铜带热轧机设计选型要点分析

赵景申

﹙中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039﹚



铜带热轧机设计选型要点分析

赵景申

﹙中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039﹚

文章根据铜带热轧的工艺要求及特点，对主机、在线淬火装置、轧边辊、卷取机、工业炉、控制系统等关键设备进行分析，提出了设备设计选型中应注意的问题和要求，并简要介绍了中色科技在这一领域的研究成果。

铜带热轧；主机；在线淬火；轧边辊；卷取机；工业炉；电控系统

随着中国社会的快速发展，中国制造走进了全球市场的各个领域，在这一进程中，铜及铜合金板带材作为现代工业的基础中间材料的需求量快速增加，特别是在电子、通讯、动力电池、引线框架以及柔性电路板等领域为代表的高端电子铜带箔的需求量增长迅猛。铜带热轧机作为生产中高端铜板带箔的关键设备，在经过国内市场、技术、资本等多方面的积累后迎来了其高速发展阶段。

中色科技股份有限公司顺应市场需求，根据自身在有色金属加工行业多年的技术和经验，对铜带热轧生产过程中的关键工艺要求，以及以往国内外设备存在的主要问题进行总结分析，结合最新装备和控制技术，研制出了国产首台现代化高精度铜带热轧机。该机组经工业生产实践证明，生产出的电子铜带材产品性能和质量均满足后续高端产品的加工要求，填补了我国高精铜带热轧装备空白，主要技术性能指标达到了国际先进水平。随后该技术装备被迅速推广应用到国内多家铜板带生产单位，扭转了对国外高精铜板带和铜带热轧机设备高度依赖的局面。

本文对铜带热轧机设计选型中的要点进行总结分析，并简单介绍中色科技在这一领域的研究成果，供各铜板带生产企业的设备选型参考。

1 轧机主机

1.1 主机机型

铜带热轧过程中，一方面带材温度较高，一般为600～900℃，尤其是铜板坯在加热炉内高温加热时间较长，表面氧化难以避免。因此，带材在热轧之后冷轧之前必须进行铣面，铣面厚度一般为0.2～0.5mm。为保证成材率，铜带热轧成品厚度一般为9～15mm，不宜轧得太薄，即对铜带热轧机的最小可轧厚度要求不高，因而轧辊直径设计无需太小。另一方面，多数合金铜带材热轧可轧温度区域受限，温度过高，板坯内部晶粒粗大，外部氧化严重；温度过低，进入材料脆性区且动态再结晶不能完全进行，轧制困难。轧制引线框架材料或高强弹性材料，还必须保证淬火固溶处理的起始温度，因此设备需要有较强的轧制力能，以减少轧制道次，加快轧制节奏，控制温降速度，即较大的轧制力和轧制力矩。结合以上两点，较大工作辊直径的二辊可逆轧机是主机机型合理的选择。

二辊热轧机较强劲的轧制力可使铸锭在再结晶区进行大压下量高速轧制，不仅可有效破碎晶粒形成更多的动态再结晶晶核从而细化铸造组织，且对坯料实现了最少道次的加工，有利于对铜带温度进行有效控制。同时，二辊热轧机还具有结构简单、运行可靠以及较低的投资等优点。

1.2 工艺润滑方案

如前所述，铜带热轧中温降控制非常重要，一方面为了轧制在可轧温度区顺利进行，另一方面确保后续固溶处理淬火具有较高的起始温度，合金及第二相在基体中能够有较大的溶解度。对于C19400材料，为保证固溶处理效果，带材在在线淬火前的温度不能低于700℃。为了较好地控制温降，除了利用二辊轧机较强的轧制力能，减少轧制道次和时间外，另外重要的一点，是应控制直接流到带材表面的乳液量，传统喷射系统流淌到带材上的乳液会带走大量热量，中色科技设计的半封闭辊盒冷却设备是针对这一问题的有效解决方案。

1.3 主机传动

在主机选型中应注意的是，铜带热轧机在轧制厚锭时，由于上下面润滑状况不一致、板锭温度不均等原因，头尾部很容易出现上翘下勾现象，使生产无法顺利进行，严重时会发生缠辊事故。针对这一问题，主机传动宜采用上、下轧辊单独传动的方案，上、下轧辊速度可单独调节，有效解决了头尾部上翘下勾问题。

2 在线淬火装置

铜板带生产中，固溶处理和时效强化工艺常用于时效强化型的铜合金生产。在以往的生产中，合金铜带的固溶处理利用热轧余温或经过均匀化加热后在冷却槽中进行。但两种方案均存在一定的弊端，前者因传统铜带热轧机技术和能力的原因，带材终轧温度难以保证淬火初始温度要求，固溶效果不理想；后者加大了设备投资且造成能源浪费。新型现代铜带热轧机能够保证带材较高的终轧温度，可以实现在线固溶处理，因而在线淬火装置成为现代铜带热轧机中优先选择的重要工艺装备之一。

淬火的起始温度、温降速率、带材冷却均匀性是影响固溶处理效果的三个关键因素，其中后两项都需要在淬火过程中实现并确保。淬火速率过低，合金及第二相在基体析出，产品性能不能达到要求，因此，在线淬火中温降速率一般要求不低于40℃/s。在线淬火过程中，如果带材的温度和温降不均匀一致，则会出现瓢曲、跑偏和镰刀弯等不良板型，因此，带材冷却的不均匀性一般要求应小于±3℃。目前，在铜带热轧机组中，在线淬火系统多采用上下压力水喷射结构，为便于生产及检修，上喷水管路设计为可摆起形式，低压大流量的冷却水对带材进行层流冷却，完成快速均匀的固溶处理。

3 轧边辊装置

铜带热轧中，尤其是在合金带材的热轧中，带材的边部、料头和料尾的温降快，大头、鱼尾、裂边等现象普遍存在；且板带材热轧是在无张力状态下进行，极易出现跑偏，这些都影响铜带热轧的正常生产、产品质量和成品率，甚至导致产品报废。因此，需要合适的轧边机构来有效解决这些问题。

铜带热轧的板锭没有铝带热轧的厚，也没有钢带热轧的力能大，因而铜带热轧轧边选型的最佳方案不是常规的立辊轧机，而是轧边辊方案。铜带热轧中的轧边辊一般成对布置在轧机主机的出、入口，其传动装置固定在轧机上排烟平台上，其除了力能较小外具有结构紧凑、距轧机近、可实现双向轧制等普通立辊轧机所不具备的优点，同时设备投资小。轧边辊装置可对带坯进行轧边，改善边部质量，控制带坯的宽展，同时产生后张力，有助于控制带材轧制的平直度。

铜带热轧轧边辊设计时，应注意优化机架结构及受力分布，提高设备刚性和可靠性，在此基础上，可适当加大轧边辊轧制力和轧制扭距。中色科技设计的封闭式C型架结构轧边辊受力合理，结构牢固，能够较好地完成轧边工作。

4 卷取机

为使热轧带材顺利进入后续工序加工，铜带热轧机组中必须配备相应的卷取机。铜带热轧卷取具有卷齐不易的特点。由于市场需求的多样性，生产的带材往往呈现出合金品种多、厚度规格多、卷径变化范围大等特点。为保证后续冷轧及精整生产的生产效率和产品质量，对热轧铜带卷提出较高的要求，如卷材内径Φ600～700mm，成品塔形小于20mm，卷材层与层之间不允许有间隙和松卷现象(内三圈除外)等。目前，铜热轧带材的卷取通常采用3辊无心卷取机，具有结构简单、成本较低、维护方便等优点，但是，由于无心卷取为无张力卷取，存在成卷难以卷齐、卷紧的难题。

为保证带材尤其是框架材料淬火、冷却的均匀性，保证热轧生产效率，3辊无心卷取机要求具有较高的自动化控制水平。根据卷取带材的合金品种和厚度对弯曲辊的位置进行自动预设定，并控制卷材的卷取内径；根据卷径逐渐增大自动调整弯曲辊及托辊位置，修正带材曲率即卷材重心位置，在提高带材卷取成品率的同时降低人工操作的劳动强度。

由于3辊卷取机存在头尾松卷、塔形相对较大、启动速度慢等难以克服的问题，为提高卷取质量和生产效率，铜带热轧卷取可选取卷轴式有芯卷取、辊式助卷的方案，但此方案的设备投资会有所上升。

5 结语

在铜带热轧机的设计选型中，除了应注意以上事项外，在工业炉方面，还应严格控制加热炉内氧气含量，减小板锭在炉内的加热时间， 以控制板锭氧化程度； 合理分布炉内烧嘴位置， 提高板锭在加热炉内加热均匀性，压缩板锭从出炉至辊道的时间，以减小板锭温降。在电控方面，还应提高自动化控制水平，实现物料跟踪、节奏控制和自动轧制，降低轧制辅助时间，提高产品质量和稳定性，提高生产效率等。只有把握住铜带热轧生产中的要点和特点，才能做好热轧设备的设计和选型。

Analysis of Design and Lectotype of Copper Strip Hot Rolling Mill

ZHAO Jingshen

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

Based on the process requirements and characteristics of copper strip hot rolling, this paper analyzed the key equipments such as the mill stand, on-line quenching device, edging roll, coiler, industrial furnace, control system, etc.; it pointed out that the issues to be noted in design and lectotype of the equipment; and it presented research achievements in this field by CNPT.

copper strip hot rolling; mill stand; on-line quenching; edging roll; coiler; industrial furnace; electronic control system

2014-10-08

赵景申(1968-)，男，高级工程师，主要从事冶金设备的设计及研发工作。

TG333.7+1

A

1671-6795(2015)03-0039-02