鐘罩式退火爐在黃銅線材退火中的應用

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用

孔凡清

（中色（天津）特種材料有限公司，天津300380）

為滿足生產需求，將鐘罩式退火爐應用于黃銅線材生產線。生產實踐表明，應用鐘罩式退火爐實現了光亮退火，使退火物料物理性能均勻一致，顯著降低了生產成本，提高了產品質量和生產效率，取得了較高的經濟效益和社會效益。

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線于2014年6月建成并投產，其具有國內先進水平。該生產線中包括一套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技術，結合國情研制開發的一種新型熱處理專用設備。爐內裝有大風量、高功率的熱流風機，以保證爐內保護氣氛形成強對流循環，從而達到優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。由于該設備設有密封內罩、抽真空、充保護氣氛系統，能有效地防止退火材料表面氧化、脫鋅等現象，能實現可靠的無氧熱處理工藝要求，顯著提高產品質量，降低消耗，提高生產效率，有效避免由于酸洗造成的環境污染。加熱爐罩采用鎳鉻扁帶和環保、高效、節能的新型耐火保溫材料設計。經實踐證明，該生產線升級改造后，不僅產品質量得到穩定和提高，而且黃銅線材退火工序還取得很好的經濟效益。

2 改造前的生產狀況

我公司原采用水平連鑄法生產Φ12 mm黃銅盤條，單盤重300 kg左右，盤條進單罐拔絲機進行拉拔操作，采用非保護氣氛退火實現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。

改造后生產線將采用上引連鑄法生產線徑Φ12 mm黃銅盤條，單重2 t，盤條進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Φ1 200 mm，然后進行中間退火。

如果繼續使用原有的明火退火爐，存在以下問題：

（1）大力提倡創建清潔文明工廠的大環境背道而馳；

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

（3）原明火退火爐設備陳舊，增加維修工時。

原有的明火退火爐已不能滿足改造后生產線的退火要求，對原有退火設備必須進行更新改造經過反復論證，權衡利弊，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 設備構成

鐘罩式退火電爐由爐臺、內罩、加熱罩、冷卻罩以及抽真空系統、電控系統、冷卻系統、氨分解制氫系統組成。

（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，內部設有不銹鋼加強支撐座，充填硅酸鋁纖維保溫。上部設有δ=10 mm厚不銹鋼擴散器，采用活絡方式固定，配有δ=30 mm厚爐底板，承重10 t，爐臺底部裝有專用爐用風機（1 480/ 740 r/min,37/10 kW）,電機采用水冷保護，在強對流風機的作用下，使爐內氣氛、溫度均勻一致，從而使退火材料能加速升溫，節省了加熱時間，提高了生產效率。

（2）內罩2套，內罩采用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，以保障內罩與爐臺橡膠密封圈的緊密配合，確保內罩的氣密性。內罩筒體為波紋狀結構，波紋經輥壓成型，這種波紋結構使內罩增加了強度，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鋼結構與加強立筋焊接成型，頂部用工字鋼加強，設有吊攀，底部不銹鋼限位圈，并設有軟密封凹槽。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，節能效果好，加熱元件采用Cr20Ni80優質鎳鉻電阻扁帶，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臺冷卻風機，并設有噴淋裝置，具有風冷和噴淋水冷兩種功能，首先由風扇進行冷卻，溫度低于300℃時，由風冷轉為水冷，加速冷卻過程。提高生產效率。

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境。

改造前生產線工藝：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1 t黃銅成品消耗量為10 kg，按銅鋅現貨價格計算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裝有大風量熱流風機使爐內保護氣氛形成強對流循環，使爐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，優于其它爐型的設計。

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

（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生產，周而復始，交替運行，提高生產率。

（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，使加工時產生的纖維組織經再結晶退火形成等軸晶粒，以便繼續深加工。

（2）消除應力退火：是指線材在再結晶溫度以下的退火，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：指產品的最終退火，也稱為軟線退火。

7 罩式退火爐在使用中應注意的問題

（1）鐘罩式爐的爐臺及內罩的氣密性：氣密性是鐘罩式爐設備完好的重要指標。

（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，以免玷污金屬表面，影響退火質量。

8 經濟效益和社會效益

（1）實施罩式退火經濟效益

2015年黃銅線材產成品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光亮退火，無需酸洗，在提高產品質量的同時，又保護了生態環境，在收獲經濟效益的同時，也取得了很好的社會效益。

9 結束語

（1）鐘罩式爐采用氫氣和氮氣作為保護氣，可實現光亮退火，無需酸洗。

（2）鐘罩式爐底部設大風機強制爐氣循環，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能效果好。

（4）鐘罩式爐有兩個爐臺，可實現半連續生產（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、消除應力退火、成品退火。

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

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成分檢驗方面的工作。