銅管生產(chǎn)的新技術(shù)

　　三輥行星軋機(jī)又稱PSW軋機(jī)(PlanetSchrageWalzwerk)，它作為一種新的大壓下量軋機(jī)在20世紀(jì)70年代初問世以來，由于具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和能為軋制半成品或成品園棒提供一種經(jīng)濟(jì)方法而在銅加工行業(yè)得到很大的發(fā)展。

　　與以往的大壓下量軋機(jī)，如皮爾格鋼管軋機(jī)、森吉米爾帶材軋機(jī)的非連續(xù)工作和軋鍛聯(lián)合成形不同，三輥行星軋機(jī)是第一種連續(xù)軋制的大壓下量軋機(jī)。除壓下量大外(其單道次延伸率最大可達(dá)15，相當(dāng)于一組八機(jī)架連續(xù)軋機(jī)的總延伸量)，還有如下優(yōu)點(diǎn):

　　需要投資少;結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小;構(gòu)造簡(jiǎn)單,無導(dǎo)向裝置,避免了相關(guān)的一些問題;能軋制耐加工材料,如表面硬化鋼,閥門鋼,軸承鋼等難變形鋼材;操作很簡(jiǎn)單;采用簡(jiǎn)單的電氣傳動(dòng);工作噪音低,適合環(huán)境保護(hù)的要求;耗電量及耗水量小;停軋時(shí)間短,三個(gè)軋輥的更換時(shí)間只需要十五分鐘。因而,該軋機(jī)特別適合于中小型規(guī)模的有色和黑色的棒材、鋼管生產(chǎn)企業(yè)。

　　大壓下三輥行星軋機(jī)PSW的結(jié)構(gòu)分為軋機(jī)本體和傳動(dòng)兩個(gè)部分。軋機(jī)本體是由回轉(zhuǎn)大盤，中心套管和機(jī)座組成?；剞D(zhuǎn)大盤的一側(cè)裝有傳動(dòng)齒輪，另一側(cè)裝有120`均布的3個(gè)圓錐形軋輥。套管軸上裝有兩個(gè)齒輪，中心輪即太陽輪和疊加傳動(dòng)的傘齒輪。傳動(dòng)部分是由疊加傳動(dòng)和主傳動(dòng)組成，其工作原理類似于齒輪行星傳動(dòng)中的差動(dòng)系統(tǒng)。主電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和疊加電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)一起帶動(dòng)錐形軋輥，使軋輥產(chǎn)生繞軋制線的公轉(zhuǎn)和繞本身軸線的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在一定的條件下，棒材或管坯和芯棒類似于固定的太陽輪，只有軸向運(yùn)動(dòng)而沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　棒材或管坯的變形過程是:3個(gè)斜置的軋輥繞棒材或管坯和芯棒旋轉(zhuǎn),其產(chǎn)生的軸向分速度在摩擦力的作用下,迫使棒材或管坯沿著軋制線前進(jìn);棒材或管坯在前進(jìn)的同時(shí)又受到軋輥均勻的壓縮,直至達(dá)到所要求的棒材或管子尺寸。

　　主電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)裝有行星軋輥的回轉(zhuǎn)大盤,使之產(chǎn)生公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。疊加電機(jī)用來傳動(dòng)行星差動(dòng)輪系的中心輪,使各種材料的棒材或管子不因變形條件的不同而產(chǎn)生微小的旋轉(zhuǎn)。

　　銅管鑄軋(水平連鑄----三輥行星軋制)生產(chǎn)技術(shù)

　　銅管鑄軋生產(chǎn)技術(shù)是20世紀(jì)80年代由芬蘭outokumpu公司開發(fā)的一種短流程銅管加工技術(shù)，直接由水平連鑄機(jī)組生產(chǎn)空心管坯，再由三輥行星軋管機(jī)軋制成一定規(guī)格的拉伸管坯，同時(shí)卷取入盤。與傳統(tǒng)擠壓加工技術(shù)的”棒料鑄造----棒料加熱及熱擠壓----軋制及拉伸成形”工藝相比，由于直接制備銅管坯，水平連鑄工藝可使生產(chǎn)效率得到大幅度提高;其次三輥行星軋制一道次變形量高達(dá)96%以上，相當(dāng)于8道次普通軋制變形量，其生產(chǎn)效率也非常高，且該工藝為冷軋成形，不需要加熱。在軋制過程中，由于會(huì)產(chǎn)生極大的變形量，且高摩擦力會(huì)生成大量熱能，可使管坯溫度升高到攝氏700度左右。因此，管料發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒得到細(xì)化，軋制后管料可以直接進(jìn)行拉伸成形，不需要中間退火，顯著簡(jiǎn)化了加工工藝，與擠壓工藝相比，鑄軋工藝連續(xù)性強(qiáng)，更適合于自動(dòng)化連續(xù)加工生產(chǎn)線。我國(guó)金龍銅管集團(tuán)于90年代中期在國(guó)內(nèi)首先引進(jìn)該技術(shù)。目前，金龍銅管集團(tuán)已擁有20余萬噸銅管產(chǎn)能，成為世界上最大的空調(diào)銅管制造商，2005年產(chǎn)值超過50億元。同時(shí)經(jīng)過十年左右的生產(chǎn)實(shí)踐，逐漸掌握并拓展了這種新型生產(chǎn)工藝。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的水平連鑄管坯已由最初的直徑80x20x12200毫米增加到直徑90x24x23000毫米(重約1噸)，最大連鑄管坯的外徑為103毫米，單重達(dá)到1250公斤，生產(chǎn)線綜合成品率也由最初的82%提高現(xiàn)在的85%~87%。據(jù)介紹，國(guó)外水平連鑄管坯為直徑102x25x18000毫米，單重接近970公斤。目前，國(guó)產(chǎn)鑄軋生產(chǎn)線已經(jīng)能夠生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的紫銅盤管，內(nèi)螺紋管最小規(guī)格達(dá)到直徑4毫米。采用鑄軋法供坯加工出的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有較高份額，可以說構(gòu)成了對(duì)擠壓法的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)一些新建企業(yè)具有非常大吸引力。目前，中國(guó)2/3企業(yè)都采用了這一先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，共建了66條生產(chǎn)線總生產(chǎn)能力達(dá)100萬噸/年。江蘇興榮公司提供的鑄軋?jiān)O(shè)備，可生產(chǎn)經(jīng)一道次銑面后軋制，卷重可達(dá)2噸，而國(guó)外同類生產(chǎn)線卷重僅為1噸。常州興榮公司提供的鑄軋法銅管生產(chǎn)線，其裝機(jī)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，不僅深受國(guó)內(nèi)銅加工企業(yè)青睞，而且還出口國(guó)外。

　　鑄軋法的主要生產(chǎn)工序有∶水平連鑄鑄管、管坯表面銑面、三輥行星軋管、直線式聯(lián)拉、園盤拉伸、內(nèi)螺紋管成形、通過式保護(hù)性氣體退火等。

　　TP2銅管及銅合金管的行星軋制技術(shù)

　　經(jīng)研究證明，TP2銅管進(jìn)行三輥行星軋制時(shí)，管坯進(jìn)入軋制變形時(shí)，由于三向壓應(yīng)力的作用而產(chǎn)生極大的塑性變形，在塑性變形熱和摩擦熱的作用下，管料的溫度由進(jìn)入軋輥初期的常溫而升高到攝氏700度左右，發(fā)生了完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成了細(xì)小的晶粒，軋制的管材可以直接進(jìn)行多道次拉拔加工而不需要進(jìn)行中間退火。在對(duì)B10銅合金(BFe10-1-1)進(jìn)行了三輥行星軋制實(shí)驗(yàn)，證明三輥行星軋制工藝是可以生產(chǎn)白銅合金管的，但與TP2銅管三輥行星軋制工藝相比，B10銅管軋制時(shí)，溫度可達(dá)攝氏850度，設(shè)備載荷增加30%以上，因此，原有的模具材料已不能滿足要求，應(yīng)該選用耐熱性更好的模具材料。

　　經(jīng)過幾年努力，白銅合金管的鑄軋技術(shù)也獲得成功，可實(shí)現(xiàn)B10和B30銅管的水平連鑄、行星軋制和直接拉拔生產(chǎn)。

　　銅管鑄軋生產(chǎn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化

　　銅管鑄軋生產(chǎn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，主要是指水平連鑄機(jī)組和行星軋管機(jī)方面的國(guó)產(chǎn)化。中國(guó)科學(xué)院沈陽金屬研究所、中國(guó)科學(xué)院精密銅管中心和河南金龍銅管集團(tuán)緊密合作，對(duì)這一先進(jìn)的工藝生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行大量的研究。目前，中國(guó)2/3銅管加工企業(yè)都采用了這一先進(jìn)的工藝生產(chǎn)技術(shù)，國(guó)產(chǎn)鑄軋生產(chǎn)線已經(jīng)建了66條。銅管鑄軋生產(chǎn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化程度比較高。前一時(shí)期，我國(guó)金龍銅管集團(tuán)為這一工藝生產(chǎn)技術(shù)與芬蘭outokumpu公司發(fā)生過知識(shí)產(chǎn)權(quán)的糾紛事件。最終，金龍銅管集團(tuán)為這一工藝生產(chǎn)技術(shù)推銷國(guó)外而賠償芬蘭outokumpu公司的損失達(dá)成和解。

　　國(guó)產(chǎn)水平連鑄機(jī)組多采用三聯(lián)體爐潛流鑄造，避免了銅液轉(zhuǎn)運(yùn)中的熱損失、氧化和吸氣;自行研制開發(fā)出的等壓鑄造、電磁鑄造，助熔調(diào)質(zhì)復(fù)合新技術(shù)，可穩(wěn)定鑄造液面、消除鑄坯裂紋、細(xì)化鑄坯晶粒;拉坯機(jī)由計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)拉--停--反推的連鑄工藝，可一次拉鑄2--3根管坯，鑄管最大外徑達(dá)到103毫米，單重達(dá)到1250公斤。

　　在行星軋管機(jī)方面，開發(fā)出了新輥型、新型芯棒頭和軋輥連接新技術(shù)，可減少軋輥竄動(dòng)，提高管坯同心度;采用差溫旋軋新技術(shù)，提高了軋制溫度，軋出管材晶粒更均勻。鑄軋生產(chǎn)線單機(jī)產(chǎn)量達(dá)到2萬噸/年。江蘇興榮公司為行星軋管機(jī)方面的研制成果還申請(qǐng)了專利，專利名稱∶行星軋管機(jī)制造銅及銅合金管的方法，專利申請(qǐng)?zhí)枴?3149757.8專利公開號(hào)∶CN1475316，該發(fā)明涉及一種利用行星軋管機(jī)制造銅及銅合金管的方法，屬于金屬管材軋制技術(shù)，所述的方法是利用行星軋管機(jī)對(duì)銅及銅合金管坯進(jìn)行軋制。具體的步驟為∶表面機(jī)加工處理;管坯在攝氏701度~攝氏850度溫度之間進(jìn)行高變形速率軋制形成軋制件;最后使快速冷卻等三個(gè)步驟。該發(fā)明的制造方法相比于現(xiàn)有技術(shù)具有工序少、成材率高、制造成本低以及制品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。常州興榮公司提供的鑄軋法銅管生產(chǎn)線，其裝機(jī)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，不僅深受國(guó)內(nèi)銅加工企業(yè)青睞，而且還出口國(guó)外。

　　銅管鑄軋生產(chǎn)工藝的缺點(diǎn)和改進(jìn)

　　銅管鑄軋生產(chǎn)工藝確實(shí)比較先進(jìn)，因此在中國(guó)、韓國(guó)和泰國(guó)等亞洲國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用，然而這生產(chǎn)工藝也存在一些缺點(diǎn)，主要是水平連鑄方面的問題∶

　　由于水平連鑄采用的是石墨結(jié)晶器，僅能生產(chǎn)無氧銅及磷脫氧銅，且對(duì)所使用的原料要求較高，為保證成品管材質(zhì)量，一般不加或少加返回廢料;

　　在水平連鑄過程中無法去掉的雜質(zhì)和氣體殘留在管坯中，影響了產(chǎn)品質(zhì)量;

　　目前，水平連鑄生產(chǎn)的管坯最大外徑僅為103毫米，成品規(guī)格也受到限制，外徑在40毫米以下;

　　受規(guī)格所限，單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力最大為2萬噸/年，一般為1~1.5萬噸/年;

　　水平連鑄管坯只有外壁經(jīng)過銑面去除表面缺陷，而內(nèi)壁缺陷無法去除，降低了成品管材的耐腐蝕性。

　　目前，我國(guó)的一些采用鑄軋生產(chǎn)工藝的銅加工企業(yè)所采取的措施∶

　　(1).連鑄銅板坯鑄造用結(jié)晶器一直沿用拼裝組合方式，即使用四塊厚銅板加工組合而成，制造周期長(zhǎng)，使用壽命低，鑄銅速度慢。為此，開發(fā)了整體銅板式結(jié)晶器，斷面尺寸已達(dá)200毫米x500~600毫米。制作采用大直徑銅管經(jīng)特殊液壓成型。結(jié)晶器具有規(guī)定的錐度和弧度。實(shí)踐證明，這種結(jié)晶器鑄銅速度和銅坯質(zhì)量明顯優(yōu)于組合式結(jié)晶器;

　　(2).水平連鑄帶坯電磁攪拌技術(shù)的使用，改變了帶坯結(jié)晶組織?，F(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)16毫米x450毫米錫磷青銅帶坯結(jié)晶過程電磁攪拌，使錫磷青銅帶坯晶粒細(xì)化，塑性提高，石墨模具使用壽命延長(zhǎng)，帶材成品率提高。