Wellman光亮退火爐內(nèi)吹掃設(shè)計

苗國偉，李國慶

(中鋁洛陽銅業(yè)有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著全球環(huán)保意識的增強(qiáng)，制冷行業(yè)不斷向無氟方向發(fā)展，用新型制冷劑(如R134a)替代傳統(tǒng)氟利昂已成為必然。但隨之也出現(xiàn)一些新的問題，目前使用較為廣泛的無氟制冷劑(R134a)因其性能劣化產(chǎn)生的析出物容易堵塞毛細(xì)管或膨脹閥。因此，要求制冷系統(tǒng)用銅管內(nèi)表面雜質(zhì)含量少，對銅管內(nèi)表面清潔度提出了更嚴(yán)格的要求。銅管內(nèi)表面清潔度的要求，國家標(biāo)準(zhǔn)為≤38mg/m2，歐洲標(biāo)準(zhǔn)為≤20mg/m2，日本要求更高≤10mg/m2。

我公司90年代進(jìn)口的Wellman退火爐為通過式光亮退火爐，采用傳統(tǒng)清洗方法生產(chǎn)紫銅軸線卷，即在輥底式退火爐退火前使用清洗劑將軸線卷內(nèi)表面殘留的油污清洗干凈。由于此工序為人工操作，且清洗質(zhì)量的好壞無法在本工序得到驗證，增加了此工序操作的不確定性，造成軸線卷退火后，內(nèi)表面局部出現(xiàn)氧化、發(fā)黑現(xiàn)象，部分銅管清潔度超標(biāo)。為了解決困擾多年的內(nèi)表面發(fā)黑問題，公司組織進(jìn)行了Wellman光亮退火爐的改造。

1 改造方案

Wellman光亮退火爐的改造主要是解決軸線卷退火后內(nèi)表面發(fā)黑問題，采用目前較為成熟的內(nèi)吹掃技術(shù)，即在放置軸線卷的料框及爐體上安裝相關(guān)連接裝置與軸線卷內(nèi)部形成一個回路，當(dāng)軸線卷加熱到一定溫度時，通過連接裝置從爐外向爐內(nèi)軸線卷內(nèi)部通入純凈保護(hù)性氣體，排出此時在軸線卷內(nèi)表面已氣化的潤滑油，避免潤滑油在高溫時產(chǎn)生碳化，造成軸線卷內(nèi)表面發(fā)黑及清潔度超標(biāo)的問題。

確定改造方案，首先要掌握退火爐的加熱吹掃溫度，針對我公司拉伸時所用潤滑油TGN-3，確定保護(hù)性氣氛各溫度下加熱30min，根據(jù)試驗結(jié)果繪制不同溫度下該油品的揮發(fā)曲線(圖1)。

圖1 不同溫度下的油品揮發(fā)曲線

如圖1所示，約200℃時銅管內(nèi)壁粘附的潤滑油開始揮發(fā)，約300℃時殘油率剩余0.6%，約500℃時剩余0.2%，因此選擇軸線卷的退火工藝為加熱溫度500℃，輥速120mm/min(即保溫時間2h)。吹掃方案為：(1)在爐外吹掃3min氮氣，保證軸線卷內(nèi)部充滿氮氣；(2)在爐內(nèi)距加熱區(qū)邊部1479mm處加裝一個吹掃口(圖2)，料筐上吹掃頭的位置距料筐后端邊部1060mm，此時料筐頭部軸線卷的加熱時間約為57min，中部軸線卷內(nèi)壁的潤滑油也處于揮發(fā)階段，吹掃可將大部分潤滑油吹出爐外；(3)在爐內(nèi)距加熱區(qū)邊部3993mm處加裝一個吹掃口(如圖2)，此時料筐尾部軸線卷的加熱時間也大于33min，符合吹掃要求，再進(jìn)行一次吹掃，可將管內(nèi)壁潤滑油全部吹出爐外。

注：退火爐每段通過時間按輥速120mm/min進(jìn)行計算，在加熱區(qū)距邊部1479mm處及3993處分別加裝兩個吹掃頭。

2 設(shè)備改造

(1)首先對所有料筐及通氣管道進(jìn)行改造。改造方案是在原料筐兩側(cè)邊緣對稱的增加一組進(jìn)氣料筐接口和一組排氣料筐接口；料筐四周布置兩層不銹鋼通氣管道，一層為進(jìn)氣管道、一層為排氣管道，分別與進(jìn)、排氣料筐接口焊接接通，另一端堵死；管道上每間隔1～1.5m焊接氣嘴，進(jìn)氣與排氣接氣嘴分別與盤卷料口的兩端連接，使用不銹鋼制的快換接頭連接(如圖3)。

圖3 料筐

(2)在上料臺輥道上增加一組吹掃裝置(爐外吹掃)，進(jìn)氣端由氣缸推動一只進(jìn)氣吹掃桿，工作時吹掃桿與改造后的料筐進(jìn)氣口對接；排氣端由氣缸推動一只排氣吹掃桿，工作時吹掃桿與改造后的料筐排氣口對接。吹掃桿為空心桿，頭部為球面狀，吹掃桿接頭內(nèi)部為圓錐面，這樣通氣時密封好。工作時進(jìn)氣端和排氣端氣缸同步動作，吹掃桿接頭與料筐接頭對接，料筐被夾緊，N2經(jīng)進(jìn)氣吹掃桿的空芯進(jìn)入，通過料筐上的進(jìn)氣管道，再通過銅制的快換接頭進(jìn)入軸線卷管材內(nèi)孔，然后通過排氣管道從接氣吹掃桿出來，軸線卷料內(nèi)的空氣被置換成N2，即實現(xiàn)了進(jìn)爐前的第一次吹掃(圖4)。

圖4 上料臺吹掃裝置

(3)爐體上增加的吹掃裝置(爐內(nèi)吹掃)與上料架輥道上的吹掃裝置基本相同，只是爐體吹掃桿的長度要比上料架吹掃桿長。為此需在爐體上設(shè)計進(jìn)排氣口(雙面)，并增加密封裝置以保持爐內(nèi)正壓力(如圖5)。

(4)為保證料筐上的進(jìn)排氣接口與爐外的吹掃裝置準(zhǔn)確對接，在爐內(nèi)適當(dāng)位置的輥道上安裝了帶翻板的接近開關(guān)裝置，即當(dāng)料筐到位頭部撞到爐內(nèi)輥道上的翻板時，爐外接近開關(guān)得到信號，使輥道停止氣缸開始動作。

(5)對原管路進(jìn)行改造，增加了一套氣動系統(tǒng)和N2管道。

(6)對原電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加料筐停頓時間。

圖5 爐體吹掃裝置

3 試驗結(jié)果

經(jīng)過近一年的設(shè)計、制作，內(nèi)吹掃裝置于2006年10月完成，隨后進(jìn)行了帶料試驗，試驗采用4盤Φ9.2×0.64mm的軸線卷及一盤Φ9.53×0.6mm的軸線卷，盤重約200kg。拉伸時使用的潤滑油為TGN-3，運(yùn)動粘度3200，拉伸完畢后軸線卷距進(jìn)入退火爐的間隔時間為28h。退火工藝為加熱溫度500℃，輥速120mm/min。5盤軸線卷在一個料筐上與吹掃接頭進(jìn)行了連接，進(jìn)爐前氮氣吹掃3min，然后在距退火爐加熱區(qū)邊部1479mm處自動進(jìn)行了第一次吹掃，吹掃后又在距退火爐加熱區(qū)邊部3993mm處自動進(jìn)行了第二次吹掃，加熱區(qū)兩次吹掃時間均為5min。爐內(nèi)第一次吹掃時排氣口排出濃煙，第二次吹掃時排氣口煙氣量較少。

3.1 內(nèi)表面清潔度檢測

5盤軸線卷退火后，首先采用人工方法對軸線卷內(nèi)表面進(jìn)行檢測，檢測方法為，在軸線卷端面從外圈到內(nèi)圈取10個樣，然后在軸線卷中間層再從外圈到內(nèi)圈取10個樣，因為軸線卷長度在1000m左右，因此取20個點基本上可以達(dá)到每50m一個點，對取樣剖開用肉眼觀測是否有發(fā)黑現(xiàn)象。5盤料共取100余個樣肉眼觀測均為金屬光亮色。

另外在5盤軸線卷上取了10個清潔度試樣，分別為5個外層和5個中間層試樣，清潔度實驗報告見表1。試驗結(jié)果表明清潔度均符合0.038 g/m2的國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 清潔度檢測報告

3.2 制品性能對比

為了對吹掃制品性能做進(jìn)一步了解，對每一盤軸線卷外層及中間層的Rm、Rp0.2、A、HV0.3、晶粒度分別進(jìn)行了檢測，與前期500℃、120mm/min退火工藝(無內(nèi)吹掃)的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，性能基本一致，均能滿足要求。

3.3 后期跟蹤觀測

在后期生產(chǎn)過程中，經(jīng)過大量清潔度檢測以及客戶反饋，軸線卷內(nèi)表面質(zhì)量完全符合要求，達(dá)到了改造的目的。

4 結(jié)論

(1)通過對軸線卷管內(nèi)潤滑油進(jìn)行不同溫度下加熱30min的揮發(fā)試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果繪制了油品的揮發(fā)曲線，掌握了油品的揮發(fā)規(guī)律；

(2)分別對軸線卷料筐、上料臺、爐體進(jìn)行技術(shù)改造，實現(xiàn)了軸線卷退火時的在線吹掃，即使用N2在爐內(nèi)對軸線卷進(jìn)行分段吹掃，吹掃后的軸線卷經(jīng)檢測清潔度小于0.03g/m2，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)及客戶的使用要求；

(3)此次Wellman光亮退火爐內(nèi)吹掃的改造比較成功且費(fèi)用不高，類似退火爐的改造完全可以借鑒。