銅帶可控氣氛連續(xù)熱處理爐斷帶問題研究與優(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)中得到廣泛應用.隨后,日本采用高溫軋制(Ar3點以上)、高溫卷取(Ar1點以上)和過時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)退火得到廣泛應用.

氣墊式退火爐廣泛應用于銅、鋁及其合金的帶式退火.要求在同一個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5～8 t/h,熱效率在55%以上(電加熱),可以用電熱或燃氣作為熱源[1].氣墊式退火爐設備的組成如圖1所示.

圖1 氣墊式退火爐機列(水平式)簡圖

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、清潔度良好和無擦傷等優(yōu)點,廣泛應用于銅、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,一些問題也隨之顯現(xiàn),比如銅帶斷裂(以下簡稱斷帶)、邊部不齊度、表面劃(擦)傷和卷邊等.因為斷帶會引發(fā)質(zhì)量、安全、設備和成本等一系列的后果,影響企業(yè)的經(jīng)濟效益,甚至危及安全生產(chǎn).因此,通過生產(chǎn)中斷帶原因分析,提出如何處置和有效預防斷帶問題的解決方法,成為一項重要的工作.

1 造成斷帶的主要原因

生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)斷帶及產(chǎn)生后果的統(tǒng)計情況見表1(見下頁).

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

1.1 原材料質(zhì)量

1.1.1 公差波動

表1中序號5屬于公差波動引起的斷帶,如來料橫向公差偏大、縱向公差不穩(wěn)等,易使帶材在運行時偏離中心線,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,易造成銅帶拉應力劇變而斷帶.

1.1.2 板 型

表1中序號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)過程中容易偏離中心位置而引起斷帶;同時易在爐內(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6～8屬于缺口、邊部質(zhì)量問題引起的斷帶.

1.2 工藝參數(shù)設置、操作及作業(yè)安排

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

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

1.3 設 備

1.3.1 電氣設備張力控制

設備完成調(diào)試后,驅(qū)動控制系統(tǒng)應是正常工作的,張力控制問題往往發(fā)生在以下幾個方面:(1) 驅(qū)動馬達的編碼器故障,較多表現(xiàn)為脫落、損壞;(2) 長時間運行后,尤其是在大張力的影響下,張力輥的測量值會與真實值發(fā)生輕微偏差,厚帶大張力運行時無影響,但對薄帶影響很大,會造成設備運行時非正常停機;(3) S輥、剎車輥輥面磨損、老化,無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)動阻力過大引起張力波動.

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

1.3.2 電氣設備對中故障

表1中序號12～14屬于對中裝置發(fā)生故障導致帶材跑偏而斷裂,尤其在活套完全升起時,活套區(qū)帶材總長達到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 機械設備噴嘴開裂

設備質(zhì)量問題或老化使加熱區(qū)熱風噴嘴開裂,導致風壓變化,造成銅帶在爐區(qū)內(nèi)受力不平衡而擦邊斷帶.

1.3.4 縫合機故障

縫合處易斷開,通常是打孔機磨具斷裂或變形,以及焊接用的氬弧焊焊點擊穿、虛焊造成的.焊接或縫合設備問題,造成接合點不牢固,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,如縫合機本身刀口不夠鋒利,造成細小裂口,則極易發(fā)生斷帶.

2 措施和建議

2.1 原材料質(zhì)量控制

針對原材料質(zhì)量引起的問題,為避免因斷帶停產(chǎn)造成經(jīng)濟損失,應加強來料的質(zhì)量檢測,對于質(zhì)量較差的帶材予以退回或者進行改善后再退火.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;邊部裂口可先進行裁邊,并適當降低單位張力,可大幅度降低斷帶發(fā)生的可能性.

2.2 工藝適時調(diào)整

對于爐內(nèi)氣體噴射氣流不平衡引發(fā)的斷帶,需要通過調(diào)節(jié)爐內(nèi)噴嘴所噴射出氣體的風力和風速來解決.同時調(diào)整爐內(nèi)部分張力來配合完成.爐內(nèi)風速、張力相對于不同厚度、寬度帶材的配合非常重要,在調(diào)試、生產(chǎn)過程中需對包括爐內(nèi)的加熱風機轉(zhuǎn)速、冷卻風機轉(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 加強操作培訓

由于操作不當而引起的斷帶,則需制定合理的操作規(guī)程,加強操作培訓,提升員工操作技能及應急知識;在上崗操作初期應指派有經(jīng)驗的操作工指導監(jiān)督直至能熟練獨立操作為止.

2.4 設備控制

2.4.1 張 力

驅(qū)動馬達的編碼器應定時檢查,包括聯(lián)軸器及電纜接頭的連接部分,發(fā)現(xiàn)松動應及時擰緊,如果編碼器無法正常工作則需進行更換.張力輥的測量值偏差應通過定期對測量儀進行調(diào)零來消除,如調(diào)零仍無法修正,則需檢查張力儀是否存在故障.關于S輥、剎車輥輥面磨損、老化,無法在扭矩的作用下形成帶材所需摩擦力的問題,因設備分為6段,且每段張力值均不一致,相鄰段通過S輥的轉(zhuǎn)動來控制張力,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,對橡膠輥面進行打磨提高表面粗糙度等.轉(zhuǎn)動阻力過大引起的張力波動則應定期對軸承、減速箱進行清洗.

2.4.2 對中系統(tǒng)

氣墊爐機列走帶長度約為300 m,共分六段,包括:開卷段、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自動對中系統(tǒng).該系統(tǒng)能檢測帶材在寬度方向上的偏移,并反饋到PLC,從而通過導向輥將帶材始終保持在機列的中心位置.EMG自動對中系統(tǒng)一般不需要進行操作,但日常的清潔和維護很重要,液壓元件必須定期維護保養(yǎng).感應設備不能有積灰,需定期清潔.

2.4.3 機械維護

平時對噴嘴要加強維護,發(fā)現(xiàn)噴嘴有脫焊開裂現(xiàn)象應立即維修保養(yǎng),可延長噴嘴使用壽命,將斷帶的風險降低到最小.縫合機在長時間使用之后,縫合口會變鈍,縫合時會造成縫合口有毛刺甚至裂口,應定期對縫合機進行維護,清理其內(nèi)部的碎屑,避免碎屑對縫合刀具的磨損并定期潤滑.對已磨損的刀具,需拆下進行打磨或者更換.

3 結(jié) 論

綜上所述,氣墊式連續(xù)退火的過程中,造成斷帶的主要原因是原材料質(zhì)量、工藝設置及操作、機械設備和電氣設備等.通過對這三大原因的分析與研究,并在實際生產(chǎn)中實踐與探索,認為要解決斷帶問題,一是應加強對氣墊爐來料的質(zhì)量檢測,對于質(zhì)量較差的帶材予以退回或進行改善處理后再進行退火;二是對風力、風速和張力等各類數(shù)據(jù)的跟蹤積累,形成可靠的工藝數(shù)據(jù),并據(jù)此對工藝進行適時調(diào)整;三是對氣墊式退火爐的主要設備脫脂化裝置、對中控制系統(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,并加強操作人員培訓,提升員工的操作技能及應急知識;四是加強設備的定時檢查、維護保養(yǎng),確保其正常運行.

參考文獻:

[1] 鐘衛(wèi)佳,馬可定,吳維治.銅加工技術實用手冊[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)技術問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008:27.