TU2热轧板铜水套 在有色冶金行业的应用和推广

 
摘要  本文从原料、材质、焊接保证上对热轧板铜水套与铸铜水套在导热性、使用寿命等方面进行分析比较，以实例说明了热轧铜水套优良的导热性能。对在冶金炉上以热轧铜水套替换铸铜水套有很大的推广意义。
 
关键词  热轧板  铜水套  应用  高导热
 
铜冷却设备在冶金行业应用广泛，在钢铁行业称为铜冷却壁，在有色冶金行业称为铜水套。不论在钢铁行业还是有色冶金行业，铜冷却设备按材质的不同分有3种方式：一是是采用铸铜埋管；二是锻造铜板机加钻孔；三是热轧铜板机加钻孔。
这3种方式有着不同的加工工艺和各自的特点：铸铜埋管式工艺简单，特点是成本低，较符合追求短期低投入生产厂的需求；锻造铜板机械加工钻孔方式在材质上有一些改善，成本也比较低，但使用寿命改善不显著；热轧铜板机械加工钻孔方式的特点工艺复杂，成本高，但性能显著高于前2种方式，性价比高，长期投入成本及经济效益均为最优。以下我着重介绍一下热轧板铜水套：
 
一、热轧板铜水套与铸造、锻造铜水套优劣势比较
 
热轧板铜水套，热轧板经机械加工钻孔，工艺孔堵头焊接工艺。工艺复杂体现在板坯的工序上，板坯原料采用优质电解铜，生产出高性能无氧铜TU2铸锭，经热轧机反复横轧、顺轧，锯切后刨铣掉氧化皮。
由于热轧铜水套优秀的性能和性价比，近几年我们的业务不断扩大，相继为21家用户提供60个项目的铜水套、衬板、阻溅板、溜槽，产品逐步被用户接受。在这里我要强调的是我们提供的铜水套，多数是由客户主动上门找到我们公司的。为什么客户放弃原有铸铜水套，多方打听找到我们要求使用热轧铜水套呢？这在于铸造铜水套在有着先天致命缺陷：那就是材质上的缺陷。具体表现在几个方面：
一是由于是铸造，不可避免材料本体上有气孔、夹渣，热传到性能不好；二是铸造铜组织晶粒粗大，组织疏松，致密性差，致使耐蚀性不好，易受到侵蚀、磨损；三是铸造埋管过程中不可避免与铜管不能紧密接触。空气的存在将使传热性能大大降低。我们本地附近的一个炼铅的用户，之前炉子上用的是铸铜埋管式铜水套，短时间磨损烧坏，拆开后发现埋管外层缠有铜线，根本不能与铸铜完全熔合，热传导性能很差，造成使用寿命非常短，于是决定换成我们的热轧铜水套。另外的一个例子，我们东营的一个用户，在烟道上使用过我们热轧铜水套后，反馈回来的信息是，热轧板坯的性能超出了他们先前的使用经验，原来使用铸铜水套时，只要一停水，铜水套肯定烧坏，而使用热轧铜水套后，即便停水也完好无损，从实践也充分映证了热轧板铜水套的性能优于其他类产品。
相比铸铜水套，热轧铜水套具备以下显而易见、无可辩驳的优势：
一是材料的选择，必须使用高纯阴极铜作为生产作为热轧铜板的生产原料，为铜冷却壁板坯的合金成分、导电导热性能等指标提供了可靠保证。
二是热轧铜板的生产工艺。无氧铜熔铸工艺难度极大，目前世界上仅有少数几个国家可以少量生产，大批量生产的制约条件极为苛刻。中铝洛铜设备先进、技术水平高，化学成分控制超出国标一个数量级；其中氧含量能控制在5ppm以下，甚至3ppm以下。板坯材质做100%壁板超声探伤，保证每一块板坯的材料质量。中铝洛铜的TU2铜冷却壁板获得国家重点产品称号。
三是由于是轧制的，其外形尺寸偏差可以精确控制，而且铜板的水冷通道是直接钻出来的，因此冷却通道与壁体直接紧密接触，从而消除了铸入水管涂层的屏热作用，使得冷却壁在所有操作条件下均能保持非常低的工作温度。
 
 
无氧铜铸锭化学成分含量与国际标准的比较，洛铜TU2产品质量高于国标规定。

unit：%

Cu+Ag

O

Bi

Sb

As

Fe

Ni

Pb

Sn

S

Zn

P

National standard TU2

99.95

0.003

<0.001

<0.002

<0.002

<0.004

<0.002

<0.004

<0.002

<0.004

<0.003

<0.002

sampling

99.977

0.0004

<0.0009

<0.0006

<0.0008

<0.0010

<0.0010

<0.0009

<0.0005

<0.0008

<0.0010

<0.0006

 
 20℃ 时纯铜中磷量对导热系数的影响



导电率与导热性能的关系
 
 
 
不同生产方法的铜冷却壁板性能比较

项目	轧制法 Hot Rolled	锻造法 Forged	铸造法 Casted
铸锭生产方式 Cast ingot	铜结晶直接水冷	铸铁模自然冷却	铜结晶器直接水冷/铸铁模自然冷却
板材生产方式Production	半连续铸锭轧制	铁模铸锭-锻造	半连续/铁模铸造
变形情况Deformation	充分、均匀 Sufficient, even	不均匀 Not even	——
质量特点 Quality	无缩孔、 疏松缺陷，致密性好 no shrinkage void, no rarefaction, good compactibility	可能有缩孔、疏松缺陷，致密性一般 may have shrinkage void, with rarefaction defect, low compactibility	有缩孔、疏松缺陷，致密性差 With shrinkage void, with rarefaction defect and low compactibility
结晶组织Crystallization	组织均匀，晶粒细小	加工组织、晶粒细小	铸造组织、晶粒粗大
应力状态 Innerstress	无内应力 No innerstress	存在内应力 With innerstress	有铸造应力 With casting stress
导电，导热性Electro/Thermo Conductivity	高 High	比较高 Normal to high	一般 Normal
材料塑性Plasticity	好	好	一般
生产能力及效率Capacity	规格范围大、效率高 high	生产规格有限，效率低 low	规格范围小，效率一般

锻造铜水套与铸造相比材质性能有所改善，但仍远远低于热轧板坯的材质性能，使用寿命和综合经济效益均大大低于热轧铜水套。
 
 
二、热轧板铜水套图纸转换方便
由于受传统理念影响及在材质的使用上缺乏创新，目前国内有色冶金炉铜水套和炉衬板设计上还大多是铸铜埋管方式，原始设计图纸还都是预埋管铸造图纸。为了方便客户，铜宝公司为客户提供钻孔机加图纸转换，转换所需时间短，不会影响工期，我们的机加精度高，完全能够满足设计需要。
 
三、热轧板铜水套的焊接保证
对热轧铜板材质的认可是毋庸置疑的，那么保证铜水套的质量可靠性还有一个关键因素就是工艺孔的焊接，可能有人要问如何保证进出水管及堵头处不漏水，在这里重点推介我们焊接技术。
鉴于焊接技术是国内各家公司的技术秘密，在此我们用实例来说明我们的焊接质量是可靠的。
公司每年的出口项目占了一定比例，而外单对品质的要求非常严格，除了对机械加工其中对焊接质量尤为重视。铜宝公司的焊工有着熟练的铜焊接经验，目前所有焊工均通过德国WTI/SLV Duisburg GmbH 颁发的DIN EN 287－3铜焊接资格认证。焊接完毕，每块产品均经着色探伤和打压保牙试验，压力为1.8Mpa时间为30分钟的保压试验，保证每块产品的机加质量和焊接质量。
2008年我们为比利时供货一个高炉项目，外方提出他们多买一块铜冷却壁，对进出水管进行锤击，做破坏性试验，费用由他们承担。试验现场外方派人监督，甚至他本人亲自轮大锤锤击，在进行了换人连续锤击30多分钟后，每一个进出水管都呈大角度反复弯折后，我们对进出水管与板坯焊接口进行着色探伤以及保压试验，均无渗漏现象，焊接质量得到了外方肯定。
公司自2004年成立以来，已经为58个高炉项目、60个有色冶金炉项目供应上万块铜冷却壁、铜水套，近10万个焊接口经受住了市场的检验，公司的焊接质量得到了客户的认可。
四、关于热轧板铜水套推广使用的经济价值几点参考意见
1.由于TU2热轧板铜水套的使用寿命远远高于其他形式的铜水套，因此大大的减少了休风、修理、更换的时间和次数，从而实现了企业生产的连续性和高效性，必将为企业经济效益的持续性提供强有力的支撑。
2. TU2热轧板铜水套的使用还带来了辅助材料成本的降低，由于TU2热轧板铜水套的冷却效果优异，使耐火材料的使用寿命也相应的得到延长，同时还可通过调节水流量来降低循环水的消耗，达到降低生产成本的目的。
3. 由于铸铜埋管必须要保证一定的埋管厚度，在设计上通常从安全的角度出发，往往会增加铜水套的厚度；而使用TU2热轧板铜水套则不需要如此的厚度，经测算，在保证安全使用的条件下，TU2热轧板铜水套的厚度与铸铜埋管铜水套相比可减少20-30%；若以一个冶金炉项目使用铜水套150吨计算，阴极铜价格按60000元/吨，一个冶金炉项目将降低180万元的直接投资。
结论：我国是一个铜资源极度匮乏的国家，每年的铜消耗量70%需要进口，推广使用TU2热轧板铜水套必将为我国的冶金行业技术进步和节能减排产生积极的意义。