王慧娟
摘要:針對鋁箔退火過程中軋制油產(chǎn)生的污染質(zhì)量問題和導(dǎo)熱性能和熱膨脹性能產(chǎn)生的冷卻紋問題進行實際研究分析。鋁箔扎后退火時產(chǎn)生的污染質(zhì)量問題主要是軋制油氧化反應(yīng)產(chǎn)生的退火油斑。冷卻紋問題則來自于退火過程中受到導(dǎo)熱性能影響最終產(chǎn)生收縮彈性應(yīng)力。基于此質(zhì)量問題成因,提出了預(yù)防措施,減少鋁箔軋制退火過程產(chǎn)生的質(zhì)量問題。
關(guān)鍵詞:退火;熱差參數(shù);軋制油
1 現(xiàn)狀分析
1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及其工作原理描述
公司的真空退火爐裝爐量為4t,由爐殼、加熱室、抽真空系統(tǒng)、充氣冷卻系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空測量系統(tǒng)等部分組成。爐殼采用水冷壁設(shè)計結(jié)構(gòu),其作用是真空室的建立,采用水冷夾壁設(shè)計是為了隔熱和防止高溫?zé)嶙冃巍<訜崾姨幱跔t殼內(nèi)部,是電子鋁箔退火的有效空間,室壁由兩層不銹鋼板中間夾保溫隔熱材料組成,加熱室內(nèi)部分布有加熱帶,用于對鋁箔的加熱。抽真空系統(tǒng)為兩組,相互備用,也可以同時使用,其包括機械泵、羅茨泵、擴散泵及各種真空閥門,主要用于真空爐真空的獲得。充氣冷卻系統(tǒng)包括充氣管路和冷卻風(fēng)機,主要用于在加熱結(jié)束階段,充入保護氣體,然后開風(fēng)機進行內(nèi)循環(huán)對工件進行冷卻。
高壓電子鋁箔的退火過程大致如下:分切完成后的鋁箔卷用鋁帶綁緊防止松卷,然后裝入專用退火料架,將退火料架吊起放到退火爐進出料小車上,將退火鋁箔卷整架推入加熱室,關(guān)閉爐門,開始抽真空,抽真空過程先打開機械泵將爐內(nèi)真空度抽到1000Pa左右,然后打開羅茨泵,待爐內(nèi)真空度達到10Pa以內(nèi)時,對擴散泵進行預(yù)熱,擴散泵溫度達到要求后,關(guān)閉粗抽管路,打開精抽管路抽高真空,當(dāng)爐內(nèi)真空度達到10-2Pa時,開始按設(shè)定的退火工藝進行加熱,同時過程保持繼續(xù)抽真空。退火速度大約以每分鐘25℃升溫到500~520℃,保溫15~20h。然后停止加熱,停止抽真空,開始向爐內(nèi)充入保護氣體使?fàn)t壓達到50~70kPa,然后停止充氣,打開冷卻風(fēng)機進行快速冷卻,冷卻8~10h后,將電子鋁箔拉出爐,退火過程結(jié)束。
1.2 退火質(zhì)量問題描述
我公司在進行高壓電子鋁箔的成品退火過程中,因控制不當(dāng)會出現(xiàn)以下的退火質(zhì)量問題:⑴因為真空環(huán)境及來料質(zhì)量的原因造成退火鋁箔卷竄層;⑵因為退火爐發(fā)生泄漏或保護氣體純度不符合要求造成退火鋁箔卷氧化;⑶因為來料帶油較大和退火工藝不合理的原因,造成退火后出現(xiàn)退火油斑。⑷因退火溫度不合理造成的織構(gòu)形成不理想和過熱過燒現(xiàn)象,主要與退火工藝的設(shè)計有關(guān)。
2 退火產(chǎn)生的質(zhì)量問題原因分析
2.1 竄層
高壓電子鋁箔的成品退火溫度在500℃以上,為了防止氧化現(xiàn)象的出現(xiàn),必須在高真空狀態(tài)下,即真空度達到10-2Pa時進行加熱。同時為了去除退火鋁箔卷表面的帶油現(xiàn)象,退火過程必須保持持續(xù)的抽真空狀態(tài),將不斷揮發(fā)的油氣抽走。在這樣的生產(chǎn)狀態(tài)下,一方面鋁箔卷因為存在一定的不均勻軋制殘余應(yīng)力,在加熱過程中的應(yīng)力釋放產(chǎn)生一個牽動力,使單層鋁箔向某個方向移動,同時油氣揮發(fā)過程也會產(chǎn)生一個向鋁箔卷邊緣的牽動力;另一方面因為高真空的原因,鋁箔卷在退火爐內(nèi)受到外部大氣壓的壓力幾乎為零。這兩個方面的同時作用,就造成了鋁箔卷竄層的現(xiàn)象(圖1),但因為鋁箔卷越靠近芯部,其相互的表面摩擦阻力越大,因此竄層一般只發(fā)生在鋁箔卷外部20 mm以內(nèi)部分。這部分竄層因為發(fā)生錯動,造成表面損傷,屬于報廢品。以公司生產(chǎn)卷重145 kg產(chǎn)品為例,如果竄層厚度達20 mm,則廢品量大約15 kg,給公司造成的損失是巨大的。
2.2 氧化
高壓電子鋁箔卷的退火是處于一個氣密狀態(tài)下的高真空環(huán)境退火,以防止氧含量超標(biāo)造成鋁箔卷的氧化。但在生產(chǎn)過程中,如果出現(xiàn)爐門密封圈破裂、或冷卻過程充入的保護氣體純度超標(biāo)、或冷卻風(fēng)機轉(zhuǎn)動部位油封破壞、及其它密封部位泄漏等情況,會造成爐內(nèi)的氧含量超標(biāo),從而造成鋁箔卷的表面氧化現(xiàn)象(圖2)。根據(jù)氧化程度的不同,氧化部位會呈現(xiàn)灰、白、黃、褐、紫、黑等顏色,造成后期的腐蝕光斑現(xiàn)象,屬于報廢品。
2.3 退火油斑
高壓電子鋁箔經(jīng)過軋制并進行表面清洗之后,表面會附帶一層極薄的軋制油膜。在高真空成品退火的過程中,利用加熱揮發(fā)和持續(xù)抽真空的方式使軋制油膜在其揮發(fā)溫度段揮發(fā)抽出。在實際生產(chǎn)過程中,如果軋制油膜較厚或者有異常的表面帶油現(xiàn)象造成部分表面帶油無法完全去除,經(jīng)高溫加熱之后碳化形成退火油斑,或者因為加熱速度過快,造成軋制油還沒有完全揮發(fā)的情況下,退火溫度已超過了軋制油的揮發(fā)溫度,即軋制油揮發(fā)速度小于軋制油碳化速度,從而形成了局部油斑揮發(fā)不干凈的退火油斑(圖3)。退火油斑在后期的腐蝕過程中會形成腐蝕光斑現(xiàn)象,屬于報廢品。
3 鋁箔退火質(zhì)量問題的預(yù)防措施
3.1 油斑預(yù)防措施
在實際鋁箔退火過程中,為了預(yù)防軋制油對鋁箔產(chǎn)生質(zhì)量影響,退火除油工藝應(yīng)該盡量保證在失重第一階段完成。一般的鋁箔退火除油溫度在220攝氏度到240攝氏度之間,該溫度主要取決于清洗油的裂解溫度,但是更重要的是,清洗后的軋制油的殘留量。在退火過程中,可以認為所有的清洗油均可以得到較好的揮發(fā),最終導(dǎo)致電子箔退火油斑的主要問題,還是在于清洗后的軋制油(含添加劑)的殘留量,尤其是清洗后點狀或者片狀的軋制油殘留。此外可以對來料進行帶油控制,一方面制定措施加強對生產(chǎn)工序設(shè)備的提前檢查,防止具有較高粘度的油品滴入到濾波表面,另一方面積極對鋁箔表面進行清洗,減少表面油量,然后進行實際退火。
3.2 冷卻紋預(yù)防措施
通過冷卻紋出現(xiàn)機理分析,可以預(yù)防冷卻紋出現(xiàn)的核心在于控制鋁箔表面的熱量。首先可以采用預(yù)熱的方式提高鋁箔退火過程中的受熱均勻性,減小表面彈性應(yīng)力,提高溫度擴散率,必要時可以采用外加熱器,減少裂紋傾向。
4 結(jié)語
針對鋁箔退火過程中,軋制油對鋁箔退火質(zhì)量影響的問題成因進行集中分析討論,并確定在退火時,軋制油溫度的不斷上升會產(chǎn)生兩種質(zhì)變,首先進行大量的揮發(fā)效應(yīng),然后進行氧化。
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(作者單位:新疆眾和股份有限公司)