□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)展的因素錯綜復雜多變，世界經濟不景氣致使國際貿易很難有所作為，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，并根除了相應的環(huán)境污染。中國銅加工短流程工藝的技術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。

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

近百年來，國內外銅加工工藝一直為傳統(tǒng)方法所籠斷。傳統(tǒng)經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，這些工序導致能耗、污染環(huán)境、降低成品率、增加生產成本和設備投資，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”，如行星軋制技術和連續(xù)擠壓技術，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，就是在確保產品質量、環(huán)境友好、節(jié)省能源、減少建設投入的前提下的創(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內螺紋管生產技術。當前銅加工短流程工藝，在中國正在迅速發(fā)展并產業(yè)化，為推動銅加工技術進步做出了重要貢獻（表1）。

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

1. 連續(xù)鑄造技求

中國連續(xù)鑄造技術主要有上引和水平連鑄，可以生產銅及合金上引管、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，潛流式金屬熔體轉運，取消了金屬流槽，防止了金屬轉運時吸氣和氧化，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，改變了帶坯結晶組織，提高了表面質量，延長石墨結晶器的壽命；中國不但在連鑄技術上不斷創(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業(yè)化。

2. 行星軋制技術

這種技術是互成120度角配置的三軋輥自轉、同時又繞軋制線公轉從而形成對管坯復合軋制，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)再結晶，行星軋制后的管材質量與熱擠壓相同，而且軋制產品表面不氧化、大長度、成卷，可直接進行冷加工，為管材盤式生產奠定了基礎，成為鑄造管坯直接冷加工的關鍵技術，在改變鑄造組織方面做出了突出的貢獻，目前行星軋制技術在中國制管業(yè)中已普遍采用，行星軋制生產線已高度自動化、專業(yè)化，裝機水平已處國際先進；這種技術的出現(xiàn)、成熟、產業(yè)化，使銅及合金管材生產方法發(fā)生了重大變革；特別是還形成了銅鋁復合的新方法。

圖2 行星軋制

3. 連續(xù)擠壓技術

這種技術在國外又稱康夫姆法，此法實質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)再結晶，中國發(fā)展了這種技術，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)擠壓的技術創(chuàng)新，形成了以銅線桿為坯料的銅材生產新技術，導致了銅及合金棒型線生產方法的重大變革，這些成果是工連續(xù)擠壓技術和裝備已居世界領先水平。

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方式正在被打破

生產工藝流程進一步縮短，為節(jié)能和提高生產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，并已成為空調管，內螺紋管、合金線材、錫青銅帶材等熱點產品的主要生產方法，對我國銅加工節(jié)能、降低產品成本、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法迅速取代了塊式生產法

這種生產法為提高產品質量、生產效率、改善環(huán)境打開了廣闊的空間。兩種方法的根本區(qū)別在于板帶材生產中被加工的工件是帶卷還是板塊。高精板帶卷式生產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)了銅板帶生產的自動化、現(xiàn)代化，達到了生產高效、節(jié)能、節(jié)材、高質量等目的。特別是卷坯的表面銑屑和保護性氣體退火不但提高了產品質量，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. 管材卷式生產法已成為我國管材生產的代表性先進技術

空調器用高效散熱內螺紋銅管生產技術已走在世界前列。我國銅盤管生產技術的特點是管坯生產方式的多樣化，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）。這三種方法已經完全產業(yè)化，適應不同的投資和生產規(guī)模，推動了銅管生產的技術進步。

7. 在線檢查技術發(fā)展迅速

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

8. 銅及合金再生資源利用

該項技術創(chuàng)新共包括兩項內容：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線生產。上述銅線桿生產機列年產量可達3～6噸，生產機列價格低廉，在中國已被廣泛應用，迅速取代了落后的熱軋銅線桿生產方法。其二為合金雜銅再生。合金雜銅化學成份復雜，一直是再生技術的難點，傳統(tǒng)的再生技術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、多流鑄造技術生產易切削黃銅棒型材，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，這項技術已經產業(yè)化，被譽為中國“金田法”。

圖5 多面潛流鑄造