韓 晨 余金海 陳加圣

(中色科技股份有限公司，河南 471039)

自2004 年以來，我國的銅材生產(chǎn)與消費量已連續(xù)8 年位居世界第1 位，銅加工材產(chǎn)量由2006年的523 萬噸增加到2010 年的1 009 萬噸。與此同時，中國銅板帶箔材的生產(chǎn)與消費量也位居世界第1 位，國內一些大型銅板帶企業(yè)的加工裝備水平、生產(chǎn)工藝技術及產(chǎn)品綜合競爭力等都在逐漸接近甚至部分指標超過發(fā)達國家的水平。但是由于在新型合金優(yōu)化、核心工藝技術尤其是高端加工裝備方面的落后，一些高端精密銅帶箔材產(chǎn)品仍需大量進口，每年的進口量大約為27 萬噸，占國內高端精密銅帶生產(chǎn)總量的1/3。這說明我國在由銅板帶生產(chǎn)大國向銅板帶加工強國過渡的過程中，高端銅板帶箔材的生產(chǎn)工藝技術及其加工裝備的研制開發(fā)仍然是一項重要的課題，開發(fā)的意義非常重大，潛在的市場也非?？捎^［1、2］。

本文重點對中色科技股份有限公司所研制開發(fā)的銅板帶熱軋機、銅帶坯水平連鑄機、銅帶粗中軋機、銅帶精軋機、銅帶拉彎矯直機、銅帶(酸洗)脫脂清洗機等銅加工設備的技術特點、裝機水平、加工工藝等進行了論述與介紹。

1 銅板帶熱軋機組

銅板帶熱軋機的作用是通過熱變形，變鑄造組織為加工組織，同時為高精冷軋等后續(xù)生產(chǎn)工序提供盡可能小的厚度、優(yōu)良的板型、較高的表面質量、尺寸公差波動較小、組織性能合格的熱軋料卷。近年來，以大鑄錠熱軋開坯方式進行銅及銅合金板帶生產(chǎn)的方式逐漸取代了銅帶坯水平連鑄的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，這種趨勢尤其表現(xiàn)在大中型銅板帶生產(chǎn)企業(yè)(年產(chǎn)量在3 萬噸～5 萬噸以上)，以及主要以開發(fā)和生產(chǎn)無氧銅板帶、鈹銅帶、引線框架材料以及異形帶等高端電子銅板帶為主的企業(yè)，如中鋁洛銅、中鋁華中銅業(yè)等［3］。

為滿足市場對大鑄錠熱軋開坯、高控制精度、高速軋制及部分銅合金對淬火和終軋溫度的極高要求等需求，中色科技利用計算模擬、三維建模等手段并結合生產(chǎn)實際和工藝需求，成功研發(fā)出低能耗、高精度、大卷重、產(chǎn)品組織性能優(yōu)良的二輥銅帶可逆熱軋機組。利用該機組生產(chǎn)引線框架材料C19400 的工藝流程為:鑄錠再加熱→出爐→熱錠傳送→鑄錠對中→氧化皮吹掃→7 道次軋制→在線淬火→頭尾矯直→帶材冷卻→空氣吹掃→液壓剪切頭尾→三輥無芯卷取→料卷運輸。

為充分適應和滿足銅及銅合金板帶生產(chǎn)工藝需求，中色科技研制的銅板帶熱軋機融合了多項創(chuàng)新技術與新型設備，如:為了控制帶材寬展、改善邊部質量，研制開發(fā)出新型軋邊輥裝置;為了保證帶材的淬火要求，研制開發(fā)出壓力與水量控制良好的在線淬火設備。

為了提高生產(chǎn)效率、減少帶材溫降、大壓下充分破碎再結晶晶粒，該機組在前期11 道次試軋、9道次試軋基礎上能夠實現(xiàn)對230 mm×620 mm×8 000 mm 規(guī)格的大鑄錠進行7 道次大壓下高速軋制，這在大鑄錠銅板帶生產(chǎn)工藝領域具有極其重要的意義。C19400 大鑄錠經(jīng)過7 道次軋制后溫降及板型實測數(shù)據(jù)為:開軋溫度為922℃，終軋溫度為740℃，淬火后溫度為196℃;氧化皮較少;側彎程度較小;寬度為648 mm;傳動側厚度為14.855 mm，操作側厚度為14.83 mm，厚差僅為0.025 mm。這些數(shù)據(jù)都有效的滿足了生產(chǎn)工藝需求。

已經(jīng)投產(chǎn)并驗收的二輥可逆銅板帶熱軋機生產(chǎn)實踐表明，中色科技所研制開發(fā)的二輥銅板帶熱軋機組運行穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，所生產(chǎn)的銅板帶板型尺寸與公差合格、組織性能優(yōu)良、表面質量達到了生產(chǎn)需求，穩(wěn)定生產(chǎn)能力約80 t/h，如滿負荷生產(chǎn)可達20 萬噸/年的產(chǎn)能。表1 為銅板帶熱軋機的工藝參數(shù)。

表1 銅板帶熱軋機性能及工藝參數(shù)Table 1 Properties and process parameters of copper plate strip hot rolling mill

二輥銅帶熱軋機組及其生產(chǎn)工藝技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化成功填補了該領域的國內空白，也有力的提升了國內銅板帶加工行業(yè)的技術水平，從而為國產(chǎn)高端裝備技術的提高以及銅合金新材料的研制開發(fā)做出了重要貢獻。

2 銅帶坯水平連鑄機組

銅板帶鑄錠軋制法在生產(chǎn)的品種、規(guī)格、產(chǎn)能等方面優(yōu)勢明顯，產(chǎn)品的組織、性能也容易控制，但是缺點是能耗較大，投資和生產(chǎn)成本比較高。銅帶坯水平連鑄的生產(chǎn)方法省去了鑄錠、初軋開坯和熱粗軋工序，工藝簡單，節(jié)約能源，符合“節(jié)能降耗”、“短流程制備”等生產(chǎn)要求。缺點是受到連鑄速度、連鑄坯厚度的限制，產(chǎn)量較低，合金種類及產(chǎn)品的規(guī)格也受到限制。因此，銅帶坯水平連鑄生產(chǎn)工藝比較適合中小型的銅板帶加工企業(yè)尤其是生產(chǎn)黃銅、錫磷青銅和鋅白銅的企業(yè)［4］。

中色科技為適應中小企業(yè)多品種生產(chǎn)和大批量單一合金生產(chǎn)等方面的實際需求，研制開發(fā)出多種專用合金生產(chǎn)線，如鋅白銅連鑄機組、黃銅連鑄機組、錫磷青銅連鑄機組、高銅合金連鑄機組等。所研制的銅帶坯水平連鑄機組主要由熔化保溫爐組、工藝設備、機械設備、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成，具有熔煉、鑄造、銑面、剪切、卷取等多種功能。機組在設備、液壓和電器控制等方面采用了多項創(chuàng)新技術，其中在結晶器的內部結構、冷卻水的控制方式、牽引機傳動控制方式、牽引輥的結構、卷取機輥組的布置等方面擁有獨創(chuàng)的技術優(yōu)勢。機組總體性能如能耗、產(chǎn)能、單副結晶器的壽命等均達到了國際先進水平。

所研制的銅帶坯水平連鑄機組其生產(chǎn)工藝流程為:銅合金配料→熔化爐→保溫爐→結晶器→一次冷卻→二次冷卻→引錠→剪切→卷取?？梢灾苯由a(chǎn)出供冷軋軋制的厚14 mm～18 mm，寬330 mm～650 mm 的銅及銅合金帶坯，也可以在連鑄線外設置單獨的銑面機組，簡化連鑄機組的工藝，提高鑄造的質量和效率。生產(chǎn)帶材寬度450 mm 以下的機組一般同時生產(chǎn)兩條帶坯，生產(chǎn)帶材寬度大于450 mm 的機組一般為單帶坯生產(chǎn)。

以中色科技研制開發(fā)的470 mm 雙流銅帶水平連鑄機組為例來說明該類型設備的力能及工藝參數(shù):可生產(chǎn)材料為黃銅、錫磷青銅等;帶坯條數(shù)為2 條;帶坯寬度為330 mm～470 mm;帶坯厚度為15 mm～18 mm;最大卷重為10 000 kg;帶坯橫向厚差＜0.75 mm;帶坯縱向厚差＜0.30 mm;鐮刀彎≤15 mm/10 m;卷取后料卷塔形≤20 mm;鑄造速度為(150～190)mm/min;卷取速度為2.5 mm/s～12 mm/s;產(chǎn)能以生產(chǎn)QSn6.5-0.1 合金、產(chǎn)品規(guī)格2-450×16 mm 為例，單位產(chǎn)能為1.27 t/h，以每年6 000 h 計，年產(chǎn)能為7 620 t。

3 銅帶粗中軋機組

鋼鐵熱軋坯料一般在2 mm～4 mm，鋁板帶的連鑄連軋坯及熱軋坯料一般為3 mm～8 mm。相比之下，銅帶坯冷粗軋的來料厚度就比較大，從二輥銅板帶熱軋機生產(chǎn)出來的帶坯厚度一般為13 mm～15 mm。所以，銅的粗軋機與其它金屬的冷軋機特點不同。同時，隨著用戶對產(chǎn)品性能需求的不斷提高，市場對現(xiàn)代化銅帶粗中軋機的性能要求也越來越高。

根據(jù)現(xiàn)代化銅帶粗中軋機的技術特點，中色科技順應市場和用戶的需求，研制開發(fā)出了具有領先技術水平的以下3 種類型的銅帶粗中軋機。

(1)一端帶無芯卷取機的銅帶冷軋機:軋制厚帶時用無芯卷取機卷取，采用不可逆方式;軋制薄帶時用小卷筒卷取，實現(xiàn)可逆軋制。如?260 mm/?600 mm×560 mm 規(guī)格的機組為此種機型;

(2)帶中轂輪卷筒卷取機的銅帶冷軋機:特殊設計的?500 mm 卷筒，可實現(xiàn)薄帶卷取和薄帶開卷，省去了薄帶開卷機。由于功能全面、配置緊湊、設備投資小，該機型受到了中小企業(yè)的歡迎。如?280 mm/?620 mm×560 mm 四輥粗中軋機組屬于此種機型;

(3)帶大轂輪卷筒卷取機的銅帶粗中軋機:該機型為具有國際先進水平的新型銅帶冷軋機，是發(fā)展的主流機型，具有大張力、大軋制力、大扭矩的特點。機組的裝機水平、自動化程度、產(chǎn)品精度等都代表著國產(chǎn)同類軋機的最高水平。如?360 mm/?800 mm×600 mm 規(guī)格的四輥銅帶粗中軋機屬于此類機型。

以?360 mm/?800 mm×600 mm 型四輥銅帶粗軋機為例，說明該類型銅帶粗中軋機的裝機水平和主要特點。其裝備特點有:

(1)強有力的力能參數(shù)，可以實現(xiàn)大軋制力、大張力、大壓下率和大扭矩軋制，能夠適應各種銅合金的生產(chǎn)工藝要求;

(2)完備的機前、機后裝置及真空抽吸系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)帶材的直頭送料、切頭尾、側導、強迫送料等功能，并有效提高帶材的表面質量;

(3)先進的厚度控制系統(tǒng)，配置了進口測厚儀，可以大幅度提高帶材的精度;

(4)電控系統(tǒng)采用了張力自動控制、卷徑自動測量、帶長自動測量記錄、自動留頭軋制等先進控制技術。

4 銅帶精軋機組

銅帶精軋機組一般是用來進行成品軋制或接近成品生產(chǎn)的裝備，此工序階段帶材對表面質量、板型精度、力能參數(shù)和生產(chǎn)控制精度都要求比較高。冷精軋階段，由于帶材產(chǎn)品較薄，所以其長度較大，為提高生產(chǎn)率又要求必須提高軋機的軋制速度。同時，精軋機軋制時除油的方式、除油裝置和除油效果又一直是世界性的難題。

中色科技根據(jù)銅帶精軋機的生產(chǎn)工藝特點，主要從以下幾個方面對高精度的銅帶冷精軋機進行了研制開發(fā):

(1)最小軋制厚度與工作輥直徑。一般情況下，四輥軋機的軋制厚度不應低于0.1 mm，或者用多輥軋機軋制為宜。當帶寬為450 mm 以下時，機組的工作輥選用?120 mm～?150 mm;當帶寬為450 mm～650 mm 時，由于側彎與扭矩的關系，工作輥一般選擇?160 mm～?260 mm。

(2)軋制速度。軋制速度對產(chǎn)品產(chǎn)能影響較大，由于精軋機出料帶材較長，就需要提高軋制速度。在沒有安裝板型儀的情況下，所設計的軋制速度一般最高為600m/min。這是因為如果不配置板型儀，操作手是不可能在較高的軋制速度下對板型實現(xiàn)有效操作控制的。

(3)工作輥的驅動方式。隨著軋制產(chǎn)品的厚度逐漸減小，工作輥的直徑也有逐步減小的趨勢，而扭矩還要有所增加，直接采用工作輥驅動就存在一定的困難，支承輥驅動就成為了一種必然選擇。一般?120 mm～?180 mm 的工作輥最好采用支承輥驅動，工作輥直徑再大的話就可以直接采用工作輥驅動。

(4)軋制時的工藝潤滑。近年來，隨著道次壓下量的增加與軋制速度的提高，帶材軋制時溫升不斷提高。甚至有些硬質合金因溫度過高而使帶材表面變色，影響了產(chǎn)品的質量。因此，為了降低溫升并使成品帶材表面光亮，設計時在軋機出口側加大了軋制油的噴射量，進而有效降低了帶材的溫度。但是，這也帶來了新的問題，即增加了帶材除油的難度。

(5)帶材除油。帶材除油裝置的開發(fā)和實際使用效果目前還是一個世界性的難題。為此，公司設計人員采用了很多辦法，盡最大可能去除帶材產(chǎn)品的軋制油。對輥除油裝置、真空抽吸裝置、雙尼龍條除油裝置、聚氨酯擠干輥除油裝置以及小鋼輥除油裝置的研制、開發(fā)與應用都在逐步提高帶材除油的實際效果［5］。

5 銅帶拉彎矯直機組

控制好板型是銅及銅合金精密薄帶材生產(chǎn)控制指標中難度最大的課題。因為薄帶生產(chǎn)過程中影響板型的因素多而復雜，而且相互干擾。即使目前不少高精度的精軋機上已配置了板型測量及板型閉環(huán)控制系統(tǒng)，但某些板型缺陷在軋機上仍難以消除。而隨著拉彎矯直技術在銅及銅合金精密帶材生產(chǎn)工序流程中的應用，較好地解決了此類板型缺陷問題。

中色科技研制開發(fā)的高精度多輥銅帶拉彎矯直機組由開卷機、對中裝置、兩組S 輥、多輥矯直機、糾偏裝置、卷取機、電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等設備組成。整套裝備自動化程度高，控制手段先進。在多輥銅帶拉彎矯直機組的研制過程中，采用了如下較為先進的技術方案:

(1)入口、出口的張力輥組分別采用較為先進的8 臺電機單獨驅動方式;

(2)23 輥六重式結構形式的多輥矯直單元;

(3)帶材延伸率采用張力輥組間的速差控制模式，大大提高了延伸率控制精度;

(4)采用電氣多傳動控制系統(tǒng)方案;

(5)矯直機輥型分段調整，通過輥型控制可實現(xiàn)帶材橫斷面的延伸控制。

以中色科技研制的銅帶拉彎矯直機組為例，來說明其力能參數(shù)及產(chǎn)品工藝保證值:可生產(chǎn)材料為銅及銅合金;來料抗拉強度為200 MPa～800 MPa;來料屈服強度為70 MPa～700 MPa;機列最高速度為150 m/min;卷重為6 000 kg;帶材厚度為0.1 mm～0.8 mm;延伸率為0～2%;延伸率控制精度為±0.02%;開卷張力為0.3 kN～4.5 kN;卷取張力為0.45 kN～6.75 kN;張力輥間最大張力為58 kN。

6 銅帶脫脂清洗機組

銅及銅合金帶材在軋制和熱處理過程中表面會發(fā)生氧化，同時軋制后帶材表面會殘留有軋制油。隨著高端銅板帶產(chǎn)品在各行業(yè)中的廣泛應用，人們對帶材表面質量的要求也越來越高。因此，銅帶表面清洗技術也越來越受到銅加工企業(yè)的重視。銅帶表面清洗要做到脫脂(除油)、酸洗、拋光、鈍化、烘干，有時還要求涂一層保護油［6］。

中色科技研制開發(fā)的450 mm 銅帶清洗機組設備由上卷小車、開卷機、直頭裝置、切頭剪、縫合機、堿液刷洗槽、冷水刷洗槽、酸洗槽、多級清洗槽、熱水沖洗槽、鈍化槽、烘干單元、控制輥、張力輥、切頭剪、偏導輥、卷取機、卸卷小車等組成。其主要設備特點是:采用提升式酸洗機、采用多級逆流清洗裝置、采用提升式鈍化槽。

機組的生產(chǎn)工藝過程為:開卷→三輥直頭→切頭剪→脫脂→冷水沖洗→酸洗→多級水洗→熱水沖洗→鈍化→烘干→張力輥→剪切→卷取。450 mm 銅帶清洗機組有三大主要功能單元:脫脂及水洗單元、酸洗及水洗單元、鈍化烘干單元。另設一套除油裝置，如成品需要長期存放，可在其表面涂一層保護油膜。因此，根據(jù)生產(chǎn)需要，本機組可實現(xiàn)以下三種功能:表面脫脂、酸洗、鈍化或涂油;表面脫脂、鈍化或涂油;表面酸洗、鈍化或涂油。

作為表面處理設備，銅帶清洗機組將隨著用戶對高精度銅帶產(chǎn)品表面質量要求的不斷提高而發(fā)揮出越來越重要的作用，獨立的銅帶清洗機組也將以其靈活高效的生產(chǎn)工藝模式成為銅帶加工中必要的的精整設備，并逐漸在銅及銅合金精密帶材的生產(chǎn)中得到普及與應用。

7 結束語

本文對以中色科技股份有限公司研制開發(fā)的銅加工設備及其生產(chǎn)技術為代表的國內銅板帶生產(chǎn)技術及加工裝備現(xiàn)狀進行了概述和介紹。隨著這些裝備及其生產(chǎn)技術的研制開發(fā)與成功應用，使國內銅加工設備及生產(chǎn)技術與世界先進水平之間的差距不斷縮小，國產(chǎn)高端銅及銅合金精密板帶箔材的產(chǎn)能與質量也將大大提升。

目前，中色科技正在進一步研制開發(fā)符合國家產(chǎn)業(yè)政策和重點發(fā)展戰(zhàn)略行業(yè)的高端、高技術含量、節(jié)能的銅加工新型設備，如:

(1)節(jié)能降耗、減少投資成本的短流程緊湊式爐卷軋機;

(2)高控制精度、節(jié)能降耗、技術集成度高、可代替進口設備的X 型6 輥壓延銅箔軋機;

(3)滿足市場需求、節(jié)能環(huán)保、提高生產(chǎn)效率、采用接觸式大電流安全電壓加熱并連續(xù)退火的銅箔清洗退火機組。

［1］蘭利亞，李耀群，楊海云.銅及銅合金精密帶材生產(chǎn)技術［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2009:1－3.

［2］王君.2010 年中國銅板帶行業(yè)運行狀況分析［J］.銅加工，2011，(4):1－3.

［3］陳彥博，趙紅亮，翁康榮.有色金屬軋制技術［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2007:110－113.

［4］杜志科.450 mm 鋅白銅帶坯水平連鑄機組技術特點［J］.有色金屬加工，2005，34(6):5－8.

［5］韓晨，孫付濤.C5210 錫磷青銅冷軋斷帶著火原因的分析與探討［J］.銅加工，2011，(4):59－62.

［6］王濤，高希巖.銅及銅合金板帶材表面清洗技術及裝備［J］.有色金屬加工，2009，38(3):35－40.