉伸法由于所生产规格 和合金品种少、管坯质量差等原因，现绝大多数企业已不采用，此种方法由于技术 落后正在逐渐淡出市场。 随着技术的完善和装备水平的提高，高效节能的水平连 铸行星轧制 （下简称铸轧法 ） 法已广泛地应用于纯铜类管材的生产。特

5、别是在制 冷空调用管 （ 包括内螺纹铜管 ）和电缆管的生产中，其生产技术和装备已十分成熟和 完善。铸轧法所能够生产的纯铜类管材最优规格为外径够 ,?, 范围的薄壁铜管。 上引连铸 （ 冷轧） 拉伸法通过我国技术人员的不断完善和提高，目前，已能 够生产的最大管坯直径可达 , 以上。该方法由于其生产成本低、管坯氧含量 低，适合于壁厚在 ,（, 以上的中小规格水道管、空调连接管和含氧量要求相对不 高的无氧铜管等产品的生产，有一定的生存空间。此种方法由于是铸造管坯，仅通 过冷加工直接产出成品，因此，生产过程中需进行中间退火使其铸造组织得以改 善。此外，上引连铸管坯质量的稳定性有待进 ,步提高。 ,（,

6、（, 铜合金管 铜合金管 主要应用于电力电气、海水淡化、船舶制造、石油化工、机械、造纸、建筑等国计民生的重要领域，用于制造热交 换器、机械零部件、冷凝管、波导管、散热器管、水道管、波纹管、蛇形管、挠性 软管、泵用管、管道配件、及管件等。 铜合金管目前的主要生产方式还是采用传 统的挤压冷轧拉伸方法，技术和装备的进步主要表现在提高产品质量和生 产过程的控制水平、节能降耗、提高效率等方面。比如，熔铸设备控制系统的升 级、熔铸温控系统、电磁铸造技术、铸锭梯度加热、挤压吨位的扩大、冷轧管机的 连续上料、在线收卷和在线锯切、保护气体光亮退火等。由于生产主机能力的增 大，目前国内所能生产铜合金管的最大直径已

7、接近中 , 。 , 国内铜及铜合金 管棒材生产技术与装备 ,(, 铜及铜合金棒材 棒材是铜加工材中重要一类，在铜及铜 合金棒材中，黄铜棒约占棒材总量的 , ，其中包括易切削、耐腐蚀、热锻、异型 棒等，主要供货形式有圆棒和型棒，型棒包括方形棒、矩形棒、六角棒、异型棒 等。主要用于航空航天、兵器、仪器仪表、通讯、船舶工业、电力电气、民用建 筑、机械零件、水暖管件、汽车附件、日用五金、卫生洁具、锁具等。 我国习惯 上按加工方法将棒材分为挤制和拉制两大类，分别规定了相应的规格范围，小规格 的棒材与线材在规格上有所交叉，时常难以划分。而美国、日本等国家在棒、线材 规格交叉部分，则不以产品的尺寸而以交货形

8、态划分，直态交货的称为棒材，盘状 交货的称为线材 ; 通常棒材直径下限为？， , ，线材上限为？ , 。 目前我国常 用的棒材加工方式为采用热挤压、水平连铸或上引连铸等方法制造棒坯，之后采用 冷轧或拉伸的方法生产出产品。孔型轧制的供坯方法由于其效率低、不经济、生产 的品种少、产品质量差等原因已逐渐被淘汰。 挤压法具有变形条件好，挤出的制 品尺寸精确、表面质量好且有细化的晶粒组织、生产灵活性大的特点，适用于各种 铜及铜合金棒材，是棒坯和挤制成品棒材应用最广的生产方法。为进一步降低成 本、节能节材，棒材生产向短流程、连续化、盘卷化方向发展，盘卷化生产方式已 在铜及铜合金中小规格棒材生产中广泛应用。

9、水平连铸或上引连铸棒坯比熔铸成锭 后热挤压的供坯方式经济，但坯料为铸状组织，需经过反复拉伸、退火，不易加工 塑性差的合金。适合提供规格较小和成品力学性能要求不高棒材的坯料，直径一般 为邸一 , ，盘重可任意选定。此方法适于生产热加工性能差、冷加工性能较好的 锡青铜、硅青铜小规格棒材，而且，比挤压法经济，质量也有保证。 棒材的冷加 工方法主要是拉伸，一般采用直拉，盘拉多用于需多道次拉伸的小棒生产。目前， 先进的棒材生产方法是挤压后的棒坯在联合拉拔机上进行拉伸和精整，联合拉拔机集拉伸、矫直、锯切、抛光、倒角、打捆等工序为一体，挤压盘卷棒坯经联合拉拔 机加工后即为成品棒材。中间道次多的棒材可先进行盘

10、拉，最后在联合拉拔机或矫 直切断机上进行精整。冷轧多用于加工塑性差的合金小棒。这些合金棒材如果采用 拉伸法生产，需经过反复拉伸、退火，生产流程长、能耗高、生产成本高。而冷轧 加工率大，可减少拉伸道次、减少中间退火。冷轧多采用两辊平立辊或三辊 , 型连 轧机。冷连轧机设备费用较高，适合批量较大的合金小棒生产。 , 管棒材生产新工 艺新技术新装备的应用及成果 ,（, 短流程铜合金管生产工艺 借鉴纯铜类管材铸轧法 成熟的技术基础，铜合金管的铸轧法生产也在不断地试制和完善，目前取得较大进 展的是铁白铜，,，一，一，合金。该合金的鳓X ,水平，,），年中国铜加工产业 拄展论坛 , 连铸管坯已完全能够满足

11、行星轧制的质量要求，管坯铸态组织的低倍 检验照片见图 , 。多次实验结果表明，在对现有三辊行星轧机进行改进后，将 , 一, 合金凹, X , 水平连铸管坯进行星轧制也是可行 的。由于该合金具有优良的塑性，行星轧制后至成品的冷加工过程币需中间退火。 实验数据表明，对其进行盘拉、联合拉拔或复绕的冷加工工艺基本成熟。 , 一, 一，的复绕盘管参见图 , 。这种短流程铜合金管的成套生产工艺一旦成熟、完善并 产业化，相对铁白铜 , 一,一,传统的生产工艺来说将具有根本性的改变，这种 生产方式成本低、成材率高、效率高，其竞争优势是不言 , 面喻的。 有企业对黄铜 舍金进行了铸轧法的工艺试验，用于行星轧制的

12、水平连铸管坯规格小于紫铜管坯， 管坯质量基本满足要求。管坯铸态组织的低倍检验照片见图 , 。但得到理想的轧制 管坯还有很多需要解决的问题。 囤, , 一,一，铸坯低倍拴验照片 圈,黄铜辞 坯低倍检验照片 图, , 一,一,的复绕盘营 ,（, 铸轧线伺服跟踪管坯铣面技术 铸 轧线伺服跟踪管坯铣面技术，其工作原理足两个伺服油缸连接垂直方向上下两把铣 刀，用压力控制铣刀与管材表面铣削量，使铣削过程不受管坯弯曲、椭圆、凹坑等 影响，沿表面自然形态等量铣面。与曾使用的铣刀铣面和旋风式铣面相比，铣削厚 度均匀，无漏铣与差铣现象 ; 铣面速度快，可达 ,; 工作效率比旋风式铣面机 提 , 国内铜及铜合金管棒

13、材生产技术与装备高 , , 倍 ; 而且，铣刀寿命长不易损 坏。 ,(, 利用小吨位挤压机挤制大锭重管坯 我国铜管棒材生产企业中，中小企业占 据了绝大部分，这些企业的装备能力也相对较小。如何利用企业能力较小的主机设 备生产大单重产品一直是这些企业研究探索的课题，目前，这项研究在某企业取得 了进展。利用空心铸锭、镶嵌式双锥形挤压模、全润滑挤压等技术可在 , 挤压 机上挤制 , 以上锭重的铜合金管坯。 , 大规格空心铸锭的水平连铸也取得 了可喜的成果。这一技术的突破为铜合金管的盘式生产奠定了坚实的基础。 ,(, 黄 铜合金管的盘拉技术 盘拉伸技术是在直条拉伸技术基础上发展起来的一种生产效 率更高、

14、成材率更高的拉伸技术。许多企业也在研究实验对铜合金管进行盘拉，对 于塑性好，加工过程不需进行中间退火的合金来说已有了成功的经验，而对那些加 工硬化快的黄铜合金进行盘拉生产需要解决的难题仍有不少。目前，黄铜合金的盘 拉技术有所突破，采用净近技术和盘拉的方式，减少了黄铜生产过多的工序和工序 间转运等辅助作业，为黄铜合金的生产开劈出一条节能降耗的短流程生产路线。 ,(, 黄铜棒熔铸新技术 黄铜棒超多头水平连续铸造技术，成功地解决了连续加料、熔 体密封、成分控制、和多头牵引等问题，不但生产效率高，也很好地根治了黄铜熔 铸过程氧化锌对环境的污染。 潜流转炉和连体炉技术，是将原来的熔炼炉铜液通 过流槽转注

15、到保温炉或铸造炉更新为连体炉通过导管实现潜流转炉。 无机械阀门 控流技术，此项技术是利用某种装置，在高温液体潜流转炉导管中，利用金属凝固 堵塞通道和金属熔化通道的原理，在导流管外设置一个可以迅速冷却和急速加热的 装置，从而取代机械阀门，实现熔体由熔炼炉向保温炉的传送和闭合。闭免了机械 阀门长期在高温下的变形乃至熔蚀的问题，而且开启闭合便捷、安全可靠，利于实 现自动化。 这些技术曾在许多资料上有详尽的介绍，这里不再赘述。 ,(, 连续挤压 复杂断面异型材 连续挤压在挤制铜排、铜棒、简单断面型材技术取得突破后，技 术工艺不断完善，质量问题也在采取了相应的措施后逐渐趋于稳定。复杂断面异型 材的连续挤压在不断地试制中也取得了一定成效，连续挤压设备的能力不断提高， 以期能够生产覆盖面更宽的产品规格。对市场而言，复杂断面异型材的性能和质量 稳定性还需要有一个客户认可的过程。 除了上述部分新技术的研发与应用外，企业各生产 环节中节能降耗、质量控制、 , 年中国铜加工产业发展论坛 , 降低成本、金 属循环利用等小技术的应用也为铜及铜合金管棒材