銅板帶生產(chǎn)節(jié)能降耗技術(shù)探討

李 靜

（中鋁洛陽(yáng)銅加工有限公司，河南洛陽(yáng) 471039）

0 引言

目前主要制約我國(guó)公司競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的因素是高能耗、低利用效率。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)制造總值能源損耗大概是日本的6.5倍，美國(guó)的3.6倍，印度的1.2倍。首要工業(yè)商品單位能源損耗遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。節(jié)能降耗已是一項(xiàng)長(zhǎng)期又緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)。所以，緩解資源短缺的根本途徑就是積極推行有色金屬產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗，同時(shí)也可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速健康的發(fā)展，具有緊要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

1 我國(guó)銅板帶制造能源損耗現(xiàn)狀

根據(jù)2007年有色金屬產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)，銅制造材料（包括板、條、箔、管、棒、絲等）每噸綜合用電量為1031.6 kW·h/t。標(biāo)準(zhǔn)煤損耗量為565.1 kg/t，比2006年有一定增長(zhǎng)。近年來(lái)，隨著我國(guó)銅板帶制造技術(shù)的飛速發(fā)展，商品的綜合能源損耗不斷下降，約為1000 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t，低于有色金屬制造公司能源損耗指標(biāo)YS/t 109-1992規(guī)則指數(shù)。由于公司格局小、設(shè)備不足、二次能源回收率低、產(chǎn)業(yè)集中度低、節(jié)能環(huán)保技術(shù)水平低、創(chuàng)新技術(shù)弱等原因，導(dǎo)致與國(guó)外優(yōu)秀公司對(duì)比還是差距挺大。

2 銅板帶制造節(jié)能降耗的首要途徑和措施

2.1 開(kāi)發(fā)新型短流程制造做工技術(shù)

（1）新研發(fā)的聯(lián)合爐臥式連鑄機(jī)組采用多腔感應(yīng)爐熔化加熱和連接結(jié)晶器，生產(chǎn)出低氧含量的無(wú)氧銅和銅板帶。表面光亮、氧化輕微，不用銑面就可冷軋，且總加工率可達(dá)90%，銑面直接冷軋，制造速度可達(dá)90%以上。與傳統(tǒng)熱軋法相比，該做工節(jié)省了鑄錠加熱和熱軋做工，擁有做工流程短、投資少、施工周期短、節(jié)能、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，該做工技術(shù)不斷改進(jìn)、推廣和應(yīng)用；特別是對(duì)于中小型公司來(lái)說(shuō)，使用這種做工制造銅板帶擁有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，一些公司使用臥式連鑄冷軋做工制造黃銅條，這是縮小做工和減少能源損耗的有效嘗試。

（2）以近年來(lái)開(kāi)發(fā)的非氧銅棒為原料，冷軋坯料的短流程制造過(guò)程是由均勻擠出機(jī)連續(xù)擠出。最大板材寬度可達(dá)330 mm，不需要加熱、熱軋和銑削的過(guò)程。但該工藝在模具強(qiáng)度、制造效率、制造成本、毛坯質(zhì)量均勻性等方面存在技術(shù)瓶頸。解決了這些技術(shù)瓶頸后，該工藝將成為一種新的短流程節(jié)能技術(shù)。

2.2 設(shè)備情況

（1）熔煉鑄造。依據(jù)工程施工的情況，在冶煉和鑄造方面，選擇燃?xì)庳Q爐。豎爐運(yùn)用一次能源（液化氣體或天然氣），并具有大的熔化能力。與感應(yīng)爐相比，豎爐熱效率高，高質(zhì)量的熔化速度快，能源損耗低，停車、開(kāi)啟方便，占地面積小。豎爐熔煉1 t銅，比感應(yīng)爐節(jié)?。?0～80）kg標(biāo)準(zhǔn)煤，能源損耗減少約50%。此外感應(yīng)爐，射流感應(yīng)體用于優(yōu)化截面的設(shè)計(jì)和熔融槽的形狀，這樣融化在一個(gè)方向流動(dòng)熔槽，感應(yīng)爐的熔化效率提升顯著，還能減少能源損耗。例如，中國(guó)一家銅制造公司成功研制出一種軸式電爐，通過(guò)溜槽將電解銅、銅液熔入保溫爐，調(diào)整保溫爐內(nèi)合金成分，最終鑄造成形機(jī)。充分利用了豎爐容量大、制造成本低、能源損耗低等優(yōu)點(diǎn)。如果該技術(shù)被廣泛用作大型銅板帶廠生產(chǎn)中，必定取得很好的效果。

（2）鑄錠加熱爐。使用高效節(jié)能步進(jìn)加熱爐給銅錠加熱，清除后再用環(huán)形加熱爐；留意加熱爐組織的優(yōu)化；運(yùn)用先進(jìn)的煙氣余熱使用技術(shù)、燃燒掌控技術(shù)和電腦控制技術(shù)；可以通過(guò)爐內(nèi)氣體和爐子精確控制壓力，讓銅錠的氧化減少，從而提高熱效率。其中，提高銅錠加熱爐熱效率的主要途徑是使用煙氣余熱回收。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)銅錠步進(jìn)爐熱回收體系通常運(yùn)用的熱管換熱器，當(dāng)空氣燃燒預(yù)熱到達(dá)（300～450）℃，廢氣溫度大約至500℃，爐膛熱效率可以達(dá)到50%。采用外部面積大的蜂窩狀蓄熱器，可以讓壓力損失小，蓄熱器和燃燒器相結(jié)合。所以，當(dāng)燃燒的空氣預(yù)熱達(dá)到900℃（煙氣溫度比其高100℃）然后排出。廢氣溫度＜200℃，余熱回收率可以達(dá)到80%，爐熱效率＞70%，此時(shí)煙氣余熱回收達(dá)到極限。運(yùn)用蓄熱式加熱技術(shù)的天然氣燃料銅錠加熱爐，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤可節(jié)約（5～7）kg。

另外，新型蓄熱式加熱爐能夠充分利用煙氣獲取熱量，因而大大節(jié)省燃料，減少成本，提升爐體產(chǎn)量。同時(shí)，能夠顯著減少二氧化碳排放，既有利于環(huán)保，還能減少設(shè)備成本。

（3）熱軋機(jī)。依據(jù)公司的規(guī)模，選擇合適的熱軋機(jī)，盡量運(yùn)用大錠和高速軋制。應(yīng)用大尺寸銅錠熱軋，制造能力大，材料幾何損耗小，有效提升成品率，減少能源損耗。高速軋制能夠提升銅板帶的整理溫度，降低銅板帶和壓頭兩者間的溫度差，讓銅板帶的性能均勻穩(wěn)定，有利于提高冷軋銅板帶的精度和產(chǎn)量。同時(shí)，在熱軋機(jī)做工潤(rùn)滑系統(tǒng)中使用了一種新型箱式冷卻裝置。與傳統(tǒng)的將乳化液直接噴入熱軋機(jī)的軋輥的方法相比，注射量小（可減少30%），能夠讓軋輥充分冷卻。軋輥和銅板帶兩者產(chǎn)生正常的潤(rùn)滑油膜，又避免大量的乳液噴灑到銅板材的外面，這樣又降低了銅板帶的溫度，以保證要求的熱軋機(jī)的溫度。

（4）冷軋機(jī)。粗軋機(jī)應(yīng)該高速軋制，增加通徑減少量能夠減少軋制通徑和中間退火的數(shù)量。在保證商品性能的前提下，通過(guò)調(diào)整合理的軋制方案，1 t標(biāo)準(zhǔn)煤能夠節(jié)省48 kg。精軋時(shí)，優(yōu)選使用多輥軋機(jī)。工作時(shí)輥直徑小，軋制變形區(qū)的長(zhǎng)度小，軋制力小的多輥軋機(jī)，能夠提高道次壓下率。在大張力下，通過(guò)道次壓下率能達(dá)到60%，總壓下率能夠在90%以下；在軋制變形區(qū)域，可減小軋輥與銅板帶兩者的摩擦熱和軋輥磨損。

通過(guò)合理調(diào)整軋制進(jìn)度，大幅度減少的高速軋制，能減少一次中間退火，1 t標(biāo)準(zhǔn)煤可節(jié)省8 kg。精軋時(shí)，最好是多輥軋機(jī)。多輥軋機(jī)的工作輥直徑小，軋制變形區(qū)長(zhǎng)度小，軋制力小，因而可增大道次壓下率；在大張力下，道次壓下率可達(dá)60%，總壓下率可達(dá)90%或更低；在軋制變形區(qū)面積下，軋輥與銅板帶之間的摩擦熱和軋輥磨損相應(yīng)減小。因此，多輥軋機(jī)擁有減少能源損耗的特點(diǎn)。此外，還能夠提升冷軋機(jī)乳化液或軋制油的過(guò)濾精度，提升銅板帶的外面質(zhì)量。使用小型輥筒脫脂裝置等緊湊高效的脫脂裝置，可減少做工潤(rùn)滑油的損耗，還可縮小軋機(jī)長(zhǎng)度，減少頭尾公差，因而提升商品收率；加強(qiáng)軋機(jī)軸承的密封，能夠減少潤(rùn)滑油對(duì)乳化液或軋制油的污染，因而減少做工潤(rùn)滑油的損耗。

（5）鐘罩式退火爐。我國(guó)廣泛使用的鐘罩爐是主要銅板帶退火爐，降低了鐘罩爐的能量損失，具有重要意義。鐘罩爐具有強(qiáng)對(duì)流循環(huán)風(fēng)扇和密封爐結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)是加熱快，溫度均勻，熱效率高一般退火后不再進(jìn)行酸洗，具有一定的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。加熱爐設(shè)計(jì)應(yīng)考慮加大加熱爐內(nèi)蓋的加熱面積，使用高效的加熱元件，最好是內(nèi)襯材料，選用大功率風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制循環(huán)，提升加熱爐內(nèi)物料溫度均勻性，以提升加熱爐的熱效率。其次，在能源選擇方面，如果公司制造規(guī)模大，有大量鐘罩爐退火爐，可以優(yōu)先使用天然氣和液化石油氣等清潔能源，依照本地能源的價(jià)格和可用性選擇。和傳統(tǒng)的電加熱退火對(duì)比，1 t銅能夠節(jié)約（20～25）kg標(biāo)準(zhǔn)煤，比傳統(tǒng)的電加熱退火多50%。煤氣爐雖然需要配備燃?xì)庹{(diào)壓站等設(shè)施，但設(shè)備投資略高，但從長(zhǎng)期制造來(lái)看，有顯著的節(jié)能效果。對(duì)于中小型公司，由于爐子數(shù)量較少，建議運(yùn)用電加熱，投資較少。制造管理容易。在保護(hù)氣體方面，當(dāng)銅板帶退火時(shí)，所有的氫氣都能夠作為保護(hù)氣體使用，由于氣體密度低，循環(huán)風(fēng)機(jī)的輸出功率大大減少。

鐘罩爐退火周期長(zhǎng)（約24 h），科學(xué)合理選擇制造做工，縮小制造周期，達(dá)到提高制造能力和降低能耗的目的。國(guó)內(nèi)鐘罩爐冷卻罩通常運(yùn)用2臺(tái)0.75 kW的冷卻風(fēng)扇，每臺(tái)冷卻風(fēng)扇的風(fēng)量約6000 m3/h。選擇高功率冷卻風(fēng)扇，增加冷卻風(fēng)量，縮短風(fēng)扇冷卻時(shí)間，減少退火制造周期。此外，在制造過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常沖洗內(nèi)蓋內(nèi)壁，清除外面雜物，提升傳熱效率。

2.3 減少制造介質(zhì)損耗

銅板帶精軋機(jī)的做工冷卻潤(rùn)滑首要使用軋制油，為了減少軋制油在銅板帶外面的用量，開(kāi)發(fā)有效的銅板帶除油裝置，軋制油的損失可以大大減少。對(duì)于中心布置的2臺(tái)或更少的銅板帶軋機(jī)，可以配置軋制油再生單元以回收軋制油霧中的軋制油。連續(xù)沖洗裝置通常用于沖洗銅板帶外部。因此，應(yīng)盡量研發(fā)新的漂洗技術(shù)（如高壓熱水脫脂技術(shù)）來(lái)代替或減少使用傳統(tǒng)的酸洗溶液、脫脂劑和鈍化劑，從而降低制造介質(zhì)成本和環(huán)保加工成本。銅板帶生產(chǎn)廠新水處理的重點(diǎn)是銅板帶清洗機(jī)。脫脂除油以及酸洗沖洗水以階梯的方式使用，并且收集沖洗水后用于下一階段的水洗。在保證外部清潔效果的情況下，新水量大大減少。對(duì)于銅板帶的中間沖洗，能夠收集沖洗過(guò)的淡水，在前脫脂后用于銅板帶外面沖洗，因而減少新水的用量。大中型銅板帶制造廠制造廢水排放量大，可考慮經(jīng)過(guò)污水處理廠處理后，合理使用在工廠的渾濁循環(huán)系統(tǒng)中，盡量降低廢水的排放。

3 結(jié)束語(yǔ)

減少損耗是銅板帶制造公司的中心任務(wù)，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，對(duì)公司提升制造經(jīng)營(yíng)水平、減少商品成本擁有重大影響。銅板帶制造公司的節(jié)能降耗工作具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，依托技術(shù)創(chuàng)新不斷提升商品質(zhì)量，減少制造成本，提升我國(guó)銅板帶制造技術(shù)和設(shè)備水平，以及產(chǎn)業(yè)綜合實(shí)力和國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。