空調(diào)銅管連鑄管坯質(zhì)量關(guān)鍵影響因素分析

魏凱 姜業(yè)欣 肖柱

摘 ?要：空調(diào)銅管在加工中，銅管表面存在線傷、夾雜、氣孔造成的斷管或擴口開裂，不僅影響產(chǎn)品成材率，而且降低了客戶滿意度。文章從熔鑄鑄坯的潛在質(zhì)量問題入手，在工裝模具、原材料質(zhì)量、投料過程上進行了分析，致力于消除鑄坯階段的產(chǎn)品缺陷。

關(guān)鍵詞：裝配;原料;加料過程;控制點

中圖分類號：TG29 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）28-0092-04

Abstract： In the processing of air conditioning copper pipe， there are wire damage， non-metallic inclusion， air holes on the surface of copper pipe， which leads to the fracture of pipes or gap cracking. These not only affect the product yield， but also reduce the customer satisfaction. This paper analyzes the tooling and mould， the quality of raw materials and the feeding process related to the potential quality problems of the casting tube， and some suggestions are proposed to eliminate the product defects during casting.

Keywords： assembly; raw material; feeding process; key points

銅及銅合金加工材可分為管、棒、型、線、板、帶、箔七大類，空調(diào)銅管是銅管材中一類非常典型的產(chǎn)品，分“內(nèi)螺紋盤管”和“光盤管”兩種，其中“內(nèi)螺紋盤管”用于制造空調(diào)的蒸發(fā)器、冷凝器，“光盤管”用于空調(diào)內(nèi)外機連接管。空調(diào)銅管中國市場年需求量約60萬噸。

目前空調(diào)銅管普遍采用磷脫氧銅（GB：TP2 JIS：C1220 ASTM：C12200）材質(zhì)，其化學(xué)成分標準如表1所示。

空調(diào)銅管的生產(chǎn)工藝流程：

水平連鑄-旋風銑面-行星軋制-串聯(lián)拉伸-盤圓拉伸-在線退火-螺紋成型-成品排線-成品退火-包裝入庫

空調(diào)銅管在鑄造及加工過程中的缺陷會直接影響產(chǎn)品的成材率[1-2]。在上述工藝過程中，管坯的水平連鑄是保證產(chǎn)品質(zhì)量最為重要的工序，本文將針對連鑄管坯的質(zhì)量關(guān)鍵影響因素作簡要分析[3]。

1 工裝模具對鑄坯質(zhì)量的影響

圖1為一冷水套裝配示意圖。一冷水導(dǎo)流套外壁中部有一密封環(huán)，密封環(huán)與一冷外套為過盈配合（外套加熱后裝配），密封環(huán)的作用是將結(jié)晶器進水和出水隔斷，防止進出水短流而影響冷卻效果。

一冷外套內(nèi)腔的圓度、表面粗糙度、潔凈度;一冷水導(dǎo)流套外壁的圓度、密封環(huán)外表面粗糙度、潔凈度;一冷外套內(nèi)圓、一冷水導(dǎo)流套外圓、密封環(huán)外圓、銅套外圓的同心度。

石墨套和銅套為過盈配合（銅套加熱后裝配）;銅套內(nèi)壁表面粗糙度、內(nèi)圓尺寸;石墨套外壁表面粗糙度、外圓尺寸;控制目的是：保證銅套和石墨套的緊密配合，確保傳熱效果。

圖2為石墨模具外形結(jié)構(gòu)示意圖。其關(guān)鍵工藝點為：

（1）進液口：結(jié)晶器石墨模具前端埋入保溫爐熔體內(nèi)，模具前端有4個銅水入口，等距分布于模具圓周上，相鄰進口的銅水流動方向相互垂直;銅水在自身重力的作用下進入模腔內(nèi)。

（2）排氣口：結(jié)晶器石墨模具最上方開有Φ10mm排氣孔，當銅水結(jié)晶凝固時，溫度急劇下降，銅水中氣體的溶解度也隨之急劇下降，氣體就會從銅水中溢出，溢出的氣體上浮后從排氣口進入保溫爐熔體內(nèi)再上浮從爐口排出，如不能及時排出就會造成結(jié)晶器內(nèi)液相區(qū)內(nèi)氣體分壓增大，增加結(jié)晶區(qū)排氣阻力，從而增大了管坯內(nèi)產(chǎn)生氣孔的概率。

（3）N2保護設(shè)計：如圖所示，結(jié)晶器石墨模具尾端設(shè)有N2接入系統(tǒng)，一可防止結(jié)晶區(qū)銅水吸氣，二可防止石墨模具高溫氧化。

對于銅套而言，關(guān)鍵控制點在于外壁的清洗除垢。鑄造時，冷卻水直接接觸銅套的外壁，一段時間后水中的Ca2+和Mg2+就會形成難溶于水的鹽沉積在銅套的外壁上，結(jié)晶器裝配前如果不及時清洗除去水垢，就會影響水和銅套之間的換熱，從而影響結(jié)晶器的冷卻效果，最終影響管坯的質(zhì)量。

2 原料質(zhì)量對鑄坯的質(zhì)量影響

2.1 空調(diào)銅管水平連鑄的入爐料的種類

（1）新金屬（高純陰極銅或標準陰極銅）的化學(xué)成分標準如表2和表3所示。陰極銅由于倉儲時間和倉儲環(huán)境的影響，會產(chǎn)生銅綠，入爐前必須清理干凈。銅綠的學(xué)名為堿式碳酸銅，化學(xué)式：Cu2（OH）2CO3，機理[4]：

2Cu+O2+H2O+CO2+陰暗潮濕的環(huán)境 ? Cu2（OH）2CO3

銅綠在高溫下會分解，化學(xué)方程式如下：

Cu2（OH）2CO3+△ ? 2CuO+CO2↑+H2O

（2）Cu-P中間合金其化學(xué)成分如表4所示，應(yīng)滿足的要求為：

a.采用純金屬（包括非金屬元素）作原料，盡可能提高添加元素的含量;

b.熔化溫度低于或者接近合金的熔煉溫度;

c.化學(xué)成分均勻，添加元素和雜質(zhì)元素含量都應(yīng)符合相應(yīng)標準;

d.中間合金鑄塊應(yīng)具有一定的脆性，可以較容易地破碎成小塊。

（3）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的加工廢料（本廠回料），如表5所示。

加工廢料的重要特征是化學(xué)成分完全符合相應(yīng)合金牌號的標準[5]，非常有利于本廠回收利用，銅加工廠一般將本廠的回料分成兩類：

一級廢料，指廢料的幾何尺寸和體積密度都比較大、而且廢料中沒有水、油、乳化液等液體工藝介質(zhì)的殘留。

二級廢料，指幾何尺寸比較小、比較碎、比較細的廢料，或者廢料中殘留較多的水、油、乳化液等液體工藝介質(zhì)的廢料。

（4）外購高品質(zhì)紫銅光亮絲

為了降低空調(diào)銅管的原材料成本，對于高品質(zhì)的光亮銅絲，一般可以等同于陰極銅使用，但入廠前要進行嚴格的檢驗，檢驗標準如表6所示。

2.2 原料對連鑄管坯的質(zhì)量影響因素和關(guān)鍵管理環(huán)節(jié)

雜質(zhì)元素的混入導(dǎo)致連鑄管坯雜質(zhì)成分超標，工藝介質(zhì)的殘留入爐后增加氣孔的產(chǎn)生概率，需重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

（1）陰極銅化學(xué)成分的定期抽檢。

（2）陰極銅外觀的檢查，帶有銅綠的要及時清理。

（3）建立銅磷中間合金入廠驗收標準，并建立定期抽樣檢測的管理機制。

（4）本廠回料要分類分級管理，各類廢料的添加比例要形成工藝文件，嚴格落實。

（5）銅屑、鋸屑中含有乳化液和水，必須烘烤后打包入爐。

（6）各種含油廢料要烘烤除油后入爐時用。

（7）使用外購光亮銅絲時，嚴格按照驗收標準驗收，確保舊料的品質(zhì)。

3 加料過程對鑄坯的質(zhì)量影響

水平連鑄是一個連續(xù)加料連續(xù)鑄造的過程，連鑄管坯的質(zhì)量直接受到爐內(nèi)銅水質(zhì)量和保溫爐液面高度的影響，而爐內(nèi)銅水質(zhì)量和銅水液面高度的穩(wěn)定則取決于加料過程的連續(xù)穩(wěn)定性，因此強化爐臺加料管理，建立具有可操作性的爐臺加料作業(yè)控制標準，對于空調(diào)銅管連鑄生產(chǎn)而言是非常重要的。

3.1 配料比例

空調(diào)銅管綜合成品率：85%;

配料方案1：一級廢料20%+新金屬80%，新金屬為陰極銅和銅磷中間合金;

配料方案2：二級廢料15%+新金屬85%;新金屬為陰極銅和銅磷中間合金;

注：陰極銅和銅磷中間合金的比例為：每片陰極銅+280g銅磷中間合金。

3.2 爐臺加料順序

新金屬+廢料+新金屬+廢料+……（循環(huán)操作）

4 結(jié)束語

空調(diào)銅管在生產(chǎn)過程中存在線性缺陷的幾率較高，鑄坯階段形成的氣孔、夾雜等易造成后工序銅管的線性缺陷。為減少成品管材的質(zhì)量問題，應(yīng)在設(shè)備、工藝、操作方面制定嚴格的工藝操作、規(guī)程，預(yù)防并減少質(zhì)量缺陷，提高企業(yè)效益。

參考文獻：

[1]趙國峰.內(nèi)螺紋銅管線性缺陷成因及預(yù)防[J].工業(yè)技術(shù)，2016，05：71-74.

[2]楊軍.關(guān)于潛流式聯(lián)體爐水平連鑄生產(chǎn)銅合金鑄件存在問題的分析[J].有色金屬加工，2017，46（6）：38-46.

[3]王云龍.內(nèi)螺紋銅管線性缺陷的成因與解決方法探討[J].有色金屬加工，2008（05）：28-30+53.

[4]孫思海.氧化還原反應(yīng)典例賞析[J].中學(xué)化學(xué)，2019（4）：38-40.

[5]張邦安.銅的回收與再生利用——廢雜銅利用的途徑[J].資源再生，2005（7）：37-38.