北京建萊
 


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 職位:機械相關專業。

難變形銅合金板帶坯料連續鑄軋的工藝及設備

一、圖一 難變形銅合金帶材坯料生產的傳統工藝:一是半連續鑄錠→均熱→熱軋→熱處理→冷軋;二是水平連鑄→熱處理→冷軋→熱處理→冷軋。北京建萊機電技術有限公司在吸收俄羅斯工藝和裝備技術的基礎上,正在開發的周期軋機可以實現通過水平連鑄、冷周期軋制實現連鑄連軋新工藝。(圖一 連鑄連軋生產線簡圖)其生產方法是連續鑄造帶坯經過活套直接進入周期軋機進行冷軋。01
其工藝順序如下:
   配料裝爐→熔化精煉→靜止保溫→(特殊設計的)石墨結晶器→鑄坯→水冷→牽引→雙面銑削→隨動橫剪→導向輥→活套→導向→周期軋機軋制→切頭→卷取。
   最佳的連續鑄造工藝保證獲得均勻的低倍組織和最小的偏析,周期軋機的特有條件軋制帶坯,比傳統工藝具有更大的變形量,這一連續鑄軋的工藝,保證軋制帶材具有很好的機械性能以及熱處理后獲得細晶組織。
   周期軋制是實現這一工藝的關鍵。其特點是周期軋機的工作輥相對于被軋制的帶材,沿一封閉軌跡運動。軋機的結構特點使軋機有很高的剛度,可以承受很大的軋制力,保證在很長的變形區上有最佳的壓下分配。
   整臺機械裝備輔以較高的工業自動化電控系統和檢測系統,保證以下工藝過程的控制和操作:
制備融熔合金的工藝制度;金屬結晶器的熱工制度;帶坯周期牽引制度;軋制工藝制度;整個生產線中各機組的機械同步;以及保證軋制帶坯的幾何尺寸;02
                   附:水平連續鑄造及周期軋機生產線外觀(見圖片)

二、水平連鑄一周期軋制生產工藝與傳統工藝相比有如下優點:
1、在一定生產規模的情況下,固定資產投資大大減少。
2、無中間退火和熱處理,經一道次的軋制可獲得很高的變形量:
      黃銅、銅鎳合金    60—90%
      青銅           90—95%
      紫銅           95%
3、工藝過程有很高的穩定性,生產帶材精度較高。如厚度1~2.0mm的帶材,厚差為±0.02mm。
4、工藝工具制作和更換簡單,可軋制多種合金。
5、復雜銅合金帶材生產勞動量降低二分之一。
6、顯著降低產品的生產消耗,其中
      原料降低         3%
      輔助材料降低      30%
      能耗降低         25%(其中,電能降低33%)
      生產費用降低      50%
   由于上述優點,帶坯生產的成本大大降低,低成本的帶材坯料將推動國內銅焊管(HFW)生產的發展。

三、水平連鑄機組:機組技術性能參數

      1.感應爐:

    金屬容量:全部2.5噸  澆注量1.6噸
    冷卻水量:0.75m3/h    水壓2—6kg/cm2
    供  電:1000kVA    3相   50HZ
    感應圈電壓:460V
    功率圈數:補償前0.66    補償后0.98
    金屬熔煉溫度:1200oC
    生產能力:黃銅  2.8t/h
           青銅  2.0t/h
    預熱功率:60kW
    熔化功率:800kW

    2.靜止爐:

      澆鑄量    2.0噸    全部   3.8噸
      額定金屬溫度   1200oC
      冷卻水耗量    1.0m3/h
      通風能力      12000m3/h
      供電網       6000V    f=50HZ
      單項供電變壓器 400kW
      預熱需功率    120kW

      3.水平連鑄機:

       鑄造材質:黃銅、青銅、鋅白銅

      鑄造帶坯尺寸:厚16~20mm  寬280~620mm
      設計平均鑄造速度:0.2m/min
      冷卻水耗量:9m3/h
      鑄坯每面銑削前厚度:小于1.0mm
      電機容量:  AC    120kW
                DC    11kW
      二次冷卻:噴咀    56個
      鑄坯冷卻后設計溫度:30oC—50oC
      牽引裝置:壓輥設計壓力    75 kN
      牽引間距       2—75mm/次
      對輥牽引力    20kN
      牽引次數      Max 60次/min
      每一牽引周期時間    1.0s
      (不計逆轉及間隙)

       4.銑削機組:

     銑削速度:150m/min
     銑削深度:小于1.0mm
     銑刀直徑:Ф160mm
     銑刀回轉數:300rpm
     銑刀傳動電機:N=7.5mW    750 rpm
     液壓系統:工作壓力50kg/cm2
     小車移動速度:0.1—0.5m/min
     小車行程:400mm

      5.活套同步段:

    中間料倉長度       9m
    坯料彎曲最大垂量    2m
    活套板放下速度     1.76mm/s
    導輥傳動電機       5.5kW

四、周期軋機簡介:
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                         (一)周期軋機的外觀(見圖片);

 

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                   (二)周期軋機軋制板材示意圖(圖2)

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                     (三)工作機座運動主要原理(圖3)

   軋輥箱1:承壓工作輥2安裝于支撐輥3及支撐4之間,支撐輥4沿鍥形導軌5滾動。
軋輥箱由搖臂6進行往復移動,搖臂于A點同軋輥箱鉸鏈連接,搖臂安裝于傳動偏離軸7上可產生擺動。
搖臂上的擺動運動傳給由連桿8和曲柄9組成的“曲柄—連桿”機構,偏心軸7和曲柄9由齒輪傳動并同步迴轉。
    工作過程中,A點沿閉合軌跡運動,軌跡的一部分(αAδ)在正確選擇尺寸時,接近于直線。在該情況下,板坯11被實施軋制,當A點沿軌跡α運動時,則軋制輥箱沿支撐輥4的軸回轉,工作輥2抬起。
在該一段時間,一個夾送機構12間斷地將坯料11送到變形區。
   坯料的壓下分布規范由支撐板的翼型形狀和閉合軌跡的下部分確定。支撐輥沿支撐板的斜面運動實現軋制,支撐輥和工作輥相接觸,支撐板有斜鍥壓下調整機構。
由兩個交替工作的夾送裝置完成坯料進給,夾送裝置由直流電機及控制系統傳動絲杠間斷運動。
(四)周期軋機主要技術設備性能參數及組成
1、技術性能參數:
   軋制材質:銅、青銅、黃銅、銅鎳及其他合金
   坯料尺寸: B=280mm~620mm   δ=10~25mm
   成品尺寸: B=280mm~620mm   δ=1.4~4.0mm
   輥面寬度: B=320mm~650mm
   軋制加工率: 70~95%
   坯料送進次數:max 120次/分   min 30次/分
   送進量: 2.0~10mm/次
   坯料加速移動速度:1.0m/min
   軋輥直徑:工作輥Ф135
   支撐輥Ф320
       Ф220
   最大軋制力: 6.0mN
   變形區長度: 500mm
   卷取機能力:卷內徑: ф508mm
   卷外徑:ф1800mm
   卷 重:5000kg
   卷軸寬度: 700mm
   卷取張力:30kN    max
   生產能力:max    12000t/Y
   電機功率:總功率 940kW    max
   其中    DC    864kW
   軋機機械設備重量: 250噸
   機組占地:L—26m
          B—9m
   地坪上高度   3m
   地下深      3m
   2、設備組成:
   (1)入口側:上卷車、開卷機、切頭剪、矯平機、壓緊輥、導向輥(也可以與連鑄機組用活套相接);
   (2)主軋機機組:
      傳動機構
      帶壓下裝置的上下橫梁
      給料機座
      帶全套螺母的立柱
      移動輥箱
      主傳動裝置
      給料傳動裝置
      工作輥換輥裝置
      取出軋輥箱及支撐軌
      帶材對中移動信號發生系統
      測厚儀系統
      帶材厚度調整信號反饋系統
   (3)出口側:出口導向輥組、切邊剪、橫切剪、卷取張力輥、卷取機、卸料車;
   (4)輔助設備:乳液站、液壓站;
   (5)電控設備:(包括數字調速系統、PLC系統、人機界面)控制柜和操作臺;
   五、附圖:周期軋機機組平面布置圖(圖4)
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                     周期軋機機組剖面圖(圖5)
六、結語:
   本生產線所設計的周期軋機不同于以往的步進式軋機和擺式軋機。
   步進式軋機以克勞烏澤方法為最早,1938年用于板材軋制。其特點是坯料在輥箱中變形,并且輥箱同機座一起完成往復運動,軋制帶材只在機架前進時進行壓下,機座裝有翼型板,其優點是工作輥傳動不經過輥頸,而是通過本身。因之,排除了垂向彎曲和水平彎曲變型。軋制的板材較寬,其缺點是慣性大,限制了軋機的高速性。
   1957年出現了普拉特柴爾步進軋制法。其方案和特點是:軋制坯料的工作輥依靠于中間輥,中間輥與固定的翼形支撐板接觸,帶工作輥和中間輥的輥箱,由曲柄連桿機構實現往復運動,中間輥在一定的軋制過程動力學條件下轉動工作輥。其優點是機架(牌坊)不動,對軋機的高速性限制不大;其缺點是通過輥箱或輥頸傳遞功率給工作輥,工作輥在軋制過程中受到橫向彎曲力。因而,限制了軋材的寬度。
擺式軋機是扎克斯爾(Saxl.K)于1959年提出并開始在工業中應用。其結構是有一對工作輥沿圓弧實現擺動,每個工作輥緊靠于兩個大直徑的支撐輥,支撐輥由一系列沿長度方向安裝于具有足夠剛性支撐軸上的滾柱軸承組成。工作輥在垂直及水平面內沿長度方向自由轉動。工作輥和支撐輥裝于固定在機架上的鉸接軸的末端,由曲柄和連桿機構驅動產生擺動。
   其缺點軋材有周期性的縱向厚度不均,加工率也不大,而且要采用飛輪蓄積動能。
同上述擺式軋機相似的另一種類型是“弗洛林”公司的擺線軋機,其特點是工作輥及支撐輥裝于有特殊表面形狀的輥箱中,該表面與支撐輥接觸,這種軋機仍克服不了擺式軋機的缺點。
至于德馬克公司提出的擺動軋輥軋機和考克斯公司提出的擺動弓型塊軋機,一是復雜;二是多用于型材,不見于帶材軋制。而德國制造的多輥行星軋機一道次可以實現大變型量,但多數情況用于熱軋,一次性投資大。
   周期軋機是在集上述機型的技術進步基礎上,在20世紀80年代發展起來的。由以道布金先生為院長的“全俄有色設計加工研究院”設計并由莫斯科電鋼城重機廠制造,已經多年在俄羅斯大型銅加工廠:基洛夫、卡里秋金使用,并出口捷克,技術已臻成熟,其特點及優勢如前所述。這種軋機目前唯一缺點是軋制時容易產生坯料縱向移動。但這是能夠也確定可以克服的事情。
   機組根據產品和工藝要求,即可以與水平連鑄組成同一生產線。也可以由一臺機組服務于2~3條水平連鑄生產線。
   周期軋機的出現,會加快難變形銅合金板帶材生產的發展步伐,為框架材料的加工開辟一個新的途徑。

 

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