展开式铜带连续退火炉

　铜加工 2006年第 2期 (总第 102期 ) 展开式铜带连续退火炉 黄春梅 (中铝洛阳铜业有限公司 471039) 摘 　要 : 本文简述了展开式铜带连续退火炉特点 ,并重点介绍了连续式光亮退火炉的特 点和实现光亮退火的条件。 关键词 : 展开式 ; 退火炉 ; 光亮退火 　　铜材以其优良的导电、导热、色泽优美和 良好的综合性能被广泛地应用于国民经济的 各个领域。在改革开放前 ,我国的铜板带加 工由于设备陈旧、工艺落后 ,产品在国际上处 于非常落后的状况。 改革开放后 ,以洛铜为首的铜板带加工 企业开始了大规模的技术改造。从国外引进 了大量的先进的铜板带加工设备 ,同时也引 进了先进的加工工艺 ,开辟了中国精密铜带 生产的新篇章。随后又有一批企业进行了技 术改造和技术引进 ,并相继于 20世纪 90年 代中期开始陆续投入生产 ,使我国铜板带生 产技术、产品质量水平得到了很大的提高 ,扩 大了产品品种和生产规模 [ 1 ] ,使中国铜板带 加工逐步跻身世界铜加工强国的行列。 随着中国经济进入新一轮投资、出口、消 费的高速增长周期 ,通讯产品、投资类电子产 品、汽车等进入消费热潮。这些行业涉及的 铜板带产品包括框架材料、变压器带、电缆 带、接插件铜带等产品将进入快速增长时期。 为满足国内、国际市场的需要 ,国内多个铜板 带在建项目正在酝酿或实施中。为实现高精 尖产品生产的需要 ,设备的选型非常重要。 除轧机外 ,退火炉的选用也非常重要。下面 对退火炉的选择做简单介绍。 用于铜带的退火炉 ,常用的有钟罩炉、辊 底炉和展开式连续退火炉。 钟罩炉和辊底炉是整卷退火 ,属于低温 长时间退火。由于卷间有气隙和氧化物质 , 温度不容易均匀 ,退火性能不够稳定 ,退火前 后没有表面清洗 ,轧制润滑液难以挥发 ,易产 生表面斑痕。此种设备投资成本相对较低 , 占地面积较小 ,适用于均匀化退火、中间退火 和表面质量要求不高的产品的成品退火。 展开式连续退火炉是单张展开退火 ,属 于高温短时退火。带材在退火炉中停留时间 仅有几秒到几十秒钟 ,与整卷退火相比 ,由于 采用展开式退火 ,带材各部分在炉内停留时 间完全一样 ,退火后带材性能一致。同时机 列上配备有清洗装置 ,退火后表面质量高。 且单卷退火 ,方便调整产品种类和规格 ,生产 灵活性强。此种退火炉设备投资成本高、占 地面积较大。主要用于高精度带材成品前和 成品退火。展开式连续退火炉是生产高精尖 铜带不可或缺的设备。用它退火生产的产 品 ,其质量是其他种类退火炉所无法比拟的。 1. 展开式连续退火炉炉型特点简介 展开式连续退火炉有连续光亮退火炉 (B right Annealing Furance,退火炉后不设酸 洗段 ,简称 BA 炉 ) 和展开式酸洗退火炉 ( Floating Annealing Pickling Furance退火后 设有酸洗段 ,简称 AP炉 ) ;炉型分为水平式 和立式。图 1为水平式连续退火炉示意图。 图 2为立式连续式退火炉的示意图。表 1[ 2 ] 是连续退火炉的典型特点。 ·5· 图 1　水平式连续退火炉示意图 图 2　立式连续式退火炉示意图 表 1　铜及铜合金带材连续式退火炉特点 水平式 立式 展 开 式 连 续 退 火 酸 洗 炉 热源 :电和燃气加热 加热 (冷却 ) : - 热 (冷 )气体通过循环风机送入 - 通过送入气体进行热传导 -热传导数值将会变化 ,因为循环风机的上部喷嘴和 下部喷嘴的状态将根据带厚发生改变来悬浮带材 - 保护气 : 燃气加热时不必有气体发生器 电加热时氮氢混合气体 (可调 ) - 保护气体的密封 - 进口 :密封辊 ,出口为水封 炉内张力 :从进口到出口一样 (不改变 ) 特点 : 通过炉内恒定的低张力 ,可以适合薄带退火 热源 :电和燃气加热 加热 (冷却 ) : -热 (冷 )气体通过循环风机送入 -通过送入气体进行热传导 -当循环风机状态一样时 , (即使带材厚度发生改 变 ) ,热传导数值不变化 , - 保护气 : -氮氢混合气体 (可调 ) -保护气体的密封 -进口 :密封辊 ,出口为水封 炉内张力 :在自重条件下 ,张力自上而下有所改变 特点 : 不必悬浮带材 ,表面不会产生划伤 ,适合于含锌合金 退火 ,也适合于厚度大于 2. 0mm的厚带的退火 ·6· 连 续 式 光 亮 炉 热源 :电或燃气 加热 (冷却 )和展开式退火炉酸洗一样 保护气同展开式退火炉酸洗一样 保护气密封 : 进口 :有锁气室 ,辊密封并预防性吹入惰性气体 ;出 口同进口一样 张力 :进口到出口不变 水平炉特点 : 1)通过炉内恒定的低张力 ,可以适合薄带退火 2)对于不含锌的合金 ,在退火后 ,不需要酸洗和刷洗 , 特别适合于高精度带材的退火 热源 :电或燃气 加热 (冷却 )和立式展开炉一样 保护气同展开炉一样 保护气密封 : 进口 :有锁气室 ,辊密封并预防性吹入惰性气体 ;出 口同进口一样 张力 :在自重条件下 ,张力自上而下有所改变 立式炉特点 : 1)不必悬浮带材 ,表面不会产生划伤 ,也适合于厚度 大于 2. 0mm的厚带的退火 2)对于不含锌的合金 ,在退火后 ,不需要酸洗和刷洗 , 特别适合于高精度带材的退火 　　以上 4种类型的退火炉 ,最常用的是水 平式退火炉。这种炉子在出口侧装备有酸洗 和刷洗设备 ,由于可在线酸洗。这种炉子可 以用于处理几乎所有的合金。这种退火炉自 上世纪 80年代洛铜从德国 Junker引进了中 国第一台用于铜带的连续退火炉之后 ,国内 相继引进多条生产线 ,使我国铜带产品的质 量有一个较大的飞跃。 第二种是立式展开式退火炉 ,其功能和 水平式展开炉一样。由于它不必悬浮带材 , 可用于厚度较大的带材的退火。而厚度较大 的带材在水平炉内由于自重较大 ,悬浮退火 比较困难。 对于铜合金而言 ,展开式光亮退火炉是 比较新型的退火炉 ,目前国内铜板带加工中 尚无采用 ,但在不锈钢生产上已得到应用 (宁 波宝新从 Ebner引进了用于不锈钢退火的连 续式光亮炉 ) ,产品质量非常光亮。对于高质 量要求的铜合金来讲 ,展开式光亮退火炉是 必不可少的。 展开式光亮炉和展开式退火酸洗炉一 样 ,都有水平式和立式两种。 立式和水平展开式光亮退火炉 ,均可采 用高氢退火 ,最大氢气含量可达 100% ,退火 后不需要酸洗和刷洗 ,带材表面光亮。二者 的区别在于立式占地面积小 ,但厂房高度要 求很高 ,厂房投资更大一些 ,设备维护工作量 相对大 ;水平式退火炉车间占地面积大 ,相对 维护比较方便。 以下以水平式退火酸洗炉和光亮炉为 例 ,介绍展开式连续退火炉技术。 2. 水平式连续退火酸洗炉和光亮退火 炉 2. 1退火炉机列的组成 连续退火酸洗炉的组成 :开卷机 ———缝 合机 ———清洗设备 (脱脂 ) ———干燥箱 ———活 套———入口炉封 ———炉子本体 ———出口炉 封———酸洗 ———刷洗 ———表面钝化 ———出口 活套 ———切尾剪 ———卷取机 ———卸料装置 连续退火光亮炉的组成 :开卷机 ———缝 合机 ———清洗设备 (脱脂 ) ———干燥箱 ———活 套———入口炉封 ———炉子本体 ———出口炉 封———表 面 钝 化 ———出 口 活 套 ———切 尾 剪———卷取机———卸料装置 光亮炉和退火酸洗炉相比 ,取消了退火 后的酸洗和刷洗段。我们知道 :退火炉后增 设酸洗段的目的是 :清除来料的氧化、斑点或 退火产生的氧化。缺点是 :酸洗后为清除表 面残酸 ,需要增加刷洗 ,刷洗后的带材极易产 生刷痕 ,对带材表面非常不利 ,同时酸洗后废 酸的处理会对环境造成一定的污染。 随着电子市场的发展 ,客户对铜及铜合金 带材的质量提出了越来越高的要求 ,尤其是引 线框架材料。为保证产品的最终性能和表面 质量 ,近年来世界上进行高精度铜合金引线框 架材料生产的一流厂家多采用没有酸洗槽的 光亮退火炉进行最终退火 ,而不是采用带酸洗 槽的连续退火炉。其主要原因如下 : (1) 随着高精度铜合金引线框架铜带规 格越来越薄 ,引线框架材料铜带的用户对产 ·7· 品质量的要求非常苛刻 ; (2) 采用没有酸洗槽的光亮退火炉 ,可 以避免使用带酸洗槽的传统气垫炉退火时产 生的酸洗斑和刷洗痕等质量缺陷 ; (3) 传统气垫炉因带有酸洗和刷洗段也 使得退火机列生产线长度增大 ,从而使退火 机列生产线的维护复杂程度增高。 2. 2连续酸洗退火炉和光亮炉特点比较 连续酸洗退火炉 :保护气通常采用 H2 , 含量低于 4. 1%。退火后带材表面无法实现 光亮。为使带材表面光亮 ,必须进行酸洗和 刷洗。产品的表面质量很难满足高精尖要 求。但由于增加了酸洗 ,适用于含锌合金的 退火。 连续式光亮退火炉 :是使用高氢作为保 护气体退火 ,退火后不设酸洗槽。一方面可 以减少酸对环境的污染 ,另一方面可以不用 刷洗 ,避免了刷痕的产生。通常保护性气体 的成分一般为 5～75% H2 ,余量为 N2。这种 退火方式究竟能否生产表面光亮的产品 ,尤 其是轧制后存在轻微氧化的带材 ,通过此退 火炉后 ,表面的氧化层不经酸洗会不会影响 到产品的表面质量 ,一直是金属加工工作者 担心的问题。 以下从炉子的特点对此问题进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 (1)光亮退火炉工艺特点 : ①加热和冷却 :炉子分加热区和冷却区 , 加热区在工作时根据需要可设置为加热段和 均热段两部分。同样冷却区也可根据需要设 置为缓冷段和冷却段两部分。可满足材料不 同退火性能的要求 ,尤其是低温段的设置 ,具 有去应力退火功能而获得优质的退火卷 ; ②喷嘴 :炉内喷嘴采用交叉布置形式 ,循 环风机排出的气体由气体通道经辐射管加 热 ,从上下喷嘴喷射到带材的上下表面 [ 3 ] ,这 样可使带材在炉内呈波浪状 ,避免产生纵向 褶皱 ,特别适合薄带退火。 ③气氛 :炉内保护气采用氮、氢混合气 , 其中氢气 5 ～ 100%可调 , 炉内压力 10 ～ 30mm H2 O柱 ,露点 - 30℃～ - 60℃。 ④高氢退火炉子的安全性 :高氢退火炉 由于炉内气氛为 5～100% H2 ,超过了 H2 安 全性极限范围 (H2 的爆炸极限 :下限 4. 1% , 上限 74. 2% [ 4 ]。即氢气与氧气混合 ,当 H2 含量大于 4%时 ,极易爆炸 )。因此 ,安全性 成为关注的重点。为保证人员和设备的安全 性 ,炉子的进出口均都通有氮气保护 ,炉子进 口有一对密封辊 ,还有通有氮气的锁气室 ,炉 子采用 2～5mmH2O柱以下的微正压 ,避免空 气进入炉内 ;出口有二对密封辊 ,出口密封辊 后为水封装置。出口双密封辊可有效避免水 封槽中水挥发后进入炉内 ,并且两密封辊间 始终通氮气 ,氮气压力高于水蒸发压力 ,确保 炉内气氛。设有氢气泄漏检测报警 , N2气自 动吹扫等措施 ,安全性十分可靠。 (2)光亮炉退火过程原因分析 从铜加工生产实践看 ,铜带材轧制后存 放时间过久或轧制速度过高都会产生铜带表 面氧化变色 ,如果采用连续退火 ,一般均需要 增加酸洗工序 ,没有酸洗很难保证产品质量。 在连续式光亮炉中 ,铜带退火是在高温 高氢气氛中进行 ,如果铜带表面存在轻微的 氧化 ,由 CuO和 Cu2 O组成的氧化膜在退火 炉内与 N2 + H2 混合气体相遇 , H2 与 CuO和 Cu2 O发生如下还原反应 : Cu2 O + H2 → 2Cu + H2 O↑ CuO + H2 → Cu + H2 O↑ 以上还原反应温度始于 248℃[ 5 ]。通常 铜及铜合金退火温度一般在 400～700℃之 间。在此退火温度下 ,铜氧化物的还原过程 极易实现。 高氢退火后能够把铜带表面轻微氧化层 去除 ,这一点在实验室的烧氢还原试验中可 以得到验证。所以说 ,经高氢退火后 ,可以生 产表面优质的带卷。 (3)连续光亮炉对其他工序的要求 为保证带材表面光亮 ,不能仅靠高氢退 火来保证。由于连续式高氢退火炉 ,退火时 间短 ,对于严重的表面斑点和缺陷有时很难 还原。况且 ,严重氧化后即使能够还原 ,带材 ·8· 的表面也会产生较多的铜粉尘 ,对退火炉和 后续的钝化箱都会产生污染。因此 ,配置不 加酸洗的光亮退火炉 ,从生产组织上还要求 对相关工序进行的严格控制。 ①轧制工序的要求 : 防止轧制后铜带表面出现较严重氧化 层 ,中间轧制和精轧时铜带防氧化措施也非 常重要。主要有以下防氧化措施。 ·使用冷却性好的轧制油 ; ·使用添加了防氧化剂的轧制油 ; ·中间轧制时 ,为改善铜带与轧辊之间 的工艺润滑性能 ,可采用表面粗糙度 Ra较大 的轧辊进行高速轧制 ;在成品精轧时 ,使用表 面粗糙度 Ra小的轧辊 ,以不高于 300米 /分 钟的轧制速度进行精轧。 ②除对轧制工序要求严格控制以外 ,轧 制后待料时间不能过长。长期存放造成的表 面斑点也是无法消除的。应尽量按精益生产 要求 ,做好生产安排 ,确保轧制后待料时间不 超过相关规定。 (4)连续式光亮炉的不足 不适合退火含锌的合金。主要是含锌合 金在退火中易产生脱锌 ,氧化锌粉末容易污 染炉子 ,且带材表面的氧化锌 ,若不经酸洗 , 直接影响产品的表面质量。 3. 结论 (1)铜及铜合金生产中目前采用较多的 是连续式酸洗退火炉 ,它适用性较强。 (2)对未来铜及铜合金生产 ,展开式光亮 退火炉会随着产品的高质量、高性能要求而 显示优越性 ,尤其是高精度引线框架材料的 生产 ,采用该炉型将是发展趋势。 参考文献 [ 1 ]　铜板带生产技术的新进展 , 2005年 ,中国首届铜板带 国际研讨会论文集 , 72 [ 2 ]　裱博 ,展开式连续光亮退火技术 , 2005年 ,中国首届铜 板带国际研讨会论文集 , 188 [ 3 ]　向觉安 ,铜及铜合金板带材生产热处理炉及工艺评 价 ,铜加工 , 1993, 2 [ 4 ]　国家医药管理局上海 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院编 ,化工工业出版社 ,化 工工艺设计手册 , 1985 [ 5 ]　陈国发主编 ,冶金工业出版社 ,重金属冶金学 1992, 63页 《铜加工 》征文 《铜加工 》是中国铜加工行业技术交流的平台 ,并介绍国外铜加工技术信息。为我国铜加 工企业和相关研究单位的技术进步起到了促进作用。 为了把《铜加工 》办好 ,欢迎业内技术人员积极投稿。来稿请写清姓名、地址、邮编、电话 , 以便联系和寄送稿费。 另 :《铜加工 》自 1981年出版以来 ,尚有部分剩余的往期《铜加工 》,其中不乏一些珍贵资 料。近年来 ,不少读者来电、来信索要。我们也愿提供服务 ,让《铜加工 》物尽其用。投稿和索 要往期《铜加工 》,电话联系或发电子邮件 : 中国有色金属加工工业协会重有色分会 (暨《铜加工 》编辑部 ) 通讯地址 :河南省洛阳市建设路 50号重有色分会 ; 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