氣墊式退火爐用于黃銅退火時的氣氛改造

趙永林

(中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，河南洛陽471039)

中鋁洛銅列裝的容克公司水平式氣墊爐主要用于銅及銅合金的光亮退火。水平式氣墊爐退火線是指帶材在通過加熱區(qū)和冷卻區(qū)時被空氣或保護性氣體托起，與爐體無任何物理接觸，同時加熱和冷卻采用強對流形式。原設(shè)備可提供的保護性氣氛有高氫(氫氣25%+余量氮氣)、低氫(氫氣≤4.5%+余量氮氣)和純氮氣三種，此三種氣氛主要用于紫銅帶材退火。而實際生產(chǎn)中根據(jù)市場需要，黃銅帶材退火量不斷加大，根據(jù)經(jīng)驗，黃銅退火需用空氣氣氛。結(jié)合設(shè)備特點，充分利用現(xiàn)場條件進行改造，并與設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)專家進行溝通交流，增加了專用于黃銅帶材退火的空氣氣氛系統(tǒng)。

1 保護氣氣氛改造方法

1.1 改造原因

由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，原設(shè)備的保護氣氣氛不能滿足黃銅帶材產(chǎn)品的退火，表現(xiàn)在以下兩方面:

1)原保護氣氣氛的含氫氣氛為還原性氣氛，主要用于紫銅帶材的退火，氮氣氣氛用于洗爐。根據(jù)工藝要求，爐內(nèi)氣氛的氧分壓值為10－22bar，同時根據(jù)安全要求，爐子的密封性能必須很好。而這些與黃銅帶材退火的工藝要求剛好相反，黃銅帶材退火需要氧化性氣氛，即新鮮的空氣氣氛，原保護氣氣氛系統(tǒng)無法提供;

2)改造前在原設(shè)備上進行黃銅帶材退火，通常采用關(guān)閉保護氣氛，利用原爐內(nèi)的空氣作為保護氣氛進行退火。因為爐子密封性能良好，沒有新鮮的空氣進行補給，導(dǎo)致爐內(nèi)含氧量低，黃銅帶材鋅析出嚴重，不僅影響帶材質(zhì)量，且鋅析出容易粘接在爐內(nèi)壁及噴嘴附近，導(dǎo)致爐子性能低下，甚至影響爐子使用壽命。同時黃銅和紫銅帶材在生產(chǎn)轉(zhuǎn)換時，必須進行氣氛轉(zhuǎn)換，此時爐內(nèi)的過渡帶不管是采用黃銅帶材還是紫銅帶材都將不可避免的產(chǎn)生氧化粉皮或鋅粉析出，這均導(dǎo)致爐內(nèi)污染，不僅增大爐內(nèi)清理的難度，而且影響爐子使用性能。因此還需要采取合理的工藝措施解決此問題。

1.2 改造內(nèi)容及采取相應(yīng)的工藝措施

1.2.1 增加空氣保護氣系統(tǒng)

在保證設(shè)備安全的基礎(chǔ)上增加一套空氣保護氣系統(tǒng)，需滿足以下要求:

1)在保證安全的基礎(chǔ)上能與原保護氣氣氛順利切換。因為原保護氣氣氛含有氫氣，為危險性氣體，所以在氣氛轉(zhuǎn)換操作時，使用空氣氣氛之前必須將原保護氣氣氛關(guān)閉;使用原保護氣氛之前必須將空氣氣氛關(guān)閉。在生產(chǎn)中嚴禁擅自開關(guān)兩保護氣氛的控制閥門，以免造成安全事故;

2)增加的空氣氣氛系統(tǒng)，能保證向爐內(nèi)提供壓力不小于80mbar的新鮮的連續(xù)的空氣氣氛;

3)對原保護氣氣氛不能有大的干擾和改動，同時盡量降低改造成本。

根據(jù)以上要求，該保護氣氣氛系統(tǒng)應(yīng)該有合適的氣源、調(diào)壓元件和截止元件。

關(guān)于氣源，由于原設(shè)備布置緊湊，且電氣系統(tǒng)獨立，同時為降低成本，不可能重新配置專門的供氣系統(tǒng)。因此，巧妙的利用原設(shè)備爐子出口水封后的風(fēng)刀風(fēng)機作為供氣源，該風(fēng)機功率為30kW，可保證足夠壓力和流量空氣供應(yīng)。進氣口有過濾系統(tǒng)，保證了空氣質(zhì)量，同時相對于風(fēng)刀空氣的使用量，該空氣氣氛系統(tǒng)使用量可以忽略不計，故不影響風(fēng)刀的使用效果。另外采購氣用安全調(diào)節(jié)閥、安全截止閥、相關(guān)管子及配件。如圖1所示，在風(fēng)機出口連接一個三通閥門，旁引出管路，依次安裝截止閥和調(diào)節(jié)閥，將管路最終并入原保護氣氣氛向爐內(nèi)供應(yīng)的管路。

圖1 Fig.1

1.2.2 采取合理的工藝措施

在更換爐內(nèi)保護氣氛時，爐內(nèi)的過渡帶材采用不銹鋼帶，可以有效避免產(chǎn)生銅氧化皮粉或鋅粉析出等現(xiàn)象，保護爐內(nèi)的清潔環(huán)境。

2 新增加的空氣氣氛系統(tǒng)使用效果

2.1 改善了帶材表面質(zhì)量

原來由于爐內(nèi)空氣處于封閉空間，隨著生產(chǎn)持續(xù)進行，氧含量不斷降低，導(dǎo)致鋅析出嚴重，不僅影響帶材質(zhì)量，且對爐內(nèi)環(huán)境造成影響。鋅析出后不僅附著在噴嘴及爐壁上，同時散落在帶材表面，造成帶材表面質(zhì)量下降。改造后，由于持續(xù)不斷新鮮空氣的供應(yīng)，抑制鋅粉析出，使設(shè)備恢復(fù)了對帶材光亮退火的功能，同時大大改善了爐子性能。

2.2 降低了爐內(nèi)清理的頻次和勞動強度，提高了生產(chǎn)效率

原來由于爐內(nèi)氣氛的影響，生產(chǎn)過程中在爐內(nèi)不可避免的產(chǎn)生大量銅氧化皮和鋅粉，每半月不得不進行停爐清理一次。改造后同時采用不銹鋼過渡帶，幾乎可以保證爐內(nèi)清潔，至多兩月進行清理一次，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

2.3 保證了帶材退火質(zhì)量

該空氣氣氛系統(tǒng)有效抑制黃銅帶材退火時鋅的析出，保證了該銅合金帶材各元素含量的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

1)改造后保護氣氣氛可以有效保障黃銅帶材退火的材質(zhì)穩(wěn)定性，提高了帶材表面質(zhì)量;

2)改善爐內(nèi)環(huán)境，提高了爐子性能，延長了爐子使用壽命，降低勞動強度，并提高了生產(chǎn)效率;

3)有效利用原設(shè)備部件功能，因地制宜，在極少投入的情況下，使產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，取得良好的經(jīng)濟效益。

［1］中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，《容克氣墊爐技術(shù)附件》(內(nèi)部資料).

［2］中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，《容克氣墊爐操作說明》(內(nèi)部資料).

［3］蘭利亞，韓衛(wèi)光.精密銅及銅合金帶材的用途及產(chǎn)品技術(shù)要求［A］.2007.