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铜管生产技术现状及生产方法

2019-05-26 15:20:41

铜管是构成国民经济结构的一个小行业,但它是   重要基础产业中有色金属行业的重要构成部分,主要用于空调、制冷、输油、输水、输气管道、建筑等,随着国民经济的迅猛发展,其应用领域在进一步扩大,消费量也逐年递增,在铜管的产量和消费中,铜管所占比例很大,此外某些特殊用途的专用管消费量同样在不断上升。而紫铜管在铜管坯的生产与消费中,一直占据着相当大的比重。磷脱氧铜是紫铜管的基本原材料。

故紫铜管也称作TP2铜管。TP2铜管具有良好的导热性,抗磁性,耐腐蚀性和优良的加工性能,广泛应用于空调和制冷用蒸发器和热交换器管,冰箱用制冷管、冷凝管,蒸馏装置用管等。光管经过冷加工成为内螺纹铜管。经济的快速发展推动了空调市场的发展,新一代冷媒的应用对空调的质量要求也越来越苛刻,同时随着人们环保意识的增强,TP2内螺纹铜管已成为制作换热器即蒸发器和冷凝器   传热器管,出现在绿色环保无氟空调和冰箱中。空调与制冷用铜管简称ACR管(AirConditioningandRefrigerationtube)。由于换热器向着高性能化,体积小型化和低量化方向发展,促使铜管向高清洁,高性能,高精度,高附加值方向发展,故铜管加工业   要走化,   ,大规模道路。如何生产出   ,低成本的TP2铜管,毋庸置疑是企业的主题。

铜管生产方法主要有如下几种:热挤压一冷轧法(简称挤压法)、水平连铸一行星轧制法(简称连铸连轧法)、热斜轧穿孔一冷轧法(简称斜轧穿孔法)、上引连铸一冷轧法(简称上引法)、带坯一焊接成型法(简称焊接法)。下面分别介绍以上几种生产方法的工艺流程以及各自的优缺点。

1、挤压法

挤压法(Extrusionmethod)是铜管生产中使用较早的加工方法,已有一百多年的历史,其技术发展得相当成熟,应用也非常广泛。

其工艺流程为半连续或连续铸造铸坯、定尺锯切、挤压、冷轧、盘拉、精整、退火。挤压法的优点是工艺相当灵活、适应性比较强。可以挤压如管、棒、线、异形材等各种形状的母材;并且能生产大致所有铜及铜合金产品和多种超薄、超大直径、超厚的铜管产品,当前挤压法较多用的是水封无氧化脱皮挤压技术,采用此技术挤压出的管材晶粒组织均匀细小,管材的质量非常好,并且内外表面光亮没有氧化。但是,挤压法也存在如下缺点:

(1)建设设备投资高、设备维护费用高。厂房占地面积大,建设周期长,每条年产一万吨的铜管生产线,投资   设备费大致需22.2亿,轧管机的轧辊设计制造费用高,同时维护费用也较高。

(2)能量消耗大。就TP2铜管而言,挤压前铸坯需加热到850℃~900℃,能量消耗大。此外,挤压筒在长时间挤压生产后受到较大磨损,同时挤出管坯的尺寸精度和表面质量也会影响。

(3)材料利用率低。挤压的几何废料较多,如脱皮、压余、穿孔等,导致产品成品率低,综合成品率仅有70%左右。

2、连铸连轧法

连铸连轧法是一种新型紫铜盘管生产工艺,它于20世纪80年代由芬兰奥托昆普公司   出来的。此种生产方法发展了十几年,已经比较成熟,在我国大概60%的空调制冷铜管都采用此工艺方法生产。

连铸连轧法工艺流程为:水平连铸空心管坯、定尺锯切、铣面、三辊行星轧制、拉伸、精整、退火。

连铸连轧法的优点如下

(1)设备投资少。与挤压法相比,此法不用加热铸坯和热挤压铸坯,   地减少了厂房的占地面积和设备投资。每条年产1.5万吨的铜管生产线,投资   设备费大致需1.5亿元,同时工模具设计制造与维护费用较低,例如,一副轧辊设计制造费约1万元,每次修磨仅数百元。

(2)生产效率高,能量消耗低。与挤压法相比,连铸连轧法不必加热铸坯使之挤压成铜管坯,不仅简化了工序而且大大降低了能量消耗。同时三辊行星轧制之后的管坯不需中间退火就能直接进行拉拔,进一步简化了生产工序,提高了生产效率。

(3)产品质量好。在轧制过程中,通有保护性气体,空心铸坯内外表面和轧出管坯的内外表面在水冷前表面没有接触空气从而不被氧化,所以能够保证管坯表面的   。

(4)产品精度高。三辊行星轧制过程中,空心铸锭呈螺旋进给,其变形程度相当大并且均匀,管坯壁厚均匀度大大提高,这点上,挤压管坯壁厚均匀度是不能比拟的。

(5)成品率高。从投料熔融直到加工成各种中小尺寸的成品管材,综合成品率可高达90%左右,这是挤压法、上引法斜、轧穿孔法所不能比拟的。

但是,连铸连轧法也有   的局限性。例如,只有中小尺寸的纯铜成品管材才适合此方法生产,而大多数铜合金管材和中大尺寸的铜管材不能采用此法生产,当前仅有B10白铜连铸连轧技术的   成果。

先将电解铜、压块料、屑饼按6:3:1的比例投入设定温度1175℃±10℃的熔化炉熔化,捞在渣、净化后将铜液倒入保温炉中进行保温。然后铜液从保温炉内流入结晶器进行凝固,此过程中不断采用牵引装置将凝固后的铸坯φ96mmX25mm向外牵引。随后在铣面机上对铸坯进行铣面3mm,去除铸坯表面裂纹、压痕及氧化物等缺陷。接着将铣好面的铸坯送进三辊行星轧机中轧制至φ60mmX3.0mm,断面加工率达90%以上,之后将轧制过的铜管送入联拉机中进行三联拉至φ30mmX1.4mm,再对铜管进行多道次圆盘拉伸,以达到规定尺寸的铜管。然后将加工硬化的铜管进行在线感应退火,对退火后铜管进行内螺纹成型成规定的尺寸,并在精整机上对铜管进行水平复绕成规定尺寸的铜盘管。较后对铜盘管进行成品退火,以保证较终性能达到客户的技术要求。

上引法(Upward-Castingmethod)工艺流程为:上引连铸管坯、轧制、拉拔、盘拉。上引法连铸设备存在如下优点:结构紧密、布局恰当、占地面积不大,投资不多、生产效益高;操作简便、劳动强度很低、工艺性能稳定一致、节约能源、资源、没有污染,生产适应能力强,能够生产不同尺寸的各种类型铜及铜合金管坯、杆和型材等。

上引法连铸设备的建设周期不长,建厂投产之后的两年以内就能够回收所有投资。采用上引法加工生产的光面空调管、建筑用水道管、毛细水箱管等产品的价格廉价,因此在管材市场上具有   的竞争优点,国内中小型铜加工企业中普遍采用这种方法。当前较大直径为φ120mm的管坯能够在此种上引连铸机生产,12条管材可以同时在我国制造的上引铸管机拉,并且管材尺寸能够各不相同,其年生产能力达到5000吨。

焊接法(Weldingmethod)在上世纪六、七十年代就已经相当成熟,随着空调制冷业的迅猛发展以及高精度、细径、薄壁内螺纹管强化空调传热的要求,与高精度铜带技术的进步,促进了内螺纹铜盘管的带坯滚压成型焊接工艺得到不断   和发展。

焊接法的工艺流程如下:高精度的铜带、交叉焊接、内螺纹成型、卷曲成卷、结合焊接、精整、退火。

焊接法的优点是可以加工导热效率高、齿形错综复杂的铜管,且铜管组织致密均匀,性能稳定一致,内外表面清洁度高、生产效率高。焊接法存在如下缺点:高要求铜带的卷重、表面质量、飞边、切边精度、平直度和毛刺等,造成铜管的加工成本相当高。