800 mm六輥精密銅帶冷軋機組的研發與應用

蘇旭濤，劉云飛，夏 宇，王悅晗，劉福天

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710018；2.金屬擠壓與鍛造裝備技術國家重點實驗室，陜西 西安 710018；3.安徽楚江科技新材料股份有限公司，安徽 蕪湖 241008)

0 前言

近年來，隨著通訊、電子、電力、建筑及交通運輸工業的迅猛發展,銅及銅合金板帶材產品的應用范圍不斷擴大，產品品種不斷豐富，對銅板帶產品的技術要求日趨嚴格。其典型的特點是：產品性能向高強、高導化發展，產品厚度向超薄化發展，公差、板形向高精密化方向發展，表面質量向零缺陷方向發展，產品長度向超長化方向發展。高精銅及銅合金板帶材成為我國銅加工領域重要的經濟增長點，具有廣闊的市場發展空間。

因此，中國重型機械研究院股份公司(中國重型院)緊盯市場前沿，開發了800 mm六輥超薄精密銅帶冷軋機組。

1 研發背景

銅帶材料屬于有色金屬范疇。不同于常規的黑色金屬，銅帶材料具有附加值高、品種繁多、加工工藝復雜等特點。典型的銅帶加工工藝：立式半連續鑄錠→熱軋→雙面銑削→冷粗軋→罩式退火→表面清洗→中/精軋→表面清洗→拉彎矯直→定尺剪切→包裝入庫。精軋工序作為最后的壓延加工工序，直接決定了最終產品的厚度精度、板形精度和表面質量。

目前，國內的高端精密銅帶冷軋機組主要由米諾、達涅利、西馬克等國外公司所壟斷。中國重型院為安徽楚江科技新材料股份有限公司(楚江新材)研發成套了國內首套800 mm六輥銅帶冷軋機組。

2 機組關鍵參數設定

楚江新材作為國內知名的銅板帶生產企業，在行業內具有很強的影響力。根據楚江新材的產品大綱和需求，800 mm六輥精密銅帶冷軋機組的主要產品參數如表1所示。

由于產品規格多，原材料硬度跨度大，成品各項指標較高。對軋制工藝和軋制設備要求較高。按照表1所列的產品需求，通過軋制工藝學的分析和論證，設定設備參數如表2所示。

表1 主要產品參數

表2 主要設備參數

3 機組工藝設備組成

800 mm六輥銅帶冷軋機組主要由機械設備、液壓潤滑系統和電氣傳動及自動化系統組成。圖1為機組工藝設備布置圖。

圖1 機組工藝設備布置圖

液壓潤滑系統主要由設備潤滑系統、工藝潤滑系統、液壓傳動系統、AGC液壓壓下及彎輥控制系統、油氣潤滑系統、排煙及油霧凈化系統、氣動系統及CO2自動滅火系統等部分組成。系統完全國內自主集成開發，主要元器件選用標準通用單元，利于模塊化設計及后期維護。

電氣和自動化控制設備主要由供電系統、電氣傳動系統、基礎自動化系統以及電氣輔助設施等部分組成。采用全數字化分布式控制網絡結構，數據交換全部經由容錯編碼的通訊技術處理，確保系統無差錯信息互傳。實現機組的高可靠性、高穩定性、易維護性和可擴展性。

4 主要技術創新點

4.1 帶開卷功能的高精度卷取機

左右卷取機采用對稱布置，卷筒具備兩級漲縮功能，卷取機具備開卷功能，機組不需要配置專用開卷機，節省投資。

由于產品種類規格多，需要張力變化范圍較大，且小張力控制精度要求高。因此卷取機減速箱采用機械換擋結構，卷取主傳動采用兩臺電機串聯，通過換擋結構和電機的組合使用，可以實現大跨度、高精度卷取張力控制。卷取機配置高剛度側支撐，為高速高精度張力卷取提供硬件支撐。

4.2 機械同步自鎖式中間輥橫移裝置

該800 mm六輥銅帶冷軋機組主軋機采用六輥UCM軋機。根據來料寬度調整中間輥橫移位置，可以有效改善板形，解決帶材邊降等問題。傳統中間輥橫移機構多采用液壓缸驅動，存在以下缺陷。

(1)裝置體積大。橫移液壓缸、橫移橫梁和油缸安裝座要承受很大的軸向力，需要足夠的剛度。整套裝置體積大，需要占用很大的安裝空間。

(2)液壓系統復雜維護性差。每根中間輥需要兩個橫移油缸驅動，要保證橫移位置的準確性和兩個橫移油缸的同步性。每個油缸需要單獨的控制閥組進行控制和鎖定，導致液壓控制系統復雜，成本高。

(3)自鎖性差。傳統橫移機構中軋輥的位置保持需要橫移液壓缸自鎖保證，一旦液壓缸或液壓閥件出現泄露，軋輥的位置就無法鎖定。

針對傳統軋輥橫移裝置存在的缺陷，結合800 mm六輥銅帶冷軋機組的生產使用要求。中國重型院研發團隊開發了機械同步自鎖式中間輥橫移裝置，如圖2所示。該橫移裝置采用左右對稱布置的等螺距螺紋副驅動中間輥軸向移動，每個螺紋副通過一個蝸輪蝸桿減速箱驅動，兩個減速箱輸入軸通過聯軸器連接，一個油馬達驅動兩個螺紋副同步動作。螺紋副和蝸輪蝸桿副實現兩道機械自鎖，確保中間輥位置牢固鎖定。該技術已獲得發明專利。

圖2 機械同步自鎖式中間輥橫移裝置

4.3 工作輥無死區正負彎輥系統

帶材寬厚比越大，板形控制難度越大，極薄銅帶的生產特點使其板形控制難度更大。

800 mm六輥銅帶冷軋機組主軋機配備了中國重型院自主研發的工作輥無死區正負彎輥系統，如圖3所示。該系統可以實現工作輥正、負彎輥切換過程連續平滑，避免了正、負彎輥切換過程中的彎輥力失穩，提高了彎輥控制的穩定性。

圖3 工作輥無死區正負彎輥系統

工作輥無死區正負彎輥系統使得800 mm六輥銅帶冷軋機組具備強大的板形控制能力。該技術已獲得發明專利。

4.4 非接觸式高效除油系統

楚江新材800 mm六輥銅帶冷軋機組采用全油潤滑軋制，帶面除油問題是研發團隊需要面臨的難題。軋制油粘度大，不易揮發，一旦黏附在出口帶面上就很難清除。過高的帶面殘油量造成的危害如下。

(1)增加軋制油損耗。

(2)易引起卷取銅帶層間打滑，限制機組軋制速度。

(3)增加后處理線的加工難度。

(4)帶面殘油在退火時會形成油燒斑，影響帶面質量。

針對楚江新材800 mm六輥銅帶冷軋機組軋制速度高、產品表面質量要求高的特點，中國重型院研發團隊開發了非接觸式高效除油系統。該系統集成了工藝潤滑噴淋功能、軋制油防濺功能、斷帶防纏功能、帶材穩定功能、非接觸除油功能和機架內油霧抽吸功能。

非接觸式高效除油系統功能集成度高、除油效果好、軋機出入口油霧量大大減少。無需使用專用除油裝置，現場實測帶面殘油量小于50 mg/m2，殘油量低于合同要求。除油效果優于國內外同類型設備。非接觸式高效除油系統已申請發明專利。

4.5 全區抽排煙系統

全油銅帶冷軋機組在高速軋制過程中產生大量變形熱，會導致軋制油受熱揮發。隨著軋制速度提高，軋制變形熱也會加劇，會加重油霧的揮發。嚴重的揮發油霧會惡化生產操作區作業環境，增加軋制油揮發損耗，增加環保驗收難度。

隨著現代化銅帶冷軋機組軋制速度越來越高，對軋制油霧的收集處理要求也越來越高。研發團隊為800 mm六輥銅帶冷軋機組設計了全區抽排煙系統。該抽排煙系統在機架內部、左右工藝平臺區域和左右卷取機區域分別安裝有排煙罩、抽吸口和調節裝置，可以根據不同位置的油霧量分配抽吸風量，達到高效收集油霧的效果。

5 結束語

楚江新材800 mm六輥銅帶冷軋機組于2019年11月12日一次性熱負荷試車成功。該機組最薄軋制厚度達到0.05 mm(軋薄能力超過設計值)，厚差小于2ηm。該機組已于2020年11月30日完成考核驗收。成功開發并應用于該機組中的帶開卷功能的高精度卷取技術、機械同步自鎖式中間輥橫移技術、工作輥無死區正負彎輥技術、非接觸式高效除油技術、全區抽排煙技術等核心關鍵技術，確保了產品性能、厚度精度、板形精度、表面質量和成材率達到同類產品國際先進水平，為用戶創造了可觀的經濟效益。