銅帶可控氣氛連續(xù)熱處理爐斷帶問(wèn)題研究與優(yōu)化

孫唯靜

(中鋁上海銅業(yè)有限公司,上海 200940)

0 前 言

銅加工中重要的工序之一是材料的退火.連續(xù)退火研究始于20世紀(jì)30年代,50～60年代連續(xù)退火工藝在鍍錫原板的生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用.隨后,日本采用高溫軋制(Ar3點(diǎn)以上)、高溫卷取(Ar1點(diǎn)以上)和過(guò)時(shí)效處理工序合并的方法,生產(chǎn)深沖用冷軋鋼板獲得成功.1971年和1972年，日本采用該方法先后建成兩條氣墊式連續(xù)退火生產(chǎn)線,80年代，連續(xù)退火得到廣泛應(yīng)用.

氣墊式退火爐廣泛應(yīng)用于銅、鋁及其合金的帶式退火.要求在同一個(gè)爐上退火的帶材最厚規(guī)格與最薄規(guī)格之比小于15∶1,最寬規(guī)格與最窄規(guī)格之比小于2∶1,而且同一條帶材的厚度與寬度應(yīng)有一定的比例,最小約1∶250.退火速度一般為5～50 m/min,生產(chǎn)效率可達(dá)5～8 t/h,熱效率在55%以上(電加熱),可以用電熱或燃?xì)庾鳛闊嵩碵1].氣墊式退火爐設(shè)備的組成如圖1所示.

圖1 氣墊式退火爐機(jī)列(水平式)簡(jiǎn)圖

采用氣墊式退火連續(xù)爐,大大提高了材料表面品質(zhì)和銅板帶組織的均勻性.與老式退火爐相比,具有工藝性能穩(wěn)定、效率高、退火材質(zhì)均勻、光亮度高、不變色、平直度高、清潔度良好和無(wú)擦傷等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于銅、鋁及其合金的帶式退火.

隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益提高,一些問(wèn)題也隨之顯現(xiàn),比如銅帶斷裂(以下簡(jiǎn)稱斷帶)、邊部不齊度、表面劃(擦)傷和卷邊等.因?yàn)閿鄮?huì)引發(fā)質(zhì)量、安全、設(shè)備和成本等一系列的后果,影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,甚至危及安全生產(chǎn).因此,通過(guò)生產(chǎn)中斷帶原因分析,提出如何處置和有效預(yù)防斷帶問(wèn)題的解決方法,成為一項(xiàng)重要的工作.

1 造成斷帶的主要原因

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)斷帶及產(chǎn)生后果的統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1(見(jiàn)下頁(yè)).

根據(jù)表1所列的案例分析,提出了造成斷帶的三項(xiàng)主要原因分別來(lái)自原材料質(zhì)量、工藝設(shè)置及操作、設(shè)備.

1.1 原材料質(zhì)量

1.1.1 公差波動(dòng)

表1中序號(hào)5屬于公差波動(dòng)引起的斷帶,如來(lái)料橫向公差偏大、縱向公差不穩(wěn)等,易使帶材在運(yùn)行時(shí)偏離中心線,致使帶材受力不均而斷帶.尤其是薄帶,在高溫下較大的厚度跳差,易造成銅帶拉應(yīng)力劇變而斷帶.

1.1.2 板 型

表1中序號(hào)1～4是原材料板型不符合質(zhì)量要求,如側(cè)彎、大刀狀、波浪(紋)等,在生產(chǎn)過(guò)程中容易偏離中心位置而引起斷帶;同時(shí)易在爐內(nèi)碰擦出爐口和入爐口,尤其是加熱區(qū)和冷卻區(qū)的狹窄通道口,造成斷帶.

1.1.3 裂口(紋、邊)

表1中序號(hào)6～8屬于缺口、邊部質(zhì)量問(wèn)題引起的斷帶.

1.2 工藝參數(shù)設(shè)置、操作及作業(yè)安排

表1中序號(hào)17～19屬于在進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)置時(shí)沒(méi)有充分考慮張力、溫度和風(fēng)速針對(duì)不同板型帶材的匹配造成的斷帶.表1中序號(hào)15、16、20和21屬于操作工操作技術(shù)不規(guī)范、技能不熟練、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足和應(yīng)急能力差等造成的,縫合操作時(shí)，如果帶頭和帶尾沒(méi)有疊放平行就會(huì)因受力不均而在之后的運(yùn)行中發(fā)生斷帶;銅帶厚度、寬度和直徑等設(shè)置錯(cuò)誤也會(huì)造成斷帶.

厚、薄規(guī)格生產(chǎn)順序不合理,如厚薄銅帶連退時(shí)沒(méi)有中間厚度引帶過(guò)渡,不同寬度銅帶、鋼制牽引帶縫合時(shí)不注意合理操作,均易造成斷帶.

1.3 設(shè) 備

1.3.1 電氣設(shè)備張力控制

設(shè)備完成調(diào)試后,驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)是正常工作的,張力控制問(wèn)題往往發(fā)生在以下幾個(gè)方面:(1) 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的編碼器故障,較多表現(xiàn)為脫落、損壞;(2) 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,尤其是在大張力的影響下,張力輥的測(cè)量值會(huì)與真實(shí)值發(fā)生輕微偏差,厚帶大張力運(yùn)行時(shí)無(wú)影響,但對(duì)薄帶影響很大,會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行時(shí)非正常停機(jī);(3) S輥、剎車輥輥面磨損、老化,無(wú)法在扭矩的作用下形成帶材所需的摩擦力;(4) 其他部位,如軸承、減速箱等轉(zhuǎn)動(dòng)阻力過(guò)大引起張力波動(dòng).

表1 斷帶情況及原因Tab.1 The situation and causes of strip breakage

1.3.2 電氣設(shè)備對(duì)中故障

表1中序號(hào)12～14屬于對(duì)中裝置發(fā)生故障導(dǎo)致帶材跑偏而斷裂,尤其在活套完全升起時(shí),活套區(qū)帶材總長(zhǎng)達(dá)到200 m.由于帶材側(cè)彎、邊浪或者活套偏轉(zhuǎn)輥安裝精度等原因,易造成帶材兩邊松緊度不一致而造成朝一側(cè)偏出,碰到邊框?qū)е聰鄮?

1.3.3 機(jī)械設(shè)備噴嘴開(kāi)裂

設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題或老化使加熱區(qū)熱風(fēng)噴嘴開(kāi)裂,導(dǎo)致風(fēng)壓變化,造成銅帶在爐區(qū)內(nèi)受力不平衡而擦邊斷帶.

1.3.4 縫合機(jī)故障

縫合處易斷開(kāi),通常是打孔機(jī)磨具斷裂或變形,以及焊接用的氬弧焊焊點(diǎn)擊穿、虛焊造成的.焊接或縫合設(shè)備問(wèn)題,造成接合點(diǎn)不牢固,易斷帶,尤其易發(fā)生于厚度<0.15 mm的紫銅帶材上.因厚度較薄,如縫合機(jī)本身刀口不夠鋒利,造成細(xì)小裂口,則極易發(fā)生斷帶.

2 措施和建議

2.1 原材料質(zhì)量控制

針對(duì)原材料質(zhì)量引起的問(wèn)題,為避免因斷帶停產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失,應(yīng)加強(qiáng)來(lái)料的質(zhì)量檢測(cè),對(duì)于質(zhì)量較差的帶材予以退回或者進(jìn)行改善后再退火.公差范圍超差的帶材,尤其是0.1 mm厚的紫銅帶則建議退回改制;板型不符合質(zhì)量要求的,可先進(jìn)行拉矯處理,改善其板型后再轉(zhuǎn)移至氣墊爐退火;邊部裂口可先進(jìn)行裁邊,并適當(dāng)降低單位張力,可大幅度降低斷帶發(fā)生的可能性.

2.2 工藝適時(shí)調(diào)整

對(duì)于爐內(nèi)氣體噴射氣流不平衡引發(fā)的斷帶,需要通過(guò)調(diào)節(jié)爐內(nèi)噴嘴所噴射出氣體的風(fēng)力和風(fēng)速來(lái)解決.同時(shí)調(diào)整爐內(nèi)部分張力來(lái)配合完成.爐內(nèi)風(fēng)速、張力相對(duì)于不同厚度、寬度帶材的配合非常重要,在調(diào)試、生產(chǎn)過(guò)程中需對(duì)包括爐內(nèi)的加熱風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、爐內(nèi)張力、活套1張力和酸洗段張力數(shù)據(jù)的跟蹤積累,最終形成可靠的工藝數(shù)據(jù).

2.3 加強(qiáng)操作培訓(xùn)

由于操作不當(dāng)而引起的斷帶,則需制定合理的操作規(guī)程,加強(qiáng)操作培訓(xùn),提升員工操作技能及應(yīng)急知識(shí);在上崗操作初期應(yīng)指派有經(jīng)驗(yàn)的操作工指導(dǎo)監(jiān)督直至能熟練獨(dú)立操作為止.

2.4 設(shè)備控制

2.4.1 張 力

驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的編碼器應(yīng)定時(shí)檢查,包括聯(lián)軸器及電纜接頭的連接部分,發(fā)現(xiàn)松動(dòng)應(yīng)及時(shí)擰緊,如果編碼器無(wú)法正常工作則需進(jìn)行更換.張力輥的測(cè)量值偏差應(yīng)通過(guò)定期對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行調(diào)零來(lái)消除,如調(diào)零仍無(wú)法修正,則需檢查張力儀是否存在故障.關(guān)于S輥、剎車輥輥面磨損、老化,無(wú)法在扭矩的作用下形成帶材所需摩擦力的問(wèn)題,因設(shè)備分為6段,且每段張力值均不一致,相鄰段通過(guò)S輥的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制張力,如發(fā)現(xiàn)S輥不能維持相鄰段的張力差,則可采取措施提高輥面摩擦系數(shù),如更換S輥表面的橡膠,采用更耐磨、摩擦系數(shù)更高的橡膠輥,對(duì)橡膠輥面進(jìn)行打磨提高表面粗糙度等.轉(zhuǎn)動(dòng)阻力過(guò)大引起的張力波動(dòng)則應(yīng)定期對(duì)軸承、減速箱進(jìn)行清洗.

2.4.2 對(duì)中系統(tǒng)

氣墊爐機(jī)列走帶長(zhǎng)度約為300 m,共分六段,包括:開(kāi)卷段、活套1、爐區(qū)、酸洗段、活套2和卷取段.在活套1、爐區(qū)、活套2和卷取段均裝有EMG自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng).該系統(tǒng)能檢測(cè)帶材在寬度方向上的偏移,并反饋到PLC,從而通過(guò)導(dǎo)向輥將帶材始終保持在機(jī)列的中心位置.EMG自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)一般不需要進(jìn)行操作,但日常的清潔和維護(hù)很重要,液壓元件必須定期維護(hù)保養(yǎng).感應(yīng)設(shè)備不能有積灰,需定期清潔.

2.4.3 機(jī)械維護(hù)

平時(shí)對(duì)噴嘴要加強(qiáng)維護(hù),發(fā)現(xiàn)噴嘴有脫焊開(kāi)裂現(xiàn)象應(yīng)立即維修保養(yǎng),可延長(zhǎng)噴嘴使用壽命,將斷帶的風(fēng)險(xiǎn)降低到最小.縫合機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間使用之后,縫合口會(huì)變鈍,縫合時(shí)會(huì)造成縫合口有毛刺甚至裂口,應(yīng)定期對(duì)縫合機(jī)進(jìn)行維護(hù),清理其內(nèi)部的碎屑,避免碎屑對(duì)縫合刀具的磨損并定期潤(rùn)滑.對(duì)已磨損的刀具,需拆下進(jìn)行打磨或者更換.

3 結(jié) 論

綜上所述,氣墊式連續(xù)退火的過(guò)程中,造成斷帶的主要原因是原材料質(zhì)量、工藝設(shè)置及操作、機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備等.通過(guò)對(duì)這三大原因的分析與研究,并在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)踐與探索,認(rèn)為要解決斷帶問(wèn)題,一是應(yīng)加強(qiáng)對(duì)氣墊爐來(lái)料的質(zhì)量檢測(cè),對(duì)于質(zhì)量較差的帶材予以退回或進(jìn)行改善處理后再進(jìn)行退火;二是對(duì)風(fēng)力、風(fēng)速和張力等各類數(shù)據(jù)的跟蹤積累,形成可靠的工藝數(shù)據(jù),并據(jù)此對(duì)工藝進(jìn)行適時(shí)調(diào)整;三是對(duì)氣墊式退火爐的主要設(shè)備脫脂化裝置、對(duì)中控制系統(tǒng)、張力控制棍和氣墊爐爐子區(qū)段(包括密封裝置、加熱段、冷卻段及水封裝置)等七大系統(tǒng)[2],制定合理的操作規(guī)程,并加強(qiáng)操作人員培訓(xùn),提升員工的操作技能及應(yīng)急知識(shí);四是加強(qiáng)設(shè)備的定時(shí)檢查、維護(hù)保養(yǎng),確保其正常運(yùn)行.

參考文獻(xiàn):

[1] 鐘衛(wèi)佳,馬可定,吳維治.銅加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[K].北京:冶金工業(yè)出版社,2007:861.

[2] 李宏磊,婁華芬,馬可定.銅加工生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008:27.