銅帶可控氣氛連續熱處理爐斷帶問題研究與優化

孫唯靜

(中鋁上海銅業有限公司,上海 200940)

0 前 言

銅加工中重要的工序之一是材料的退火.連續退火研究始于20世紀30年代,50～60年代連續退火工藝在鍍錫原板的生產中得到廣泛應用.隨后,日本采用高溫軋制(Ar3點以上)、高溫卷取(Ar1點以上)和過時效處理工序合并的方法,生產深沖用冷軋鋼板獲得成功.1971年和1972年，日本采用該方法先后建成兩條氣墊式連續退火生產線,80年代，連續退火得到廣泛應用.

氣墊式退火爐廣泛應用于銅、鋁及其合金的帶式退火.要求在同一個爐上退火的帶材最厚規格與最薄規格之比小于15∶1,最寬規格與最窄規格之比小于2∶1,而且同一條帶材的厚度與寬度應有一定的比例,最小約1∶250.退火速度一般為5～50 m/min,生產效率可達5～8 t/h,熱效率在55%以上(電加熱),可以用電熱或燃氣作為熱源[1].氣墊式退火爐設備的組成如圖1所示.

圖1 氣墊式退火爐機列(水平式)簡圖

采用氣墊式退火連續爐,大大提高了材料表面品質和銅板帶組織的均勻性.與老式退火爐相比,具有工藝性能穩定、效率高、退火材質均勻、光亮度高、不變色、平直度高、清潔度良好和無擦傷等優點,廣泛應用于銅、鋁及其合金的帶式退火.

隨著產品質量要求的日益提高,一些問題也隨之顯現,比如銅帶斷裂(以下簡稱斷帶)、邊部不齊度、表面劃(擦)傷和卷邊等.因為斷帶會引發質量、安全、設備和成本等一系列的后果,影響企業的經濟效益,甚至危及安全生產.因此,通過生產中斷帶原因分析,提出如何處置和有效預防斷帶問題的解決方法,成為一項重要的工作.

1 造成斷帶的主要原因

生產現場出現斷帶及產生后果的統計情況見表1(見下頁).

根據表1所列的案例分析,提出了造成斷帶的三項主要原因分別來自原材料質量、工藝設置及操作、設備.

1.1 原材料質量

1.1.1 公差波動

表1中序號5屬于公差波動引起的斷帶,如來料橫向公差偏大、縱向公差不穩等,易使帶材在運行時偏離中心線,致使帶材受力不均而斷帶.尤其是薄帶,在高溫下較大的厚度跳差,易造成銅帶拉應力劇變而斷帶.

1.1.2 板 型

表1中序號1～4是原材料板型不符合質量要求,如側彎、大刀狀、波浪(紋)等,在生產過程中容易偏離中心位置而引起斷帶;同時易在爐內碰擦出爐口和入爐口,尤其是加熱區和冷卻區的狹窄通道口,造成斷帶.

1.1.3 裂口(紋、邊)

表1中序號6～8屬于缺口、邊部質量問題引起的斷帶.

1.2 工藝參數設置、操作及作業安排

表1中序號17～19屬于在進行工藝參數設置時沒有充分考慮張力、溫度和風速針對不同板型帶材的匹配造成的斷帶.表1中序號15、16、20和21屬于操作工操作技術不規范、技能不熟練、生產經驗不足和應急能力差等造成的,縫合操作時，如果帶頭和帶尾沒有疊放平行就會因受力不均而在之后的運行中發生斷帶;銅帶厚度、寬度和直徑等設置錯誤也會造成斷帶.

厚、薄規格生產順序不合理,如厚薄銅帶連退時沒有中間厚度引帶過渡,不同寬度銅帶、鋼制牽引帶縫合時不注意合理操作,均易造成斷帶.

1.3 設 備

1.3.1 電氣設備張力控制

設備完成調試后,驅動控制系統應是正常工作的,張力控制問題往往發生在以下幾個方面:(1) 驅動馬達的編碼器故障,較多表現為脫落、損壞;(2) 長時間運行后,尤其是在大張力的影響下,張力輥的測量值會與真實值發生輕微偏差,厚帶大張力運行時無影響,但對薄帶影響很大,會造成設備運行時非正常停機;(3) S輥、剎車輥輥面磨損、老化,無法在扭矩的作用下形成帶材所需的摩擦力;(4) 其他部位,如軸承、減速箱等轉動阻力過大引起張力波動.

表1 斷帶情況及原因Tab.1 The situation and causes of strip breakage

1.3.2 電氣設備對中故障

表1中序號12～14屬于對中裝置發生故障導致帶材跑偏而斷裂,尤其在活套完全升起時,活套區帶材總長達到200 m.由于帶材側彎、邊浪或者活套偏轉輥安裝精度等原因,易造成帶材兩邊松緊度不一致而造成朝一側偏出,碰到邊框導致斷帶.

1.3.3 機械設備噴嘴開裂

設備質量問題或老化使加熱區熱風噴嘴開裂,導致風壓變化,造成銅帶在爐區內受力不平衡而擦邊斷帶.

1.3.4 縫合機故障

縫合處易斷開,通常是打孔機磨具斷裂或變形,以及焊接用的氬弧焊焊點擊穿、虛焊造成的.焊接或縫合設備問題,造成接合點不牢固,易斷帶,尤其易發生于厚度<0.15 mm的紫銅帶材上.因厚度較薄,如縫合機本身刀口不夠鋒利,造成細小裂口,則極易發生斷帶.

2 措施和建議

2.1 原材料質量控制

針對原材料質量引起的問題,為避免因斷帶停產造成經濟損失,應加強來料的質量檢測,對于質量較差的帶材予以退回或者進行改善后再退火.公差范圍超差的帶材,尤其是0.1 mm厚的紫銅帶則建議退回改制;板型不符合質量要求的,可先進行拉矯處理,改善其板型后再轉移至氣墊爐退火;邊部裂口可先進行裁邊,并適當降低單位張力,可大幅度降低斷帶發生的可能性.

2.2 工藝適時調整

對于爐內氣體噴射氣流不平衡引發的斷帶,需要通過調節爐內噴嘴所噴射出氣體的風力和風速來解決.同時調整爐內部分張力來配合完成.爐內風速、張力相對于不同厚度、寬度帶材的配合非常重要,在調試、生產過程中需對包括爐內的加熱風機轉速、冷卻風機轉速、爐內張力、活套1張力和酸洗段張力數據的跟蹤積累,最終形成可靠的工藝數據.

2.3 加強操作培訓

由于操作不當而引起的斷帶,則需制定合理的操作規程,加強操作培訓,提升員工操作技能及應急知識;在上崗操作初期應指派有經驗的操作工指導監督直至能熟練獨立操作為止.

2.4 設備控制

2.4.1 張 力

驅動馬達的編碼器應定時檢查,包括聯軸器及電纜接頭的連接部分,發現松動應及時擰緊,如果編碼器無法正常工作則需進行更換.張力輥的測量值偏差應通過定期對測量儀進行調零來消除,如調零仍無法修正,則需檢查張力儀是否存在故障.關于S輥、剎車輥輥面磨損、老化,無法在扭矩的作用下形成帶材所需摩擦力的問題,因設備分為6段,且每段張力值均不一致,相鄰段通過S輥的轉動來控制張力,如發現S輥不能維持相鄰段的張力差,則可采取措施提高輥面摩擦系數,如更換S輥表面的橡膠,采用更耐磨、摩擦系數更高的橡膠輥,對橡膠輥面進行打磨提高表面粗糙度等.轉動阻力過大引起的張力波動則應定期對軸承、減速箱進行清洗.

2.4.2 對中系統

氣墊爐機列走帶長度約為300 m,共分六段,包括:開卷段、活套1、爐區、酸洗段、活套2和卷取段.在活套1、爐區、活套2和卷取段均裝有EMG自動對中系統.該系統能檢測帶材在寬度方向上的偏移,并反饋到PLC,從而通過導向輥將帶材始終保持在機列的中心位置.EMG自動對中系統一般不需要進行操作,但日常的清潔和維護很重要,液壓元件必須定期維護保養.感應設備不能有積灰,需定期清潔.

2.4.3 機械維護

平時對噴嘴要加強維護,發現噴嘴有脫焊開裂現象應立即維修保養,可延長噴嘴使用壽命,將斷帶的風險降低到最小.縫合機在長時間使用之后,縫合口會變鈍,縫合時會造成縫合口有毛刺甚至裂口,應定期對縫合機進行維護,清理其內部的碎屑,避免碎屑對縫合刀具的磨損并定期潤滑.對已磨損的刀具,需拆下進行打磨或者更換.

3 結 論

綜上所述,氣墊式連續退火的過程中,造成斷帶的主要原因是原材料質量、工藝設置及操作、機械設備和電氣設備等.通過對這三大原因的分析與研究,并在實際生產中實踐與探索,認為要解決斷帶問題,一是應加強對氣墊爐來料的質量檢測,對于質量較差的帶材予以退回或進行改善處理后再進行退火;二是對風力、風速和張力等各類數據的跟蹤積累,形成可靠的工藝數據,并據此對工藝進行適時調整;三是對氣墊式退火爐的主要設備脫脂化裝置、對中控制系統、張力控制棍和氣墊爐爐子區段(包括密封裝置、加熱段、冷卻段及水封裝置)等七大系統[2],制定合理的操作規程,并加強操作人員培訓,提升員工的操作技能及應急知識;四是加強設備的定時檢查、維護保養,確保其正常運行.

參考文獻:

[1] 鐘衛佳,馬可定,吳維治.銅加工技術實用手冊[K].北京:冶金工業出版社,2007:861.

[2] 李宏磊,婁華芬,馬可定.銅加工生產技術問答[M].北京:冶金工業出版社,2008:27.