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标题 铜带精轧机带材除油问题的分析与改进
范文

摘要： 以一些企业对铜带精轧机产品质量的提升方案为例，从轧制油的特点及带材表面除油效果对生产的影响出发，对常用的几种除油方法、结构细节及使用情况进行分析，并根据各种除油装置的缺点和不足，提出若干改进措施.根据各企业对产品质量的实际需要，结合其机组配置情况，对其除油装置进行了多种尝试性改造.通过一系列措施的实施，结合后序产品质量的检验结果，改进后的除油装置在实际生产中取得了较好的效果：轧制油的残留量显著减少；带材表面质量进一步提高；同时也拓宽了精轧机稳定生产的轧制速度.
关键词： 铜带； 精轧机； 带材表面质量； 除油装置； 改进方法
中图分类号： TM 911.4文献标志码： A
Analysis and Improvement on Oil Removal of
Cooper Strip Finishing Mill
XING Yizhong
（China Nonferrous Metals Processing Technology Co.， Ltd.， Luoyang 471039， China）
Abstract： Based on several quality improvement approaches of copper coil finishing rolling mills products in enterprises，we analyzed commonly used oil removal methods，structural details and usage.The analyses include characteristics of rolling oil and the influence of oil removal on production.According to shortcomings of all kinds of oil removal devices，some improvement measures are presented.Combining the machine configuration with manufacturers quality needs，various modifications to the oil removal devices are tested.These modifications have been proven to perform well in production.The improvements include significant reduction of residual rolling oil，improved coil surface quality and the widened performance range of the finishing roll machine.
Keywords： cooper strip； finishing mill； coil surface quality； oil removal device； improvement
经过十几年的发展，铜带精轧机已经成为较成熟的机型，但高速轧制下带材的表面质量很不稳定，其中，带材除油机构设计已成为急需解决的问题.如果带材表面残留大量的轧制油，除直接导致生产成本提高外，还会增加带材退火处理的难度，影响成品带材的表面质量，严重地限制了精轧机的产能.
本文从铜带精轧机轧制油的特点入手，通过常用除油方案的优缺点分析研究，对除油装置进行了一系列的改进，通过实践应用，取得了较为满意的效果.
1精轧机轧制油的特点
铜带精轧具有变形热量大、易氧化等工艺特点，为了获得好的带材表面质量，避免带材表面氧化，需要兼顾轧机的冷却和润滑效果.铜带精轧机一般采用轧制油润滑，其主要性能参数如下[1].
黏度：黏度越大，润滑性越好，但冷却性能会降低，铜精轧机一般选运动黏度（40 ℃）为7～8.5 mm2·s-1的轧制油.
闪点：油品蒸汽在空气中遇明火点燃的最低温度，是关键的安全指标.
水分：油品中水分的含量，会对带材表面的光洁度、耐腐蚀性产生影响，缩短轧制油的使用寿命，越少越好.
灰分：油品精制程度，对带材退火后的表面潔净度有影响，甚至会污染、腐蚀带材表面，越小越好.
油膜强度：越高代表润滑性能越好，可有效减小轧制力，提高轧制速度.
轧制油特性的选择能够直接影响轧机的性能[2]，比如黏度增加导致除油困难，以致轧机生产速度低；灰度值偏高，导致后续的退火工艺产生色斑、黏连等缺陷，最终产品的废品率上升.
轧制油为消耗品，优质的轧制油意味着较高的加工成本，一般国内企业都会选择成本较低的国产轧制油.这对机械设备提出了更苛刻的要求——即在较高的运动黏度下，将带材表面的轧制油清除干净，以获得较高的生产速度和提高带材的表面质量.
第3期邢义忠：铜带精轧机带材除油问题的分析与改进有 色 金 属 材 料 与 工 程2017年 第38卷2除油方式、特点及改进方法
在轧机出口侧，带材刚刚脱离轧辊，表面覆盖着一层很薄的轧制油油膜.由于加工热的存在，这层油膜迅速蒸发，导致高温带材暴露在空气中，很容易氧化.所以，生产时出口侧的喷嘴梁也喷射轧制油进行冷却，同时，轧机出口侧靠近轧辊处增加轧制油喷嘴，强制冷却带材.上述措施带来的问题是：带材表面均匀地附着了一层轧制油油膜，需要后续设备将这层油膜清除.以下为铜带精轧机常用的几种除油方法、特点及改进方法.
2.1压缩空气吹扫
2.1.1不足与改造方法
空气吹扫除油缺点：若压缩空气压力较低，则无法将轧制油吹干净；若压力较高，则轧制油容易被雾化，小部分回落至带材表面，大部分被排烟罩吸走或飘散空中，造成了大量的轧制油损失和污染，同时也产生高分贝的噪声，破坏生产环境.改造方法如图2所示.
改造方法：在强制冷却和展平辊中间区域，采用小压力（0.1～0.2 MPa）、小气量、扇形和密集分布形式，喷嘴范围覆盖最大的带材宽度；带材双面均设置喷嘴，尽量消除带材下表面、边部带油情况；上排喷嘴可升降，使喷嘴尽量贴近带材，增大吹扫力；设置防溅板，避免吹起的轧制油回落至带材表面；设置人字集油区，滴落到防溅板上的轧制油通过集油区从轧机两侧流走.
2.1.2改造效果
改造后，实际生产中由于不需要过高的空气压力，轧制油的污染和损失明显减少，噪音也大幅降低.双排气嘴有效解决了边部的带油问题，防溅板和集油区避免了带材表面的二次带油，有效回收了轧制油，使轧制油有效地循环利用.
2.2五辊展平装置
2.2.1不足与改造方法
精轧机需要在出口侧配置展平辊，用以稳定张力，形式有五辊、三辊等.在带材张力和辊子的共同作用下，可以将大部分轧制油挡住，起到了一定的除油作用[3].
五辊展平除油装置的缺点与不足：生产时，展平辊容易划伤带材；导向机构薄弱，U型导向箱结构使用一段时间后导向板与铜滑板间隙增大，影响辊子间的平行精度；轴承座为一体结构，辊子间的平行度无法调整，尤其是现场维修后再安装，精度无法保证；展平辊距离轧机最近，直接和带材接触，应与轧辊保持较高的平行精度，以保证稳定张力、避免划伤带材.而上面的结构很难保证这样的精度，故在如下几个方面进行改进.
改造方法：展平装置应该为展平辊+除油辊+吹扫装置，如图3所示；辊子改为空心焊接结构，降低辊子的转动惯量；每个辊子有单独一对轴承座，轴承座为剖分式，安装时精确校准轴承座位置，打销固定，维修时仅拆卸轴承座上部，不影响辊子的重复位置精度；轴承设计选型考虑载荷分配区间与摩擦因数，装配精度充分考虑生产时升温的影响，保证在90 ℃时辊子的灵活性[4]；更改上辊支架的结构，增强刚性；改变导向方式，使用导柱形式，增强导向的稳定性.
图3五辊展平装置改造示意图
Fig.35roll spreading device modification
2.2.2改造效果
改造后，对比实际生产中的使用情况，精轧机在获得较好除油效果的同时避免了展平辊擦划伤带材的现象，尤其是大张力情况下的厚带.新的导向结构和支架，提高了展平辊的重复精度，改造后的五辊展平装置解决了除油效果和擦划伤带材冲突的问题.
2.3小辊除油装置
小直径钢辊直接挤压带材，挤薄油膜厚度，达到除油目的.支承辊分成4组，每组由2段组成，由气缸提供压力，用以改善除油辊刚性不足的缺点，使除油辊与带材间保证适当的压力.实际使用中，该装置除油效果较好，但是问题也比较突出.
2.3.1不足与改造方法
小辊除油的缺点与不足：使用一段时间以后，支承辊在除油辊上留下压痕，该压痕会在带材表面形成纵向明暗色差；当带材速度达到300 m/min时，带材表面已有较明显的划伤；小辊除油的原理是将带材表面的油膜压薄，出口侧油膜厚度与钢辊直径、正压力、钢辊弹性模量、油品运动黏度、带材线速度和张力有关，与包角无直接关系，所以应采用对辊形式；相同压力下，直径越小油膜越薄，但辊子转速也越高.就其特点从以下几个方面进行改进.
改造方法：根据在线钢辊的使用情况及效果，选用直径更合适的钢辊，同时降低辊子的转动惯量（使用空心辊、芯辊等），改变材料和热处理硬度，提高其整体刚度[5]；提高辊子的加工精度、安装精度和表面光洁度；出口侧贴近辊子和带材边缘的部位配置挠性压缩空气吹扫喷嘴，封住带材边部带来的轧制油；降低分段支承辊的表面硬度，保护除油钢辊的表面质量；采用可调压力的气缸驱动支承辊，生产时根据带材的厚度调节压力，在稳定除油效果的前提下，提高带材的表面质量.
2.3.2改造效果
改造后的小辊除油装置，由于辊间存在硬度差，除油辊上的压痕明显减轻；加工精度提高、转动惯量的降低及可调压力等措施使该装置在保证除油效果的同时，能够适应更高的轧制速度.
2.43M辊除油装置
图5为3M辊除油装置示意图.3M辊由片状无纺布压制而成，直径120～160 mm，硬度（邵氏）可达A95以上.该装置由2对3M辊组成，直接和带材接触.基本原理如下：3M辊在油缸的作用下压住带材，与带材接触的部位发生变形.3M辊转动过程中，疏松部位转动至压紧部位A位置，3M辊从疏松状态逐渐变为压紧状态，将轧制油挤出；继续转动至压紧部位B区域，3M辊从压紧状态变为疏松状态，吸取带材表面的轧制油，达到除油的目的.3M辊除油效果好，对带材表面质量影响小，可达到450 m/min的生产速度.但在实际生产中，3M辊仍存在部分问题.
2.4.1存在的问题及改造方法
除油不足：3M辊除油时带材边部带油情况不能完全消除；3M辊高速时存在辊子甩油情况，出现二次轧制油二次回落带材；3M辊价格昂贵，且为易损件，需要根据使用情况更换.
改进措施与方法：在3M辊除油装置中布置压缩空气喷嘴，封住带材边部和辊子缝隙（见图3、图5）带油情况；在3M辊入口侧，布置垂直带材前进方向的压缩空气喷嘴，将3M辊挡住的轧制油吹掉，防止辊子将轧制油甩回至带材表面；由于3M辊为消耗品，又因其高速轧制时除油效果较好，故其可结合其他除油方式综合使用，低速大残留量使用其他除油方式辅助处理，高速表面油液存留较小时使用3M辊，稳定产品质量的同时提高经济性.
2.4.2改造效果
通过吹扫布置的辅助作用，结合其他除油方式的配套使用，3M辊的除油缺点得到了有效的填补，同时也降低了使用成本.
2.5其他除油方式
一些企业在生产时，嘗试将轧机出口侧的在线辊子全部脱开，唯一的在线辊子就是偏导辊，在偏导辊处除油也取得了较好的效果.实际上，经吹扫后，带材表面的油膜已经很薄，绝大部分轧制油集中在带材边部.当带材经过偏导辊时，轧制油附着在偏导辊上，在偏导辊下部设置喷嘴和刮片，将辊子上的油除去；当辊子重新和带材接触后再将轧制油带走一部分，转到下部时将轧制油除去，循环往复，残留轧制油得到了连续清除.
3结论
铜带精轧机带材表面除油是一个行业的技术性问题，已经成为限制精轧机提速的技术瓶颈.通过分析常见的几种除油方式，根据生产需要实际配置情况，采用上述一系列改进措施，最优化除油效果保证产品质量.
另外，可以使用低黏度和冷却性能好的高品质轧制油，实现在出口侧不喷轧制油冷却下高速轧制.除油方式就要从轧机开始，比如支承辊设计特殊清辊器、工作辊和带材边部处缝隙布置喷嘴封住轧制油、设置防溅板等方式，防止轧制油从入口侧进入出口侧，多种途径解决铜带精轧机高速轧制中的除油问题[6].
参考文献：
[1]田荣璋，王祝堂.铜合金及其加工手册[M].长沙：中南大学出版社，2002.
[2]岳忠生，孙建林，肖邦国.铝板冷轧润滑模型及应用[J].轻合金加工技术，2002，30（7）：19-22.
[3]陈春灿，赵景申.一种压延金属带箔表面除油工艺[P].中国专利：CN102189124A，2011-09-21.
[4]成大先.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2007.
[5]黄煜.冷轧机除油问题探讨[J].中国重型装备，2009（1）：35-37.
[6]赵景申.铜箔轧机设计选型要点分析[J].有色金属加工，2013，42（5）：60-61，57.有色金属材料与工程第38卷第3期NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERINGVol.38No.32017
文章编号：2096-2983（2017）03-0177-05DOI：10.13258/j.cnki.nmme.2017.03.010
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更新时间：2025/3/13 20:58:52