Der Unterschied zwischen der Leistung von Kupferstäben mit niedrigem Sauerstoffgehalt und Kupferstäben ohne Sauerstoff
Kupferstangen sind der wichtigste Rohstoff der Kabelindustrie. Es gibt zwei Hauptproduktionsverfahren: Stranggießen und Walzen sowie Aufwärtsstranggießen. Es gibt viele Verfahren zur Herstellung von sauerstoffarmen Kupferstangen durch Stranggießen und Walzen. Die Merkmale sind, dass nach dem Schmelzen des Metalls im Vertikalofen die Kupferflüssigkeit durch den Isolierofen, die Rutsche und die Gießpfanne fließt und aus dem Gießrohr in die geschlossene Formhöhle gelangt. Es wird mit einer großen Kühlintensität abgekühlt, um einen Gussblock zu bilden, und dann mehrmals gewalzt. Die hergestellten sauerstoffarmen Kupferstangen sind eine heiß verarbeitete Struktur. Die ursprüngliche Gussstruktur wurde gebrochen und der Sauerstoffgehalt liegt im Allgemeinen zwischen 200 und 400 ppm. Sauerstofffreie Kupferstangen werden in China grundsätzlich alle durch Aufwärtsstranggießen hergestellt. Nachdem das Metall im Induktionsofen geschmolzen wurde, wird es durch eine Graphitform gegossen und dann kaltgewalzt oder kalt verarbeitet. Die hergestellten sauerstofffreien Kupferstangen sind eine Gussstruktur mit einem Sauerstoffgehalt von im Allgemeinen unter 20 ppm. Aufgrund unterschiedlicher Herstellungsverfahren gibt es in vielen Aspekten große Unterschiede, beispielsweise hinsichtlich der Organisationsstruktur, der Verteilung des Sauerstoffgehalts sowie der Form und Verteilung von Verunreinigungen.
1. Zeichenleistung
Die Ziehleistung von Kupferstäben hängt von vielen Faktoren ab, wie etwa Verunreinigungsgehalt, Sauerstoffgehalt und -verteilung, Prozesssteuerung usw. Die Ziehleistung von Kupferstäben wird unter den oben genannten Aspekten analysiert.
1. Der Einfluss der Schmelzmethode auf Verunreinigungen wie S
Bei der kontinuierlichen Guss- und Walzproduktion von Kupferstäben werden die Kupferstäbe hauptsächlich durch Gasverbrennung geschmolzen. Während des Verbrennungsprozesses können einige Verunreinigungen durch Oxidation und Verflüchtigung bis zu einem gewissen Grad reduziert werden. Daher stellt das kontinuierliche Guss- und Walzverfahren relativ geringe Anforderungen an die Rohstoffe. Bei der Herstellung von sauerstofffreien Kupferstäben werden die „Patina“ und „Kupferbohnen“ auf der Oberfläche des elektrolytischen Kupfers im Wesentlichen in die Kupferflüssigkeit geschmolzen, da der Induktionsofen zum Schmelzen verwendet wird. Unter ihnen hat das geschmolzene S einen großen Einfluss auf die Plastizität von sauerstofffreien Kupferstäben und erhöht die Bruchrate beim Ziehen von Drähten.
2. Das Eindringen von Verunreinigungen beim Gießen
Während des Produktionsprozesses muss beim Stranggießen und Walzen flüssiges Kupfer durch den Isolierofen, die Rutsche und die Gießpfanne geleitet werden, was relativ leicht zum Ablösen von feuerfesten Materialien führen kann. Während des Walzvorgangs muss es durch die Walze geleitet werden, wodurch das Eisen abfällt, was zu äußeren Einschlüssen am Kupferstab führt. Das Walzen von Oxiden auf und unter der Haut während des Warmwalzens wirkt sich nachteilig auf das Drahtziehen von sauerstoffarmen Stäben aus. Der Produktionsprozess des Aufwärtsstranggussverfahrens ist relativ kurz. Die Kupferflüssigkeit wird durch den Unterwasserfluss im Verbindungsofen vervollständigt, was wenig Einfluss auf das feuerfeste Material hat. Die Kristallisation wird in der Graphitform durchgeführt, sodass im Prozess weniger Verschmutzungsquellen entstehen können und weniger Möglichkeiten für das Eindringen von Verunreinigungen bestehen.
O, S und P sind Elemente, die Verbindungen mit Kupfer bilden. In geschmolzenem Kupfer kann Sauerstoff teilweise gelöst werden, aber wenn Kupfer kondensiert, ist Sauerstoff in Kupfer fast unlöslich. Der gelöste Sauerstoff im geschmolzenen Zustand fällt als Kupfer-=-Kupferoxid-Eutektikum aus und verteilt sich an den Korngrenzen. Das Auftreten von Kupfer-Kupferoxid-Eutektikum verringert die Plastizität von Kupfer erheblich.
Schwefel kann in geschmolzenem Kupfer gelöst werden, aber bei Raumtemperatur ist seine Löslichkeit fast auf Null reduziert. Es erscheint an den Korngrenzen in Form von Kupfersulfid, das die Plastizität von Kupfer erheblich verringert.
3. Verteilungsform und Einfluss von Sauerstoff in sauerstoffarmen Kupferstäben und sauerstofffreien Kupferstäben
Der Sauerstoffgehalt hat einen erheblichen Einfluss auf die Drahtziehleistung von sauerstoffarmen Kupferstäben. Wenn der Sauerstoffgehalt auf den optimalen Wert ansteigt, ist die Drahtbruchrate des Kupferstabs am niedrigsten. Dies liegt daran, dass Sauerstoff bei der Reaktion mit den meisten Verunreinigungen als Radikalfänger wirkt. Moderater Sauerstoff trägt auch dazu bei, Wasserstoff aus der Kupferflüssigkeit zu entfernen, Wasserdampfüberlauf zu erzeugen und die Porenbildung zu verringern. Der optimale Sauerstoffgehalt bietet die besten Bedingungen für den Drahtziehprozess.
Verteilung von sauerstoffarmen Kupferstaboxiden: Im Anfangsstadium der Erstarrung beim Stranggießen sind die Wärmeableitungsrate und die gleichmäßige Abkühlung die Hauptfaktoren, die die Verteilung von Kupferstaboxiden bestimmen. Eine ungleichmäßige Abkühlung führt zu wesentlichen Unterschieden in der inneren Struktur des Kupferstabs, aber bei der anschließenden Heißverarbeitung werden die säulenförmigen Kristalle normalerweise zerstört, wodurch die Kupferoxidpartikel fein und gleichmäßig verteilt werden. Die typische Situation, die durch die Ansammlung von Oxidpartikeln verursacht wird, ist ein zentrales Platzen. Neben dem Einfluss der Oxidpartikelverteilung weisen Kupferstäbe mit kleineren Oxidpartikeln bessere Drahtzieheigenschaften auf, und größere Cu2O-Partikel neigen dazu, Spannungskonzentrationspunkte und Brüche zu verursachen.
Der Sauerstoffgehalt von sauerstofffreiem Kupfer überschreitet den Standard, der Kupferstab wird spröde, die Dehnung nimmt ab, die Streckmusteröffnung erscheint dunkelrot und die Kristallstruktur ist locker. Wenn der Sauerstoffgehalt 8 ppm überschreitet, verschlechtert sich die Prozessleistung, was sich in einer deutlichen Zunahme der Bruchrate von Stäben und Drähten während des Gießens und Streckens äußert. Dies liegt daran, dass Sauerstoff mit Kupfer reagieren kann und eine spröde Phase aus Kupferoxid bildet, wodurch ein Kupfer-Kupferoxid-Eutektikum entsteht, das in der Grenze mit einer Netzwerkstruktur verteilt ist. Diese spröde Phase hat eine hohe Härte und wird sich bei der Kaltverformung vom Kupferkörper trennen, was zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Kupferstabs und zu einem leichten Bruch bei der nachfolgenden Verarbeitung führt. Ein hoher Sauerstoffgehalt kann auch zu einer Verringerung der Leitfähigkeit von sauerstofffreien Kupferstäben führen. Daher müssen der Aufwärtsstranggussprozess und die Produktqualität streng kontrolliert werden.
4. Wirkung von Wasserstoff
Beim Aufwärtsstranggießen wird der Sauerstoffgehalt auf einem niedrigen Niveau kontrolliert und die Nebenwirkungen von Oxiden werden stark reduziert, aber die Wirkung von Wasserstoff wird zu einem größeren Problem. Nach dem Absaugen findet in der Schmelze eine Gleichgewichtsreaktion statt: H2O(g)=[O]+2[H];
Gas und Lockerheit entstehen durch die Ausfällung und Aggregation von Wasserstoff aus der übersättigten Lösung während des Kristallisationsprozesses. Der vor der Kristallisation ausgefällte Wasserstoff kann Kupferoxid reduzieren und Wasserblasen erzeugen. Da das Merkmal des Aufwärtsgießens die Kristallisation von Kupferflüssigkeit von oben nach unten ist, ist die Form der gebildeten Flüssigkeit ungefähr konisch. Das freigesetzte Gas, bevor die Kupferflüssigkeit kristallisiert, wird während des Schwebeprozesses in der Erstarrungsstruktur blockiert, und während der Kristallisation bilden sich Poren im gegossenen Stab. Wenn der Gasgehalt des Aufwärtsbleis gering ist, befindet sich der freigesetzte Wasserstoff an der Korngrenze und bildet Lockerheit; wenn der Gasgehalt hoch ist, sammelt er sich in Poren. Daher werden Poren und Lockerheit sowohl durch Wasserstoff als auch durch Wasserdampf gebildet.
Wasserstoff entsteht aus verschiedenen Prozessverbindungen im Aufwärtsblei-Produktionsprozess, wie beispielsweise der „Patina“ des Rohstoffs Elektrolytkupfer, dem Hilfsstoff Holzkohle**, der Klimaumgebung** und dem nicht getrockneten Graphitkristallisator. Daher sollte die Oberfläche der Kupferflüssigkeit im Schmelzofen mit gebrannter Holzkohle bedeckt sein, und das Elektrolytkupfer sollte versuchen, die „Patina“, „Kupferbohnen“ und „Ohren“ zu entfernen, was für die Verbesserung der Qualität sauerstofffreier Kupferstäbe sehr wichtig ist.
Beim Strangguss- und Walzverfahren wird zur Kontrolle des Wasserstoffs häufig eine moderate Kontrolle des Sauerstoffgehalts eingesetzt. Cu2O+ H2= 2Cu+ H2O
Da die Kupferflüssigkeit während des Gießvorgangs von unten nach oben kristallisiert, kann der durch Sauerstoff und Wasserstoff in der Kupferflüssigkeit erzeugte Wasserdampf leicht aufsteigen und entweichen, und der größte Teil des Wasserstoffs in der Kupferflüssigkeit kann effektiv entfernt werden, sodass die Auswirkungen auf den Kupferstab gering sind.
