銅帶精軋機帶材除油問題的分析與改進(jìn)

摘要： 以一些企業(yè)對銅帶精軋機產(chǎn)品質(zhì)量的提升方案為例，從軋制油的特點及帶材表面除油效果對生產(chǎn)的影響出發(fā)，對常用的幾種除油方法、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)及使用情況進(jìn)行分析，并根據(jù)各種除油裝置的缺點和不足，提出若干改進(jìn)措施.根據(jù)各企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的實際需要，結(jié)合其機組配置情況，對其除油裝置進(jìn)行了多種嘗試性改造.通過一系列措施的實施，結(jié)合后序產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗結(jié)果，改進(jìn)后的除油裝置在實際生產(chǎn)中取得了較好的效果：軋制油的殘留量顯著減少；帶材表面質(zhì)量進(jìn)一步提高；同時也拓寬了精軋機穩(wěn)定生產(chǎn)的軋制速度.

關(guān)鍵詞： 銅帶； 精軋機； 帶材表面質(zhì)量； 除油裝置； 改進(jìn)方法

中圖分類號： TM 911.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Analysis and Improvement on Oil Removal of

Cooper Strip Finishing Mill

XING Yizhong

（China Nonferrous Metals Processing Technology Co.， Ltd.， Luoyang 471039， China）

Abstract： Based on several quality improvement approaches of copper coil finishing rolling mills products in enterprises，we analyzed commonly used oil removal methods，structural details and usage.The analyses include characteristics of rolling oil and the influence of oil removal on production.According to shortcomings of all kinds of oil removal devices，some improvement measures are presented.Combining the machine configuration with manufacturers quality needs，various modifications to the oil removal devices are tested.These modifications have been proven to perform well in production.The improvements include significant reduction of residual rolling oil，improved coil surface quality and the widened performance range of the finishing roll machine.

Keywords： cooper strip； finishing mill； coil surface quality； oil removal device； improvement

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，銅帶精軋機已經(jīng)成為較成熟的機型，但高速軋制下帶材的表面質(zhì)量很不穩(wěn)定，其中，帶材除油機構(gòu)設(shè)計已成為急需解決的問題.如果帶材表面殘留大量的軋制油，除直接導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高外，還會增加帶材退火處理的難度，影響成品帶材的表面質(zhì)量，嚴(yán)重地限制了精軋機的產(chǎn)能.

本文從銅帶精軋機軋制油的特點入手，通過常用除油方案的優(yōu)缺點分析研究，對除油裝置進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，通過實踐應(yīng)用，取得了較為滿意的效果.

1精軋機軋制油的特點

銅帶精軋具有變形熱量大、易氧化等工藝特點，為了獲得好的帶材表面質(zhì)量，避免帶材表面氧化，需要兼顧軋機的冷卻和潤滑效果.銅帶精軋機一般采用軋制油潤滑，其主要性能參數(shù)如下[1].

黏度：黏度越大，潤滑性越好，但冷卻性能會降低，銅精軋機一般選運動黏度（40 ℃）為7～8.5 mm2·s-1的軋制油.

閃點：油品蒸汽在空氣中遇明火點燃的最低溫度，是關(guān)鍵的安全指標(biāo).

水分：油品中水分的含量，會對帶材表面的光潔度、耐腐蝕性產(chǎn)生影響，縮短軋制油的使用壽命，越少越好.

灰分：油品精制程度，對帶材退火后的表面潔凈度有影響，甚至?xí)廴?、腐蝕帶材表面，越小越好.

油膜強度：越高代表潤滑性能越好，可有效減小軋制力，提高軋制速度.

軋制油特性的選擇能夠直接影響軋機的性能[2]，比如黏度增加導(dǎo)致除油困難，以致軋機生產(chǎn)速度低；灰度值偏高，導(dǎo)致后續(xù)的退火工藝產(chǎn)生色斑、黏連等缺陷，最終產(chǎn)品的廢品率上升.

軋制油為消耗品，優(yōu)質(zhì)的軋制油意味著較高的加工成本，一般國內(nèi)企業(yè)都會選擇成本較低的國產(chǎn)軋制油.這對機械設(shè)備提出了更苛刻的要求——即在較高的運動黏度下，將帶材表面的軋制油清除干凈，以獲得較高的生產(chǎn)速度和提高帶材的表面質(zhì)量.

第3期邢義忠：銅帶精軋機帶材除油問題的分析與改進(jìn)有 色 金 屬 材 料 與 工 程2017年 第38卷2除油方式、特點及改進(jìn)方法

在軋機出口側(cè)，帶材剛剛脫離軋輥，表面覆蓋著一層很薄的軋制油油膜.由于加工熱的存在，這層油膜迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致高溫帶材暴露在空氣中，很容易氧化.所以，生產(chǎn)時出口側(cè)的噴嘴梁也噴射軋制油進(jìn)行冷卻，同時，軋機出口側(cè)靠近軋輥處增加軋制油噴嘴，強制冷卻帶材.上述措施帶來的問題是：帶材表面均勻地附著了一層軋制油油膜，需要后續(xù)設(shè)備將這層油膜清除.以下為銅帶精軋機常用的幾種除油方法、特點及改進(jìn)方法.

2.1壓縮空氣吹掃

2.1.1不足與改造方法

空氣吹掃除油缺點：若壓縮空氣壓力較低，則無法將軋制油吹干凈；若壓力較高，則軋制油容易被霧化，小部分回落至帶材表面，大部分被排煙罩吸走或飄散空中，造成了大量的軋制油損失和污染，同時也產(chǎn)生高分貝的噪聲，破壞生產(chǎn)環(huán)境.改造方法如圖2所示.

改造方法：在強制冷卻和展平輥中間區(qū)域，采用小壓力（0.1～0.2 MPa）、小氣量、扇形和密集分布形式，噴嘴范圍覆蓋最大的帶材寬度；帶材雙面均設(shè)置噴嘴，盡量消除帶材下表面、邊部帶油情況；上排噴嘴可升降，使噴嘴盡量貼近帶材，增大吹掃力；設(shè)置防濺板，避免吹起的軋制油回落至帶材表面；設(shè)置人字集油區(qū)，滴落到防濺板上的軋制油通過集油區(qū)從軋機兩側(cè)流走.

2.1.2改造效果

改造后，實際生產(chǎn)中由于不需要過高的空氣壓力，軋制油的污染和損失明顯減少，噪音也大幅降低.雙排氣嘴有效解決了邊部的帶油問題，防濺板和集油區(qū)避免了帶材表面的二次帶油，有效回收了軋制油，使軋制油有效地循環(huán)利用.

2.2五輥展平裝置

2.2.1不足與改造方法

精軋機需要在出口側(cè)配置展平輥，用以穩(wěn)定張力，形式有五輥、三輥等.在帶材張力和輥子的共同作用下，可以將大部分軋制油擋住，起到了一定的除油作用[3].

五輥展平除油裝置的缺點與不足：生產(chǎn)時，展平輥容易劃傷帶材；導(dǎo)向機構(gòu)薄弱，U型導(dǎo)向箱結(jié)構(gòu)使用一段時間后導(dǎo)向板與銅滑板間隙增大，影響輥子間的平行精度；軸承座為一體結(jié)構(gòu)，輥子間的平行度無法調(diào)整，尤其是現(xiàn)場維修后再安裝，精度無法保證；展平輥距離軋機最近，直接和帶材接觸，應(yīng)與軋輥保持較高的平行精度，以保證穩(wěn)定張力、避免劃傷帶材.而上面的結(jié)構(gòu)很難保證這樣的精度，故在如下幾個方面進(jìn)行改進(jìn).

改造方法：展平裝置應(yīng)該為展平輥+除油輥+吹掃裝置，如圖3所示；輥子改為空心焊接結(jié)構(gòu)，降低輥子的轉(zhuǎn)動慣量；每個輥子有單獨一對軸承座，軸承座為剖分式，安裝時精確校準(zhǔn)軸承座位置，打銷固定，維修時僅拆卸軸承座上部，不影響輥子的重復(fù)位置精度；軸承設(shè)計選型考慮載荷分配區(qū)間與摩擦因數(shù)，裝配精度充分考慮生產(chǎn)時升溫的影響，保證在90 ℃時輥子的靈活性[4]；更改上輥支架的結(jié)構(gòu)，增強剛性；改變導(dǎo)向方式，使用導(dǎo)柱形式，增強導(dǎo)向的穩(wěn)定性.

圖3五輥展平裝置改造示意圖

Fig.35roll spreading device modification

2.2.2改造效果

改造后，對比實際生產(chǎn)中的使用情況，精軋機在獲得較好除油效果的同時避免了展平輥擦劃傷帶材的現(xiàn)象，尤其是大張力情況下的厚帶.新的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和支架，提高了展平輥的重復(fù)精度，改造后的五輥展平裝置解決了除油效果和擦劃傷帶材沖突的問題.

2.3小輥除油裝置

小直徑鋼輥直接擠壓帶材，擠薄油膜厚度，達(dá)到除油目的.支承輥分成4組，每組由2段組成，由氣缸提供壓力，用以改善除油輥剛性不足的缺點，使除油輥與帶材間保證適當(dāng)?shù)膲毫?實際使用中，該裝置除油效果較好，但是問題也比較突出.

2.3.1不足與改造方法

小輥除油的缺點與不足：使用一段時間以后，支承輥在除油輥上留下壓痕，該壓痕會在帶材表面形成縱向明暗色差；當(dāng)帶材速度達(dá)到300 m/min時，帶材表面已有較明顯的劃傷；小輥除油的原理是將帶材表面的油膜壓薄，出口側(cè)油膜厚度與鋼輥直徑、正壓力、鋼輥彈性模量、油品運動黏度、帶材線速度和張力有關(guān)，與包角無直接關(guān)系，所以應(yīng)采用對輥形式；相同壓力下，直徑越小油膜越薄，但輥子轉(zhuǎn)速也越高.就其特點從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn).

改造方法：根據(jù)在線鋼輥的使用情況及效果，選用直徑更合適的鋼輥，同時降低輥子的轉(zhuǎn)動慣量（使用空心輥、芯輥等），改變材料和熱處理硬度，提高其整體剛度[5]；提高輥子的加工精度、安裝精度和表面光潔度；出口側(cè)貼近輥子和帶材邊緣的部位配置撓性壓縮空氣吹掃噴嘴，封住帶材邊部帶來的軋制油；降低分段支承輥的表面硬度，保護(hù)除油鋼輥的表面質(zhì)量；采用可調(diào)壓力的氣缸驅(qū)動支承輥，生產(chǎn)時根據(jù)帶材的厚度調(diào)節(jié)壓力，在穩(wěn)定除油效果的前提下，提高帶材的表面質(zhì)量.

2.3.2改造效果

改造后的小輥除油裝置，由于輥間存在硬度差，除油輥上的壓痕明顯減輕；加工精度提高、轉(zhuǎn)動慣量的降低及可調(diào)壓力等措施使該裝置在保證除油效果的同時，能夠適應(yīng)更高的軋制速度.

2.43M輥除油裝置

圖5為3M輥除油裝置示意圖.3M輥由片狀無紡布壓制而成，直徑120～160 mm，硬度（邵氏）可達(dá)A95以上.該裝置由2對3M輥組成，直接和帶材接觸.基本原理如下：3M輥在油缸的作用下壓住帶材，與帶材接觸的部位發(fā)生變形.3M輥轉(zhuǎn)動過程中，疏松部位轉(zhuǎn)動至壓緊部位A位置，3M輥從疏松狀態(tài)逐漸變?yōu)閴壕o狀態(tài)，將軋制油擠出；繼續(xù)轉(zhuǎn)動至壓緊部位B區(qū)域，3M輥從壓緊狀態(tài)變?yōu)槭杷蔂顟B(tài)，吸取帶材表面的軋制油，達(dá)到除油的目的.3M輥除油效果好，對帶材表面質(zhì)量影響小，可達(dá)到450 m/min的生產(chǎn)速度.但在實際生產(chǎn)中，3M輥仍存在部分問題.

2.4.1存在的問題及改造方法

除油不足：3M輥除油時帶材邊部帶油情況不能完全消除；3M輥高速時存在輥子甩油情況，出現(xiàn)二次軋制油二次回落帶材；3M輥價格昂貴，且為易損件，需要根據(jù)使用情況更換.

改進(jìn)措施與方法：在3M輥除油裝置中布置壓縮空氣噴嘴，封住帶材邊部和輥子縫隙（見圖3、圖5）帶油情況；在3M輥入口側(cè)，布置垂直帶材前進(jìn)方向的壓縮空氣噴嘴，將3M輥擋住的軋制油吹掉，防止輥子將軋制油甩回至帶材表面；由于3M輥為消耗品，又因其高速軋制時除油效果較好，故其可結(jié)合其他除油方式綜合使用，低速大殘留量使用其他除油方式輔助處理，高速表面油液存留較小時使用3M輥，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的同時提高經(jīng)濟性.

2.4.2改造效果

通過吹掃布置的輔助作用，結(jié)合其他除油方式的配套使用，3M輥的除油缺點得到了有效的填補，同時也降低了使用成本.

2.5其他除油方式

一些企業(yè)在生產(chǎn)時，嘗試將軋機出口側(cè)的在線輥子全部脫開，唯一的在線輥子就是偏導(dǎo)輥，在偏導(dǎo)輥處除油也取得了較好的效果.實際上，經(jīng)吹掃后，帶材表面的油膜已經(jīng)很薄，絕大部分軋制油集中在帶材邊部.當(dāng)帶材經(jīng)過偏導(dǎo)輥時，軋制油附著在偏導(dǎo)輥上，在偏導(dǎo)輥下部設(shè)置噴嘴和刮片，將輥子上的油除去；當(dāng)輥子重新和帶材接觸后再將軋制油帶走一部分，轉(zhuǎn)到下部時將軋制油除去，循環(huán)往復(fù)，殘留軋制油得到了連續(xù)清除.

3結(jié)論

銅帶精軋機帶材表面除油是一個行業(yè)的技術(shù)性問題，已經(jīng)成為限制精軋機提速的技術(shù)瓶頸.通過分析常見的幾種除油方式，根據(jù)生產(chǎn)需要實際配置情況，采用上述一系列改進(jìn)措施，最優(yōu)化除油效果保證產(chǎn)品質(zhì)量.

另外，可以使用低黏度和冷卻性能好的高品質(zhì)軋制油，實現(xiàn)在出口側(cè)不噴軋制油冷卻下高速軋制.除油方式就要從軋機開始，比如支承輥設(shè)計特殊清輥器、工作輥和帶材邊部處縫隙布置噴嘴封住軋制油、設(shè)置防濺板等方式，防止軋制油從入口側(cè)進(jìn)入出口側(cè)，多種途徑解決銅帶精軋機高速軋制中的除油問題[6].

參考文獻(xiàn)：

[1]田榮璋，王祝堂.銅合金及其加工手冊[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2002.

[2]岳忠生，孫建林，肖邦國.鋁板冷軋潤滑模型及應(yīng)用[J].輕合金加工技術(shù)，2002，30（7）：19-22.

[3]陳春燦，趙景申.一種壓延金屬帶箔表面除油工藝[P].中國專利：CN102189124A，2011-09-21.

[4]成大先.機械設(shè)計手冊[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[5]黃煜.冷軋機除油問題探討[J].中國重型裝備，2009（1）：35-37.

[6]趙景申.銅箔軋機設(shè)計選型要點分析[J].有色金屬加工，2013，42（5）：60-61，57.有色金屬材料與工程第38卷第3期NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERINGVol.38No.32017

文章編號：2096-2983（2017）03-0177-05DOI：10.13258/j.cnki.nmme.2017.03.010