銅管生產的新技術

　　三輥行星軋機又稱PSW軋機(PlanetSchrageWalzwerk)，它作為一種新的大壓下量軋機在20世紀70年代初問世以來，由于具有許多獨特的優(yōu)點和能為軋制半成品或成品園棒提供一種經濟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，如皮爾格鋼管軋機、森吉米爾帶材軋機的非連續(xù)工作和軋鍛聯(lián)合成形不同，三輥行星軋機是第一種連續(xù)軋制的大壓下量軋機。除壓下量大外(其單道次延伸率最大可達15，相當于一組八機架連續(xù)軋機的總延伸量)，還有如下優(yōu)點:

　　需要投資少;結構緊湊,占地面積小;構造簡單,無導向裝置,避免了相關的一些問題;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;操作很簡單;采用簡單的電氣傳動;工作噪音低,適合環(huán)境保護的要求;耗電量及耗水量小;停軋時間短,三個軋輥的更換時間只需要十五分鐘。因而,該軋機特別適合于中小型規(guī)模的有色和黑色的棒材、鋼管生產企業(yè)。

　　大壓下三輥行星軋機PSW的結構分為軋機本體和傳動兩個部分。軋機本體是由回轉大盤，中心套管和機座組成?；剞D大盤的一側裝有傳動齒輪，另一側裝有120`均布的3個圓錐形軋輥。套管軸上裝有兩個齒輪，中心輪即太陽輪和疊加傳動的傘齒輪。傳動部分是由疊加傳動和主傳動組成，其工作原理類似于齒輪行星傳動中的差動系統(tǒng)。主電機傳動系統(tǒng)和疊加電機傳動系統(tǒng)一起帶動錐形軋輥，使軋輥產生繞軋制線的公轉和繞本身軸線的自轉運動。在一定的條件下，棒材或管坯和芯棒類似于固定的太陽輪，只有軸向運動而沒有旋轉運動。

　　棒材或管坯的變形過程是:3個斜置的軋輥繞棒材或管坯和芯棒旋轉,其產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;棒材或管坯在前進的同時又受到軋輥均勻的壓縮,直至達到所要求的棒材或管子尺寸。

　　主電機用于驅動裝有行星軋輥的回轉大盤,使之產生公轉運動。疊加電機用來傳動行星差動輪系的中心輪,使各種材料的棒材或管子不因變形條件的不同而產生微小的旋轉。

　　銅管鑄軋(水平連鑄----三輥行星軋制)生產技術

　　銅管鑄軋生產技術是20世紀80年代由芬蘭outokumpu公司開發(fā)的一種短流程銅管加工技術，直接由水平連鑄機組生產空心管坯，再由三輥行星軋管機軋制成一定規(guī)格的拉伸管坯，同時卷取入盤。與傳統(tǒng)擠壓加工技術的”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96%以上，相當于8道次普通軋制變形量，其生產效率也非常高，且該工藝為冷軋成形，不需要加熱。在軋制過程中，由于會產生極大的變形量，且高摩擦力會生成大量熱能，可使管坯溫度升高到攝氏700度左右。因此，管料發(fā)生了動態(tài)再結晶，晶粒得到細化，軋制后管料可以直接進行拉伸成形，不需要中間退火，顯著簡化了加工工藝，與擠壓工藝相比，鑄軋工藝連續(xù)性強，更適合于自動化連續(xù)加工生產線。我國金龍銅管集團于90年代中期在國內首先引進該技術。目前，金龍銅管集團已擁有20余萬噸銅管產能，成為世界上最大的空調銅管制造商，2005年產值超過50億元。同時經過十年左右的生產實踐，逐漸掌握并拓展了這種新型生產工藝。國內企業(yè)生產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，單重達到1250公斤，生產線綜合成品率也由最初的82%提高現(xiàn)在的85%~87%。據介紹，國外水平連鑄管坯為直徑102x25x18000毫米，單重接近970公斤。目前，國產鑄軋生產線已經能夠生產出質量穩(wěn)定的紫銅盤管，內螺紋管最小規(guī)格達到直徑4毫米。采用鑄軋法供坯加工出的產品在國內市場占有較高份額，可以說構成了對擠壓法的巨大挑戰(zhàn)，對一些新建企業(yè)具有非常大吸引力。目前，中國2/3企業(yè)都采用了這一先進生產技術，共建了66條生產線總生產能力達100萬噸/年。江蘇興榮公司提供的鑄軋設備，可生產經一道次銑面后軋制，卷重可達2噸，而國外同類生產線卷重僅為1噸。常州興榮公司提供的鑄軋法銅管生產線，其裝機水平和產品質量都已達到國際先進水平，不僅深受國內銅加工企業(yè)青睞，而且還出口國外。

　　鑄軋法的主要生產工序有∶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、內螺紋管成形、通過式保護性氣體退火等。

　　TP2銅管及銅合金管的行星軋制技術

　　經研究證明，TP2銅管進行三輥行星軋制時，管坯進入軋制變形時，由于三向壓應力的作用而產生極大的塑性變形，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)生了完全動態(tài)再結晶，形成了細小的晶粒，軋制的管材可以直接進行多道次拉拔加工而不需要進行中間退火。在對B10銅合金(BFe10-1-1)進行了三輥行星軋制實驗，證明三輥行星軋制工藝是可以生產白銅合金管的，但與TP2銅管三輥行星軋制工藝相比，B10銅管軋制時，溫度可達攝氏850度，設備載荷增加30%以上，因此，原有的模具材料已不能滿足要求，應該選用耐熱性更好的模具材料。

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

　　銅管鑄軋生產設備的國產化

　　銅管鑄軋生產設備的國產化，主要是指水平連鑄機組和行星軋管機方面的國產化。中國科學院沈陽金屬研究所、中國科學院精密銅管中心和河南金龍銅管集團緊密合作，對這一先進的工藝生產技術和生產設備的國產化進行大量的研究。目前，中國2/3銅管加工企業(yè)都采用了這一先進的工藝生產技術，國產鑄軋生產線已經建了66條。銅管鑄軋生產設備的國產化程度比較高。前一時期，我國金龍銅管集團為這一工藝生產技術與芬蘭outokumpu公司發(fā)生過知識產權的糾紛事件。最終，金龍銅管集團為這一工藝生產技術推銷國外而賠償芬蘭outokumpu公司的損失達成和解。

　　國產水平連鑄機組多采用三聯(lián)體爐潛流鑄造，避免了銅液轉運中的熱損失、氧化和吸氣;自行研制開發(fā)出的等壓鑄造、電磁鑄造，助熔調質復合新技術，可穩(wěn)定鑄造液面、消除鑄坯裂紋、細化鑄坯晶粒;拉坯機由計算機控制，實現(xiàn)拉--停--反推的連鑄工藝，可一次拉鑄2--3根管坯，鑄管最大外徑達到103毫米，單重達到1250公斤。

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

　　銅管鑄軋生產工藝的缺點和改進

　　銅管鑄軋生產工藝確實比較先進，因此在中國、韓國和泰國等亞洲國家得到廣泛的應用，然而這生產工藝也存在一些缺點，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晶器，僅能生產無氧銅及磷脫氧銅，且對所使用的原料要求較高，為保證成品管材質量，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和氣體殘留在管坯中，影響了產品質量;

　　目前，水平連鑄生產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，單條生產線的生產能力最大為2萬噸/年，一般為1~1.5萬噸/年;

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

　　目前，我國的一些采用鑄軋生產工藝的銅加工企業(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，使用壽命低，鑄銅速度慢。為此，開發(fā)了整體銅板式結晶器，斷面尺寸已達200毫米x500~600毫米。制作采用大直徑銅管經特殊液壓成型。結晶器具有規(guī)定的錐度和弧度。實踐證明，這種結晶器鑄銅速度和銅坯質量明顯優(yōu)于組合式結晶器;

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