蘇忠偉
(中鋁洛陽銅業(yè)有限公司,河南 洛陽 471039)
隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,市場對紫銅帶材的需求逐年增加,尤其是厚度0.1~0.3mm、長度大于4000m的高精紫銅電纜帶及光伏太陽能焊帶需求更大。采用氣墊式退火爐是生產(chǎn)這類紫銅帶的首選方式,但因設(shè)備造價高等原因,許多生產(chǎn)廠家選擇鐘罩式退火生產(chǎn)工藝,控制紫銅退火粘連問題成為這一生產(chǎn)工藝的技術(shù)難點。筆者從事生產(chǎn)紫銅高精帶材以來,一直致力于研究控制紫銅退火粘連這一技術(shù)難題,經(jīng)過多次技術(shù)改進和總結(jié),控制紫銅退火粘連效果比較明顯。本文根據(jù)近幾年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗,從影響紫銅退火粘連的各種因素進行逐個分析,以供同仁交流探討。
1.1.1 退火溫度
選用鐘罩爐生產(chǎn)紫銅,高溫退火過程中料卷層間容易形成粘連。在保證紫銅產(chǎn)品性能的前提下,選擇較低的退火溫度和較短的保溫時間對控制紫銅粘連有明顯效果。根據(jù)多次的工藝摸索和改進,紫銅軟態(tài)產(chǎn)品退火溫度選定在350~400℃,保溫時間控制在5~7h。
1.1.2 冷卻方式
鐘罩式退火爐由加熱罩、冷卻罩、內(nèi)罩、爐臺、爐座風(fēng)機、真空系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)組成,鐘罩爐退火的原理見圖1。退火過程主要是由加熱罩熱輻射、爐座風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)形成的強對流循環(huán)和料卷間的熱傳導(dǎo)這三個熱傳遞方式實現(xiàn)。紫銅在加熱過程中,由于外圈先受熱膨脹對中間料卷形成的是拉應(yīng)力,料卷層間不會形成粘連。但在冷卻過程中,外圈先受冷收縮對中間料卷形成壓應(yīng)力,冷卻強度越大壓應(yīng)力越大,越易造成料卷的層間粘連。
1-加熱罩;2-內(nèi)罩;3-爐臺
冷卻過程由風(fēng)冷和水冷兩個過程完成。風(fēng)冷比水冷的強度要小,控制水冷的時機是控制冷卻強度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。經(jīng)過反復(fù)試驗總結(jié),上水時機選定在260℃。在高溫時段進行水冷,料卷層間容易出現(xiàn)粘連,主要出現(xiàn)在距料卷內(nèi)圈1/5~2/3部位。
1.2.1 張力大小的選擇
紫銅帶材退火粘連和帶材的卷取張力關(guān)系很大,成軋后帶材平均橫截面積的張力≥12kg/mm2時,如果直接退火,帶材粘連嚴(yán)重(圖2)。為控制紫銅退火粘連,退火前降低帶卷張力,選用成軋后再倒帶重卷,效果非常明顯,張力倒帶機如圖3。重卷的張力要選用適宜的數(shù)值,張力過大退火后帶面中間也會形成橫向粘連皺紋;張力過小,料卷在倒帶重卷的過程中易跑偏卷不齊,無法裝爐退火,或是退火翻料時,容易形成層錯造成表面挫劃傷,退火后挫傷的地方形成堆狀粘連。根據(jù)產(chǎn)品的實際狀況,經(jīng)過反復(fù)試驗確定厚度0.1~0.3mm的帶材平均橫截面積張力為0.75~1.5kg/mm2。
圖2 料卷層間粘連
圖3 張力倒帶機
1.2.2 張力穩(wěn)定
帶材在倒帶重卷過程保持張力穩(wěn)定對控制退火粘連有重要意義。張力突然波動和抖動容易使帶材局部受力不均,造成帶材卷曲過程跑偏,從而造成退火過程的局部粘連。
要保證帶材在倒帶重卷過程中張力穩(wěn)定, 首先張力參數(shù)選用恒定值,不要輕易調(diào)整參數(shù);其次設(shè)備方面,倒帶機組的開卷機、收卷機的滑塊、回轉(zhuǎn)油缸和中間傳動輥的軸承等保證完好,確保設(shè)備運行穩(wěn)定。
帶材表面越清潔退火時越容易粘連,為防止退火粘連在帶材表面涂一層防粘介質(zhì)。
選擇防粘介質(zhì)首先要考慮退火后對帶材表面的腐蝕和污染,其次要考慮供應(yīng)方便成本低廉。經(jīng)過摸索,利用現(xiàn)有軋制油經(jīng)過過濾,根據(jù)季節(jié)溫度的不同通過配比調(diào)節(jié)其運動黏度以達(dá)到使用要求。經(jīng)過近兩年的實踐證明使用效果良好,后改用航空煤油,經(jīng)驗證效果更好。
油品要求清潔,不能有金屬質(zhì)點,因其會在退火過程中造成應(yīng)力集中,形成點狀粘坑(圖4)。在涂抹過程中要保證油膜厚度涂抹均勻,涂抹方式先是采用油杯進行滴注再經(jīng)過吹掃,優(yōu)點是油量可控制,缺點是帶面的油膜不均勻,帶面時常出現(xiàn)點狀粘連?,F(xiàn)改進為利用旋轉(zhuǎn)的輥子擠壓式涂抹,優(yōu)點是油膜涂抹比較均勻,缺點是油量不好控制,但效果比前一種方式有很大改善。油品的涂抹方式仍需進一步探討。
產(chǎn)品板型的好壞對退火粘連有一定影響,尤其是中間浪或中間槽型的板型最易形成退火粘連。宏觀看是產(chǎn)品的板型不好,微觀上解釋是材料的內(nèi)應(yīng)力分布不均造成。帶材的退火過程也是消除內(nèi)應(yīng)力的過程,材料本身存在的內(nèi)應(yīng)力不均在退火過程中也會造成帶材層間的應(yīng)力不均而形成退火粘連。大輥徑軋機比小輥徑軋機生產(chǎn)的產(chǎn)品板型要好。四輥軋機和多輥軋機相比,四輥軋機生產(chǎn)的產(chǎn)品粘連的機率較小。
圖4 帶面粘連
產(chǎn)品表面存在有手感的輥紋、輥包、挫傷等缺陷都容易造成退火后的粘連。
多輥軋機生產(chǎn)的成品表面經(jīng)常會出現(xiàn)輥紋、輥包,退火后表面有缺陷的地方會出現(xiàn)規(guī)律性的線狀粘坑。多輥輥系較為復(fù)雜,如果輥系中進入銅屑或金屬硬物很難被軋制油沖洗出來,軋制過程這些異物在輥系中會損傷軋輥表面,容易在帶材表面形成規(guī)律性缺陷造成退火粘連。定期檢查輥系、更換軋輥,保證各級輥子的最佳配合是消除這些缺陷的有效辦法。
紫銅退火粘連的現(xiàn)象可分為橫向粘皺、堆狀粘坑、線狀粘坑、點狀粘坑等。
(1)粘皺。整卷粘皺產(chǎn)生的原因可能是帶材的張力過大造成;料卷中間部分粘皺可能是冷卻強度大造成;
(2)堆狀粘坑。多出現(xiàn)在料卷的不齊處,張力過小或張力不均造成;
(3)線狀粘坑。料面有規(guī)律性輥包或輥線造成;
(4)點狀粘坑。表面涂油不均、帶材表面有異物、板型不良等易造成。
某廠近三年來紫銅0.1~0.3mm生產(chǎn)采用鐘罩爐退火的數(shù)據(jù)對比見表1。
表1
紫銅薄帶退火粘連所受影響因素較多,它們之間相互聯(lián)系,比如張力大小的選擇與來料板型好壞、帶面油膜厚度都有關(guān)系。每個因素的變化都會導(dǎo)致產(chǎn)品退火后粘連,要對其進行細(xì)化總結(jié),在動態(tài)中找出最佳控制點。采用鐘罩爐生產(chǎn)工藝,控制退火粘連是一項長期不懈的工作,希望通過與同仁的交流,使這項技術(shù)更加成熟。