銅帶精軋機(jī)除油方式對(duì)比和改進(jìn)

薛 強(qiáng)

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 機(jī)組主要設(shè)備組成

銅帶精軋機(jī)主要由主機(jī)、左右入口裝置、左右卷取機(jī)、開卷機(jī)、直頭送料裝置、測(cè)厚儀、助卷器等組成(圖1)。

1-開卷機(jī)；2-收紙機(jī)器；3-糾偏檢測(cè)裝置；4-直頭送料裝置；5-左卷取機(jī)；6-左皮帶助卷器；7-襯紙機(jī)；8-排煙罩；9-左入口裝置； 10-主機(jī)；11-右入口裝置；12-右皮帶助卷器；13-卸料小車；14-橡膠刮油條；15-小輥除油裝置；16-測(cè)厚儀；17-5輥展平裝置；18-液壓剪圖1 機(jī)組的主要組成Fig.1 Main components of the unit

2 銅帶精軋機(jī)的潤(rùn)滑特點(diǎn)

銅帶冷精軋具有變形熱量大、易氧化等工藝特點(diǎn)。為了獲得很好的帶材表面質(zhì)量，避免帶材表面氧化，需要兼顧冷卻和潤(rùn)滑效果。銅帶精軋機(jī)一般采用軋制油潤(rùn)滑，其軋制油的主要性能及參數(shù)如下：(1)粘度越大，潤(rùn)滑性越好，但冷卻性能會(huì)降低，銅精軋機(jī)一般選運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)為7mm2/s～8.5mm2/s的軋制油。(2)閃點(diǎn)，油品蒸汽在空氣中遇明火點(diǎn)燃的最低溫度，是關(guān)鍵的安全指標(biāo)。(3)油品中水分的含量，會(huì)對(duì)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。(4)灰分，油品精制程度，對(duì)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。(5)油膜強(qiáng)度，越高代表潤(rùn)滑性能越好，可有效減少軋制力、提高軋制速度。軋制油特性的選擇能夠直接影響到軋機(jī)的性能，例如，粘度增加導(dǎo)致除油困難以致軋機(jī)生產(chǎn)速度低；灰度值偏高導(dǎo)致后續(xù)退火工藝產(chǎn)生色斑、粘連等缺陷，產(chǎn)品廢品率上升。

軋制油為消耗品，優(yōu)秀的軋制油意味著較高的加工成本，如某進(jìn)口軋制油可以在4.3左右的運(yùn)動(dòng)粘度下保證較好的潤(rùn)滑效果和130℃以上的閃點(diǎn)，但成本過(guò)高。所以，一般國(guó)內(nèi)企業(yè)都會(huì)選擇國(guó)產(chǎn)軋制油，這就對(duì)機(jī)械設(shè)備提出了更為嚴(yán)格的要求，即在較高的運(yùn)動(dòng)粘度下，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。

另外在軋機(jī)出口側(cè)，帶材剛脫離軋輥，表面覆蓋著很薄的一層軋制油油膜，由于加工熱的存在，這層油膜迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致高溫的帶材暴露在空氣中，很容易氧化，所以生產(chǎn)時(shí)出口側(cè)的噴嘴梁也會(huì)噴射軋制油進(jìn)行冷卻。有時(shí)，還在軋機(jī)出口側(cè)靠近軋輥處增設(shè)軋制油噴嘴，強(qiáng)制冷卻帶材。這些生產(chǎn)模式帶來(lái)的問(wèn)題是帶材表面均勻的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。下面簡(jiǎn)要介紹對(duì)比一下銅帶精軋機(jī)上常用的除油方法和使用效果。

3 帶材除油方式

3.1 壓縮空氣吹掃

如圖2所示，在強(qiáng)制冷卻后面增加一排噴嘴，吹掉帶材表面的軋制油。由于軋制油粘度大，壓縮空氣壓力較低時(shí)，無(wú)法將軋制油吹干凈；提高壓縮空氣壓力，軋制油容易被霧化，小部分回落到帶材表面，大部分被排煙罩吸走甚至飄散到軋機(jī)附近的空氣中，造成了大量的軋制油損失。同時(shí)，吹掃的扁嘴在較大氣壓下會(huì)發(fā)出高分貝噪聲，破壞生產(chǎn)環(huán)境。

1-強(qiáng)制冷卻軋制油噴嘴；2-壓縮空氣吹掃噴嘴；3-5輥展平裝置圖2 壓縮空氣吹掃和5輥展平裝置Fig.2 Compressed air purging and five-roll leveling device

3.2 5輥展平裝置除油

如圖2所示，精軋機(jī)需要在出口側(cè)配置展平輥，用以穩(wěn)定張力，形式有5輥、3輥等。在帶材、張力和輥?zhàn)拥墓餐饔孟?，可以將大部分軋制油擋住，起到一定的除油作用。帶材?jīng)過(guò)該裝置后，在表面附著了一層有一定厚度和帶材結(jié)合致密的油膜，該油膜的厚度遠(yuǎn)不能滿足高速生產(chǎn)的要求。另外，由于5輥展平裝置輥?zhàn)屿`活性、粗糙度、安裝精度等方面的原因，帶材很容易造成表面劃傷。企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)，尤其是最后的成品道次，通常把該裝置打開，犧牲生產(chǎn)速度以保證帶材表面質(zhì)量。

3.3 真空抽吸裝置

如圖3所示，該裝置由3對(duì)輥?zhàn)?、抽吸裝置、封閉腔等組成。目的是用抽吸裝置在封閉腔中形成負(fù)壓，抽走帶材表面的軋制油。實(shí)際使用中，膠條很容易掛住銅屑等雜質(zhì)，劃傷帶材表面；抽吸口距離帶材較遠(yuǎn)時(shí)，負(fù)壓在帶材表面處過(guò)小不足以吸凈軋制油，實(shí)際起到的除油效果主要依靠輥?zhàn)拥臄D壓，作用和展平輥相似。抽吸裝置同時(shí)還起到了冷卻帶材的效果。

這套裝置在使用乳液潤(rùn)滑的粗軋機(jī)和中軋機(jī)上時(shí)可以吸走蒸汽冷卻帶材，而用在軋制油潤(rùn)滑的精軋機(jī)上時(shí)除油能力則無(wú)法滿足高速生產(chǎn)要求。同時(shí)該裝置會(huì)劃傷帶材,對(duì)于高表面質(zhì)量要求的精軋機(jī)也是不適合的。

1-刮油膠條；2-密封腔；3-輥?zhàn)樱?-抽吸裝置；5-進(jìn)風(fēng)口圖3 真空抽吸裝置Fig.3 Vacuum suction device

3.4 小輥除油裝置

如圖4所示，該裝置用成對(duì)的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，每一組由兩段組成，由氣缸提供壓力，用以改善除油小直徑輥剛性不足的缺點(diǎn)，使除油輥與帶材間保證適當(dāng)?shù)膲毫?。?shí)際使用中，該裝置除油效果較好，同時(shí)問(wèn)題也比較突出。使用一段時(shí)間以后，分段的支承輥在除油輥上留下壓痕，該壓痕會(huì)在帶材表面形成縱向明暗色差；當(dāng)帶材速度達(dá)到300m/min時(shí)，除油輥轉(zhuǎn)速超過(guò)2000rpm，此時(shí)帶材表面已有較明顯的劃傷。

小輥除油裝置在使用初期、軋制速度低于300m/min時(shí)，除油效果較為理想，當(dāng)使用時(shí)間較長(zhǎng)，或生產(chǎn)速度超過(guò)300m/min時(shí)，無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。另外，銅精軋機(jī)一般不配置板型輥，生產(chǎn)人員通過(guò)敲擊帶材兩側(cè)的方式來(lái)判斷帶材的張力情況，并依此調(diào)節(jié)彎輥改善板型。該裝置位于軋輥和卷取機(jī)中間，壓住帶材時(shí)會(huì)影響生產(chǎn)人員對(duì)板型的判斷。

1-除油輥；2-同步機(jī)構(gòu)；3-擋油板；4-壓縮空氣噴嘴；5-支承輥；6-壓緊氣缸；7-刮油條裝置圖4 小輥除油裝置Fig.4 Small-roller oil-removing device

3.5 刮油條裝置

如圖4所示，該裝置由2對(duì)橡膠刮油條組成，生產(chǎn)時(shí)刮油條直接和帶材表面接觸，刮掉帶材表面的軋制油。刮油條有橢圓形、星形等形狀，材質(zhì)有橡膠、聚氨酯等。除油效果很好，缺點(diǎn)是刮油條容易掛住銅屑等雜質(zhì)，造成帶材表面劃傷，降低成品率。為避免劃傷就需要每個(gè)軋制道次都更換刮油條，操作麻煩。即便如此，仍存在劃傷帶材的風(fēng)險(xiǎn)。

3.6 3M輥除油裝置

如圖5所示，3M輥由片狀無(wú)紡布?jí)褐贫桑睆?20mm～160mm，硬度可達(dá)邵爾A95以上。該裝置由2對(duì)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(dòng)過(guò)程中，疏松部位轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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。實(shí)際使用中存在甩油情況，往往需要2對(duì)以上3M輥同時(shí)使用才能取得較好的除油效果。該方式的優(yōu)點(diǎn)是除油效果好，對(duì)帶材表面質(zhì)量影響小，可達(dá)到450m/min左右的生產(chǎn)速度；缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，壽命短，增加了生產(chǎn)成本。

圖5 3M輥除油裝置示意圖Fig.5 Schematic diagram of 3M roller deoiling device

上述方式都是銅帶精軋機(jī)常見的幾種除油方式，其中3M輥能夠取得較好的效果，其他除油方式效果略差，但具有成本低、使用維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，需要通過(guò)改進(jìn)來(lái)改善使用效果。

4 除油方式的改進(jìn)思路

除油裝置可分為非接觸式和接觸式兩種，非接觸式的包括吹掃、抽吸等方式；接觸式的包括刮油和輥式除油等方式，根據(jù)除油效果及對(duì)帶材表面質(zhì)量的影響，下面主要介紹壓縮空氣吹掃、鋼輥除油、3M輥除油3種方式的改進(jìn)思路。

4.1 壓縮空氣吹掃

如圖6所示，位于強(qiáng)制冷卻和展平輥中間，用以封住大部分的軋制油。采用小壓力(0.1MPa～0.2MPa)、小氣量、扇形、密集分布，噴嘴范圍覆蓋最大帶材寬度；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(guò)集油區(qū)從軋機(jī)兩側(cè)流走。

圖6 壓縮空氣吹掃改造示意圖Fig.6 Transformation schematic diagram of compressed air purging

4.2 鋼輥除油

鋼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(yùn)動(dòng)粘度、帶材線速度、張力有關(guān)，與包角無(wú)直接關(guān)系，所以應(yīng)采用對(duì)輥形式；相同壓力下，直徑越小油膜越薄，但輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速越高，有劃傷帶材的風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)選用合適直徑的鋼輥，同時(shí)降低輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量(如使用空心輥、芯輥等形式輥?zhàn)?，提高輥?zhàn)拥募庸ぞ取惭b精度、輥?zhàn)颖砻婀鉂嵍龋怀隹趥?cè)貼近輥?zhàn)雍蛶Р倪吘壍牟课慌渲脫闲詨嚎s空氣吹掃噴嘴，封住帶材邊部帶過(guò)來(lái)的軋制油。

可以將5輥展平裝置進(jìn)行改造，貼近軋機(jī)的3個(gè)輥?zhàn)訛殄e(cuò)輥，起到展平作用，另外兩個(gè)輥?zhàn)痈臑閷?duì)輥，起到除油作用(圖7)。帶材較薄時(shí)，除油輥會(huì)將帶材壓皺，應(yīng)將展平輥和除油輥的驅(qū)動(dòng)分開，展平輥使用固定壓力油缸驅(qū)動(dòng)；除油輥用壓力可調(diào)氣缸驅(qū)動(dòng)。生產(chǎn)時(shí)根據(jù)帶材的厚度調(diào)節(jié)壓力。

4.3 3M輥除油

3M輥除油原理如前所述。需要在生產(chǎn)中進(jìn)一步摸索3M輥的硬度、壓力和除油效果之間的關(guān)系。同時(shí)，在3M輥除油裝置中布置壓縮空氣噴嘴，封住帶材邊部和輥?zhàn)涌p隙(圖5和圖7)帶油情況，同時(shí)在輥?zhàn)尤肟趥?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?zhàn)訉④堉朴退刂翈Р谋砻妗?/p>

圖7 5輥展平裝置改造示意圖Fig.7 Transformation schematic diagram of 5 roll leveling device

4.4 其他方式

可以嘗試在偏導(dǎo)輥處除油。很多企業(yè)生產(chǎn)時(shí)將軋機(jī)出口側(cè)的在線輥?zhàn)尤棵撻_，唯一的在線輥?zhàn)泳褪瞧珜?dǎo)輥。實(shí)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，經(jīng)過(guò)偏導(dǎo)輥時(shí)，軋制油附著在偏導(dǎo)輥上?？梢栽谄珜?dǎo)輥下部設(shè)置噴嘴和刮片，將輥?zhàn)由系挠统ィ?dāng)輥?zhàn)又匦潞蛶Р慕佑|后再將軋制油帶走一部分，轉(zhuǎn)到下部時(shí)將軋制油除去。

5 結(jié)論

銅帶精軋機(jī)帶材表面除油是一個(gè)長(zhǎng)期困擾企業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)難題，已經(jīng)成為了限制銅帶精軋機(jī)提速的主要瓶頸。除油方式需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行多重配置，例如對(duì)表面質(zhì)量要求非常高的帶材，就需要側(cè)

重吹掃等非接觸式的除油方式以及3M輥式；另外，除油還需要與防油相接合，如采用低粘度、冷卻性能好的高品質(zhì)軋制油，實(shí)現(xiàn)高速軋制出口側(cè)不噴軋制油；以及在支承輥及各在線導(dǎo)輥上配置清輥器以消除輥面帶油；或設(shè)置防濺板防滴油等方式。總之合理選擇，多重配置，不斷完善各類除油方式才能更好取得帶材表面除油效果，推動(dòng)軋機(jī)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)應(yīng)用水平的不斷提高。