一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺的制作方法

本发明涉及铜导体基材制备，具体为一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺。

背景技术：

1、变压器的电路部分就是绕组，由电导率较高的铜导线或铝导线绕制而成。绕组应具有足够的绝缘强度、机械强度和耐热能力。绕组通常分为层式和饼式两种。绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制的，称为层式绕组。一般层式绕组每层如筒状，所以由两层组成的绕组称双层圆筒式；由多层组成的称多层圆筒式。

2、绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼(段)，再由许多饼沿轴向排列组成的绕组，称为饼式绕组。它包括连续式、插入电容式和纠结式等。

3、介于层式和饼式之间的绕组有箔式绕组和螺旋式绕组。箔式绕组形式也如筒状，线匝是沿轴向连续绕制的。一般情况下一匝就是一层，故可属于层式绕组。螺旋式绕组一般为每一饼一匝，或两饼、四饼一匝。而各匝又沿轴向连续绕制，但形式是由各饼组成，故可属于饼式绕组。

4、层式绕组结构紧凑，生产效率高，耐受冲击电压的性能好，但其机械强度差。饼式绕组散热性能好，机械强度高，适用范围大，但其耐受冲击电压的性能。

5、当前，一般采用熔铸大锭-挤压-轧制-拉拔-退火等技术手段获得不同形状和规格的铜杆。然而，这种工艺获得的铜杆含氧量较高，铜损耗大，成本高，而且所获得的都是有限长度的铜杆，不能实现铜杆的连续制备。现有技术中，采用上引法制备铜杆坯，铜杆连续铸出原理：铜液在自然压力下进入结晶器内部形成一段瞬时真空，紧接着铜液在压力的作用下瞬时被压入真空，再被冷却水冷却结晶形成半固状，同时被牵引轮向上引出，牵引轮为间歇工作，如此往复，便可铸出连续的铜杆。

6、上引法成套生产线为现较为新型的一种工艺，用来取代传统的连铸生产线，它是将熔化炉、保温炉和结晶器三个重要组件整合为一体，不但可以缩短流程，还有效减少的污染，但由于熔化和保温温度都是1140～1165℃，在这一温度区间内熔化铜的效率比较低，而且还不利于除去铜中的杂质，虽然还通过通入氮气来净化熔体，但最终制得的无氧铜杆中的氧含量仍然有10ppm；并且通过试验，无氧铜杆的氧含量可以通过制程的工艺管控(木炭品质管控，科学的添加与更换，熔炉结构优化)，最终可控制到5ppm左右甚至以下。无氧铜杆氧含量越低铜杆品质越好，后续拉拔不易出现气孔裂纹等问题，氧含量达到50ppm将显著影响铜杆质量。通过试验，铜杆的氢含量通过上引法工频炉进行管控的效果近乎没有，作为原材料的电解铜板的品质是决定性因素，控制木炭品质及铜板含水量能减低氢含量的额外增加。氢含量达到0.6mg/l以上时，铜杆的质量就会明显变差。

7、因此，如何降低铜杆的氧含量，提升铜含量，并有效控制铜杆成形过程中的组织特征，从而获得力学与导电性能优异的高纯无氧铜杆，满足中频变压器或者低频变压器、发电机定子与转子等绕组对导体的需求，是当前亟需解决的一个技术难题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺，解决了上述背景所提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺，包括采用上引法工艺制备铜杆，具体包括以下方法步骤：

5、步骤一、采用铜电解板首先进入熔化炉进行经过烘干、预热、熔融制备形成铜液，并将制备形成的铜液注入到保温炉中存储，在熔融铜电解板的过程中持续向熔融炉中通入还原剂，并设置保温炉与熔融炉连通，使保温炉中也填充有还原剂；

6、步骤二、铜熔化后经过连通装置密闭送入保温炉，保温炉为密闭装置，主要防止空气携带氧气进入氧化铜，保温炉温度约1160-1165℃，保温炉与熔化炉连通，铜液内残留的铜氧化物在保温炉内可以进一步被还原为单质铜；

7、步骤三、保温炉的上方为结晶器，结晶器底端一般进入铜液约100-120mm，铜液在自然压力下进入结晶器内凝结成固体，固体上端用牵伸机牵伸制作成无氧铜杆预成品，牵引轮为间歇工作，如此往复，便可铸出连续的无氧铜杆预成品；

8、步骤四、将步骤三中获得的无氧铜杆预成品通过矫直机进行矫直，然后经过退火处理后，进入连续挤压机中变形，获得预定直径的无氧铜杆。

9、优选的，所述步骤一中，在熔化炉中加入适量的熔盐以及氮气，所述熔盐包括以下重量百分含量配比的原料：弗硅酸钠10-30％、无水硼砂5-25％、氟化钙2-10％、冰晶石5-30％、碳酸稀土10-25％、氧化锂5-20％和二氧化钛1-10％，且按上述重量百分含量将弗硅酸钠、无水硼砂、氟化钙、冰晶石、碳酸稀土、氧化锂和二氧化钛进行混合。

10、优选的，所述步骤一中，熔化方式采用电为能源，利用电磁感应产生的巨大电流将电解铜熔化。

11、优选的，所述步骤一中，采用木炭或石墨鳞片作为还原剂营造熔化炉内的还原气氛，加入的木炭还原铜氧化物后会产生二氧化碳等气体，木炭或石墨鳞片保证铜以单质铜的形式而不是氧化物的形式存在，熔化温度约900-1200℃，石墨鳞片的颗径230-450目，动态覆盖厚度范围为60-90㎜。

12、优选的，采用木炭或石墨鳞片覆盖铜液形成覆盖层，将cu-re合金穿过覆盖层加入铜液中进行稀土元素合金化，并进行冷却处理，控制冷却温度为420-600℃，控制铜液的覆盖质量至少为cu-re合金质量的3.33倍，其中，稀土元素的重量百分比为0.30％-0.40％。

13、优选的，所述结晶器使用夹套冷却水冷却，且固体上端用牵伸机牵伸制作无氧铜杆过程中，采用振打机构对无氧铜杆预成品进行振打。

14、优选的，所述步骤三中，铜液在自然压力下进入结晶器内凝结成固体，固体上端用牵伸机牵伸制作成无氧铜杆预成品时的具体过程为：插入结晶器至铜液中，控制结晶器最下端的保护套底端处于铜液4-5cm深度，固定静置后由上至下穿过结晶器的冷凝通道插入引杆，控制引杆最下端浸入铜液后，结晶器通冷却水使得冷凝通道内的引杆底端凝固生长无氧铜杆，至引杆自主上浮至少2cm后牵引引杆至保温炉中，同时牵引带动凝固生长形成的无氧铜杆进入保温炉中，进行后处理后，即完成无氧铜杆的上引。

15、优选的，所述步骤三中，铜液在自然压力下进入结晶器内部形成一段瞬时真空，紧接着铜液在压力的作用下瞬时被压入真空，再被冷却水冷却结晶形成半固状。

16、优选的，所述步骤三中，在固体上端用牵伸机牵伸制作无氧铜杆过程中，对熔化炉中结晶器外的铜液上液面进行周期性加压，以一次加压和一次泄压为周期，每次加压保持3-5s，泄压1-3s，控制上引速度为150-360mm/min，控制上引停拉频率为100-300次/min，上引节距为4-9mm。

17、优选的，所述步骤四中，通过矫直机进行矫直次数为8-16道次，进行矫直的温度低于铜杆再结晶温度，温差为55-90℃，中间退火温度为500-540°c，中间退火时间为20-80min。

18、(三)有益效果

19、与现有技术相比，本发明提供了一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺，具备以下有益效果：

20、1、该一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺，通过采用木炭或石墨鳞片作为还原剂营造熔化炉内的还原气氛，加入的木炭还原铜氧化物后会产生二氧化碳等气体，木炭或石墨鳞片保证铜以单质铜的形式而不是氧化物的形式存在，达到降低铜杆的氧含量，提升铜含量，并有效控制铜杆成形过程中的组织特征，从而获得力学与导电性能优异的高纯无氧铜杆的效果。

21、2、该一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺，通过将熔盐加入熔炼炉中形成类似溶剂相的物质并铺展在铜熔液表面，使得熔盐的多孔层表面积更大，吸附能力更强，因此既可以保护铜熔液表面，隔绝空气与金属液面，避免了氧化和吸氢，加入特定的熔盐进行熔剂净化的同时，还通入了氮气进行除氢、除氧，使得氢含量有效控制，避免氢含量上升，铜杆的质量就会明显变差，达到提升铜含量的效果。

22、3、该一种变压器绕组用铜导体基材制备工艺，通过在固体上端用牵伸机牵伸制作无氧铜杆过程中，对熔化炉中结晶器外的铜液上液面进行周期性加压，以一次加压和一次泄压为周期，控制加压、泄压时间，控制上引速度、上引停拉频率以及上引节距，使得能够连续、定速地进行牵引，无需退杆，能够一定程度抑制节距纹的产生，实现生产的连续化，大大提高了生产效率。