鐘罩式退火爐在黃銅線材退火中的應(yīng)用

孔凡清

（中色（天津）特種材料有限公司，天津300380）

鐘罩式退火爐在黃銅線材退火中的應(yīng)用

孔凡清

（中色（天津）特種材料有限公司，天津300380）

為滿足生產(chǎn)需求，將鐘罩式退火爐應(yīng)用于黃銅線材生產(chǎn)線。生產(chǎn)實踐表明，應(yīng)用鐘罩式退火爐實現(xiàn)了光亮退火，使退火物料物理性能均勻一致，顯著降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，取得了較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

鐘罩式退火爐；黃銅線材；退火

1 引言

中色（天津）特種材料有限公司黃銅生產(chǎn)線于2014年6月建成并投產(chǎn)，其具有國內(nèi)先進(jìn)水平。該生產(chǎn)線中包括一套RZ型電加熱鐘罩式退火爐機組，用于黃銅合金卷狀線材退火熱處理。RZ型電加熱強對流罩式退火爐是消化吸收國外同類先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合國情研制開發(fā)的一種新型熱處理專用設(shè)備。爐內(nèi)裝有大風(fēng)量、高功率的熱流風(fēng)機，以保證爐內(nèi)保護氣氛形成強對流循環(huán)，從而達(dá)到優(yōu)于其它爐型的爐溫均勻性效果，確保退火材料物理性能均勻一致性。由于該設(shè)備設(shè)有密封內(nèi)罩、抽真空、充保護氣氛系統(tǒng)，能有效地防止退火材料表面氧化、脫鋅等現(xiàn)象，能實現(xiàn)可靠的無氧熱處理工藝要求，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，提高生產(chǎn)效率，有效避免由于酸洗造成的環(huán)境污染。加熱爐罩采用鎳鉻扁帶和環(huán)保、高效、節(jié)能的新型耐火保溫材料設(shè)計。經(jīng)實踐證明，該生產(chǎn)線升級改造后，不僅產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和提高，而且黃銅線材退火工序還取得很好的經(jīng)濟效益。

2 改造前的生產(chǎn)狀況

我公司原采用水平連鑄法生產(chǎn)Φ12 mm黃銅盤條，單盤重300 kg左右，盤條進(jìn)單罐拔絲機進(jìn)行拉拔操作，采用非保護氣氛退火實現(xiàn)各道次拉拔的中間退火過程，包括2臺箱式退火電爐和4臺井式退火電爐。退火能力：箱式退火電爐單臺次1.5 t，井式退火電爐單臺次1 t。

改造后生產(chǎn)線將采用上引連鑄法生產(chǎn)線徑Φ12 mm黃銅盤條，單重2 t，盤條進(jìn)4輥縱列式線材連軋機組，出線Φ6 mm，線材外圈最大直徑將達(dá)Φ1 200 mm，然后進(jìn)行中間退火。

如果繼續(xù)使用原有的明火退火爐，存在以下問題：

（1）大力提倡創(chuàng)建清潔文明工廠的大環(huán)境背道而馳；

（2）原明火退火爐的生產(chǎn)能力（單臺次1~1.5 t較小，而新生產(chǎn)線Φ6 mm黃銅線材的單重達(dá)2 t；

（3）原明火退火爐設(shè)備陳舊，增加維修工時。

原有的明火退火爐已不能滿足改造后生產(chǎn)線的退火要求，對原有退火設(shè)備必須進(jìn)行更新改造經(jīng)過反復(fù)論證，權(quán)衡利弊，計劃選擇鐘罩式退火電爐。

3 鐘罩式退火爐工作原理

鐘罩式退火爐采用密封鐘罩，使黃銅線材與外界空氣隔絕，在加熱、冷卻過程中分別處于抽真空、惰性氣體（氮氣）保護、氨分解制氫還原氣氛中，從而使黃銅線材表面無氧化層生成。

4 設(shè)備構(gòu)成

鐘罩式退火電爐由爐臺、內(nèi)罩、加熱罩、冷卻罩以及抽真空系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氨分解制氫系統(tǒng)組成。

（1）爐臺2套，爐臺底部用δ=12、40 mm厚Q235鋼板與工字鋼焊接成型，設(shè)密封槽和水冷裝置，爐臺凸面采用δ=8 mm厚1Cr8Ni9Ti不銹鋼板卷制并壓制成型，內(nèi)部設(shè)有不銹鋼加強支撐座，充填硅酸鋁纖維保溫。上部設(shè)有δ=10 mm厚不銹鋼擴散器，采用活絡(luò)方式固定，配有δ=30 mm厚爐底板，承重10 t，爐臺底部裝有專用爐用風(fēng)機（1 480/ 740 r/min,37/10 kW）,電機采用水冷保護，在強對流風(fēng)機的作用下，使?fàn)t內(nèi)氣氛、溫度均勻一致，從而使退火材料能加速升溫，節(jié)省了加熱時間，提高了生產(chǎn)效率。

（2）內(nèi)罩2套，內(nèi)罩采用δ=6 mm厚SUS310S不銹鋼板卷制焊接成型，法蘭與下圈板焊接后再精車法蘭下平面，以保障內(nèi)罩與爐臺橡膠密封圈的緊密配合，確保內(nèi)罩的氣密性。內(nèi)罩筒體為波紋狀結(jié)構(gòu)，波紋經(jīng)輥壓成型，這種波紋結(jié)構(gòu)使內(nèi)罩增加了強度，使用壽命提高50%，輻射面積增加5%,提高了加熱效率。

（3）加熱罩1套，加熱罩由δ=6、12 mm厚Q235鋼結(jié)構(gòu)與加強立筋焊接成型，頂部用工字鋼加強，設(shè)有吊攀，底部不銹鋼限位圈，并設(shè)有軟密封凹槽。爐腔爐襯采用耐高溫緊密型全纖維疊塊，外覆一層耐高溫高鋁針刺毯，耐熱保溫性能好，內(nèi)罩與加熱罩密封采用石棉布包裹硅酸鋁纖維制作成下端密封柔性密封圈，防止熱量外溢，節(jié)能效果好，加熱元件采用Cr20Ni80優(yōu)質(zhì)鎳鉻電阻扁帶，加熱功率210 kW，配有熱電偶測溫，保證加熱罩內(nèi)控溫精確。

（4）冷卻罩1套，采用δ=4 mm厚304不銹鋼板卷制焊接成型，冷卻罩上部安裝2臺冷卻風(fēng)機，并設(shè)有噴淋裝置，具有風(fēng)冷和噴淋水冷兩種功能，首先由風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，溫度低于300℃時，由風(fēng)冷轉(zhuǎn)為水冷，加速冷卻過程。提高生產(chǎn)效率。

5 明火退火爐與鐘罩式退火爐的工藝對照

（1）鐘罩式退火爐采用氨分解制氫氣和氮氣在有保護氣氛下實施退火全過程，因此鐘罩式退火爐可實現(xiàn)光亮退火。

明火退火爐工作時，由于退火材料與熱源直接接觸，高溫下，金屬表層很容易氧化生成氧化皮，這些氧化皮須經(jīng)過酸洗才可有效去除，不僅增加酸洗投入，酸洗過程還會消耗人力、物力及增加金屬的無形消耗，廢酸的排放還會污染環(huán)境。

改造前生產(chǎn)線工藝：Φ12 mm盤條→Φ8 mm（退火）→Φ5.2 mm（退火）→Φ2.7 mm（退火）→Φ1.67 mm（退火）→Φ0.8 mm成品。

從Φ12 mm盤條到Φ0.8 mm成品中間要退遍火，進(jìn)行4遍酸洗過程，每次酸洗消耗黃銅約0.25%，總損失為1%，如生產(chǎn)1 t黃銅成品消耗量為10 kg，按銅鋅現(xiàn)貨價格計算10 kg黃銅價值為6.5 kg×36元/kg+3.5 kg×15元/kg=286.5元。

新生產(chǎn)線工藝：Φ12 mm盤條→Φ6 mm（退火→Φ2.67 mm（黃銅線大拉連拉連退生產(chǎn)機組，出線為軟線）→Φ1.67 mm（退火）→Φ0.8 mm成品。

一瓶液氨價格1 200元，使用150 h，每小時費用為8元，每爐裝爐量6 t。上例新生產(chǎn)線工藝在Φ6 mm和Φ1.67 mm兩個工序后，在罩式爐上實施退火，退火時間為6.5+8.5=15 h，因此每噸成品消耗液氨的價格為15×8/6=20元，氨氣費用抵消上述黃銅消耗，鐘罩式退火比明火退火每噸成品減少成本266.5元。

（2）由于鐘罩式退火爐內(nèi)裝有大風(fēng)量熱流風(fēng)機使?fàn)t內(nèi)保護氣氛形成強對流循環(huán)，使?fàn)t溫快速均勻確保退火材料物理性能的均勻一致性。其均勻性效果，優(yōu)于其它爐型的設(shè)計。

（3）鐘罩式退火爐的加熱爐罩的設(shè)計采用鎳鉻扁帶，新型耐火保溫材料，加熱罩的氣密性高，使退火材料內(nèi)罩處于一個封閉系統(tǒng)，熱損失小，高效且節(jié)能。

（4）鐘罩式退火爐配有冷卻罩，2個爐臺，1臺加熱物料，1臺冷卻出爐，也可以做到像明火退火爐一樣半連續(xù)生產(chǎn)，周而復(fù)始，交替運行，提高生產(chǎn)率。

（5）鐘罩式退火爐和明火退火爐的裝爐量對比見表1。

表1 罩式退火爐和明火退火爐裝爐量對比

（6）明火退火爐的出爐溫度為600℃，鐘罩式退火爐的出爐溫度為70℃。

明火退火爐保溫完畢即出爐，高溫下線材容易掛壁而產(chǎn)生不合格品。

6 鐘罩式退火爐在黃銅合金退火中的運用

（1）中間退火：目的是為了消除加工（即擠壓、軋制、拉拔等）過程帶來的冷作硬化，提高合金的塑性和韌性，使加工時產(chǎn)生的纖維組織經(jīng)再結(jié)晶退火形成等軸晶粒，以便繼續(xù)深加工。

（2）消除應(yīng)力退火：是指線材在再結(jié)晶溫度以下的退火，即低溫退火。目的是為消除成品工序因加工變形帶來的殘余應(yīng)力，但仍然保留冷作硬化效果（如材料硬度等）。

（3）成品退火：指產(chǎn)品的最終退火，也稱為軟線退火。

7 罩式退火爐在使用中應(yīng)注意的問題

（1）鐘罩式爐的爐臺及內(nèi)罩的氣密性：氣密性是鐘罩式爐設(shè)備完好的重要指標(biāo)。

（2）鐘罩式爐所使用的保護氣體純度要高。

（3）鐘罩式爐退火材料，在加工時所選用的潤滑劑要求在高溫下能夠揮發(fā)，以免玷污金屬表面，影響退火質(zhì)量。

8 經(jīng)濟效益和社會效益

（1）實施罩式退火經(jīng)濟效益

2015年黃銅線材產(chǎn)成品1 800 t，按鐘罩式退火比明火退火每噸成品減少成本266.5元計算。

節(jié)省資金：1 800×266.5=479 700元。

改造前每個季度消耗硫酸8 t，每噸硫酸價值1 200元，全年總消耗硫酸價值：8×4×1 200=38 40元。

全年節(jié)省資金：479 700+38 400=51.81萬元。（2）實施鐘罩式退火社會效益

由于鐘罩式爐使用保護氣而實現(xiàn)光亮退火，無需酸洗，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，又保護了生態(tài)環(huán)境，在收獲經(jīng)濟效益的同時，也取得了很好的社會效益。

9 結(jié)束語

（1）鐘罩式爐采用氫氣和氮氣作為保護氣，可實現(xiàn)光亮退火，無需酸洗。

（2）鐘罩式爐底部設(shè)大風(fēng)機強制爐氣循環(huán)，可使退火物料物理性能均勻一致。

（3）鐘罩式爐加熱罩采用新型耐火保溫材料節(jié)能效果好。

（4）鐘罩式爐有兩個爐臺，可實現(xiàn)半連續(xù)生產(chǎn)（5）鐘罩式爐裝爐量大。

（6）鐘罩式爐出爐溫度低，成材率高。

（7）鐘罩式爐可用于黃銅線材中間退火、消除應(yīng)力退火、成品退火。

公司黃銅線材生產(chǎn)線建成并投產(chǎn)以來，鐘罩式退火設(shè)備取得了很好的效果，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時又保護了生態(tài)環(huán)境。產(chǎn)品不僅滿足了客戶的需求，在收獲經(jīng)濟效益的同時也取得了很好的社會效益。罩式退火設(shè)備與明火退火設(shè)備在使用上來說，鐘罩式退火設(shè)備的優(yōu)勢是顯而易見的，尤其是在大力提倡保護環(huán)境、大力開拓能源領(lǐng)域，以緩解目前的環(huán)境壓力、能源壓力，鐘罩式退火設(shè)備與工藝必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

App lication of Bell Type Annealing Furnace to Brass W ire Annealing

KONG Fan-qing
(CNMC[Tianjin]Special Material Co.,Ltd.,Tianjin 300380,China)

In order to meet production demand,bell type annealing furnace was adopted at the production line of brass wire.Production practice showed that this type of annealing furnace realized bright annealing,homogenized the physical properties of annealing material,obviously reduced production cost,improved product quality and productivity and gained high economic and social benefits.

bell type annealing furnace;brass wire;anneal

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.05.012

2016-06-10

2016-06-22

孔凡清（1965—），男，工程師，主要從事銅及銅合金化學(xué)成分檢驗方面的工作。