自2004年以來，我國的銅材生產與消費量已連續8年位居世界第1位，銅加工材產量由2006年的523萬t增加到2010年的1009萬t。與此同時，中國銅板帶箔材的生產與消費量也位居世界第1位，國內一些大型銅板帶企業的加工裝備水平、生產工藝技術及產品綜合競爭力等都在逐漸接近甚至部分指標超過發達國家的水平，但是由于在新型合金優化、核心工藝技術尤其是高端加工裝備方面的落后，一些高端精密銅帶箔材產品仍需大量進口，每年的進口量大約為27萬t，占國內高端精密銅帶生產總量的1/3。這說明我國在由銅板帶生產大國向銅板帶加工強國過渡的過程中，高端銅板帶箔材的生產工藝技術及其加工裝備的研制開發仍然是一項重要的課題，開發的意義非常重大，潛在的市場也非常可觀。
作為我國唯一的以有色金屬加工工程設計、裝備研制、有色金屬合金新材料開發為主的科研機構，中色科技對銅加工高端裝備及其生產工藝技術進行了研制、開發、應用以及市場產業化。本文重點對中色科技裝備技術公司所研制開發的銅板帶熱軋機、銅帶坯水平連鑄機、銅帶粗中軋機、銅帶精軋機、銅帶拉彎矯直機、銅帶(酸洗)脫脂清洗機等銅加工設備的技術特點、裝機水平、加工工藝以及市場業績等進行了論述與介紹。
1 銅板帶熱軋機組
銅板帶熱軋機的作用是通過熱變形，變鑄造組織為加工組織，同時為高精冷軋等后續生產工序提供盡可能小的厚度、優良板型、高表面質量、尺寸公差波動較小、組織性能合格的熱軋料卷。近年來，以大鑄錠熱軋開坯方式進行銅及銅合金板帶生產的方式逐漸取代了銅帶坯水平連鑄的傳統生產工藝流程，這種趨勢尤其表現在大中型銅板帶生產企業(年產量在3~5萬t以上)，以及主要以開發和生產無氧銅板帶、鈹銅帶、引線框架材料以及異形帶等高端電子銅板帶為主的企業，如中鋁洛銅、中鋁華中銅業等。
為滿足市場對大鑄錠熱軋開坯、高控制精度、高速軋制及部分銅合金對淬火和終軋溫度的極高要求等需求，中色科技利用計算模擬、三維建模等手段并結合生產實際和工藝需求，成功研發出低能耗、高精度、大卷重、產品組織性能控制優良的二輥銅帶可逆熱軋機組。利用該機組生產引線框架材料C19400的工藝流程為：鑄錠再加熱→出爐→熱錠傳送→鑄錠對中→氧化皮吹掃→7道次軋制→在線淬火→頭尾矯直→帶材冷卻→空氣吹掃→液壓剪切頭尾→三輥無芯卷取→料卷運輸。
為充分適應和滿足銅及銅合金板帶生產工藝需求，中色科技研制的銅板帶熱軋機融合了多項創新技術與新型設備，如：為了控制帶材寬展、改善邊部質量，研制開發出新型軋邊輥裝置;為了保證帶材的淬火要求，研制開發出壓力與水量控制良好的在線淬火設備。
最值得一提的是，為了提高生產效率、減少帶材溫降、大壓下充分破碎再結晶晶粒，該機組在前期11道次試軋、9道次試軋基礎上能夠實現對230*620*8000mm規格的大鑄錠進行7道次大壓下高速軋制，這在大鑄錠銅板帶生產工藝領域具有極其重要的意義。C19400大鑄錠經過7道次軋制后溫降及板型實測數據為：開軋溫度為922℃，終軋溫度為740℃，淬火后溫度為196℃;氧化皮較少;側彎程度較小;寬度為648mm;傳動側厚度為14.855mm，操作側厚度為14.83mm，厚差僅為0.025mm。這些數據都有效的滿足了生產工藝需求。
已經投產并驗收的二輥可逆銅板帶熱軋機生產實踐表明，中色科技股份有限公司所研制開發的二輥銅板帶熱軋機組運行穩定、生產效率高，所生產的銅板帶板型尺寸與公差合格、組織性能優良、表面質量達到了生產需求，穩定生產能力約80t/小時，如滿負荷生產可達20萬t/年的產能。表1為公司所研制的銅板帶熱軋機生產產品工藝參數保證。
表1 銅板帶熱軋機性能及工藝參數
截止到目前，中色科技共簽訂5臺二輥銅板帶熱軋機組銷售合同：1)中鋁華中銅業有限公司φ950×1300mm二輥可逆銅帶熱軋機組;2)中鋁洛陽銅業有限公司φ950×1000mm兩輥可逆銅帶熱軋機組;3)中色(寧夏)東方集團有限公司φ850×800mm二輥可逆銅帶熱軋機組;4)安徽精誠銅業股份有限公司φ700×700mm二輥可逆銅帶熱軋機;5)山西太原晉西春雷銅業有限公司φ850×800mm兩輥可逆銅帶熱軋機組。
二輥銅帶熱軋機組及其生產工藝技術的研發及產業化成功填補了該領域的國內空白，也有力的提升了國內銅板帶加工行業的技術水平，從而為國產高端裝備技術的提高以及銅合金新材料的研制開發做出了重要貢獻。
2 銅帶坯水平連鑄機組
銅板帶鑄錠軋制法在生產的品種、規格、產能等方面優勢明顯，產品的組織、性能也容易控制，但是缺點是能耗較大、投資和生產成本比較高。銅帶坯水平連鑄的生產方法省去了鑄錠、初軋開坯和熱粗軋工序，工藝簡單，節約能源，符合“節能降耗”、“短流程制備”等生產要求，缺點是受到連鑄速度、連鑄坯厚度的限制，產量較低，合金種類及產品的規格也受到限制。因此，銅帶坯水平連鑄生產工藝比較適合中小型的銅板帶加工企業尤其是生產黃銅、錫磷青銅和鋅白銅的企業。
中色科技為適應中小企業多品種生產和大批量單一合金生產等方面的實際需求，研制開發出多種專用合金生產線，如鋅白銅連鑄機組、黃銅連鑄機組、錫磷青銅連鑄機組、高銅合金連鑄機組等。所研制的銅帶坯水平連鑄機組主要由熔化保溫爐組、工藝設備、機械設備、液壓系統和電控系統等組成，具有熔煉、鑄造、銑面、剪切、卷取等多種功能。機組在設備、液壓和電器控制等方面采用了多項創新技術，其中在結晶器的內部結構、冷卻水的控制方式、牽引機傳動控制方式、牽引輥的結構、卷取機輥組的布置等方面擁有獨創的技術優勢。機組總體性能如能耗、產能、單副結晶器的壽命等均達到了國際先進水平。
所研制的銅帶坯水平連鑄機組其生產工藝流程為：銅合金配料→熔化爐→保溫爐→結晶器→一次冷卻→二次冷卻→引錠→剪切→卷取。可以直接生產出供冷軋軋制的厚14～18mm，寬330～650mm的銅及銅合金帶坯，也可以在連鑄線外設置單獨的銑面機組，簡化連鑄機組的工藝，提高鑄造的質量和效率。生產帶材寬度450mm以下的機組一般同時生產兩條帶坯，生產帶材寬度大于450mm的機組一般為單帶坯生產。
以公司研制開發的470mm雙流銅帶水平連鑄機組為例來說明該類型設備的力能及工藝參數。1)可生產材料：黃銅、錫磷青銅等;2)帶坯條數：2條;3)帶坯寬度330~470mm;帶坯厚度15~18mm;4)最大卷重：10000kg;5)帶坯橫向厚差：<0.75mm;帶坯縱向厚差<0.30mm;鐮刀彎：≤15 mm/10m;卷取后料卷塔形：≤20mm;鑄造速度：150~190mm/min;卷取速度2.5~12mm/s;產能：以生產QSn6.5-0.1合金，產品規格2-450×16 mm為例，單位產能為1.27 t/h，以每年6000小時計，年產能為7620 t。
近年來，公司完成了多臺套銅帶坯水平連鑄機組的設計、制造、調試合同：1)廣州銅材廠有限公司2-450mm銅帶坯雙流水平連鑄機列;2)山西春雷銅材有限責任公司2-450mm銅帶坯雙流水平連鑄機列;4)山東菏澤廣源銅帶有限責任公司2-470mm雙流銅帶水平連鑄機組;5)安徽鑫科新材料股份有限公司2-450mm雙流銅合金鑄坯水平連鑄機列。
3 銅帶粗中軋機組
鋼鐵熱軋坯料一般在2~4mm，鋁板帶的連鑄連軋坯及熱軋坯料一般為3~8mm。相比之下，銅帶坯冷粗軋的來料厚度就比較大，從二輥銅板帶熱軋機生產出來的帶坯厚度一般為13~15mm。所以，這就給銅的粗軋機提出了有別于其它金屬特性的冷軋特點。同時，隨著用戶對產品性能需求的不斷提高，市場對現代化銅帶粗中軋機性能要求越來越高，這就要求銅帶粗中軋機及其生產工藝必須能夠適應市場多種合金、多種規格產品生產的需求。
根據現代化銅帶粗中軋機的技術特點，中色科技股份有限公司順應市場和用戶的需求，研制開發出了具有領先技術水平的以下3種類型的銅帶粗中軋機。
1)一端帶無芯卷取機的銅帶冷軋機：軋制厚帶時用無芯卷取機卷取，采用不可逆方式;軋制薄帶時用小卷筒卷取，實現可逆軋制。公司研制的φ260/φ600×560mm規格的四輥粗中軋機組為此種機型。利用我公司研制的該機型冷軋機進行生產的用戶有：福建紫金銅業有限公司、安徽精誠銅業股份有限公司，等;
2)帶中轂輪卷筒卷取機的銅帶冷軋機：特殊設計的ф500mm卷筒，可實現薄帶卷取和薄帶開卷，省去了薄帶開卷機。由于功能全面、配置緊湊、設備投資小，該機型受到了中小企業的歡迎。我公司研制的φ280/φ620×560mm四輥粗中軋機組屬于此種機型。利用我公司研制的該機型冷軋機進行生產的用戶有：東莞津工銅合金材料有限公司等;
3)帶大轂輪卷筒卷取機的銅帶粗中軋機：該機型為具有國際先進水平的新型銅帶冷軋機，是發展的主流機型，具有大張力、大軋制力、大扭矩的特點，機組的裝機水平，自動化程度、產品精度等都代表著國產同類軋機的最高水平。我公司研制的φ360/φ800×600mm規格的四輥銅帶粗中軋機屬于此類機型。使用該機型的企業有：安徽鑫科新材料公司、菏澤廣源銅帶有限責任公司、福建紫金銅業有限公司、中色(寧夏)東方集團有限公司、安徽精誠銅業股份有限公司、南通中天合金技術有限公司、太原晉西春雷銅業有限公司，等。
以中色科技為安徽鑫科新材料公司開發設計的φ360/φ800×600mm四輥銅帶粗軋機為例，來說明該類型銅帶粗中軋機的裝機水平和主要特點。其裝備特點有：
1)強有力的力能參數，可以實現大軋制力、大張力、大壓下率和大扭矩軋制，能夠適應各種銅合金的生產工藝要求;2)完備的機前、機后裝置及真空抽吸系統，能夠實現帶材的直頭送料、切頭尾、側導、強迫送料等功能，并有效提高帶材的表面質量;3)先進的厚度控制系統，配置了進口測厚儀，可以大幅度提高帶材的精度;4)電控系統采用了張力自動控制、卷徑自動測量、帶長自動測量記錄、自動留頭軋制等先進控制技術。
4 銅帶精軋機組
銅帶精軋機組一般是用來進行成品軋制或接近成品生產的裝備，此工序階段帶材對表面質量、板型精度、力能參數和生產控制精度都要求比較高。冷精軋階段，由于帶材產品較薄，所以其長度較大，為提高生產率又要求必須提高軋機的軋制速度。同時，精軋機軋制時除油的方式、裝置和除油效果又一直是世界性的難題。以上幾點要求，就給銅帶精軋機的研制和開發設計帶來一定的困難。
中色科技根據銅帶精軋機的生產工藝特點，主要從以下幾個方面對高精度的銅帶冷精軋機進行了研制開發：
1)最小軋制厚度與工作輥直徑。一般情況下，四輥軋機的軋制厚度不應低于0.1mm，或者用多輥軋機軋制為宜。當帶寬為450mm以下時，機組的工作輥選用Ф120~Ф150mm;當帶寬為450~650mm時，由于側彎與扭矩的關系，工作輥一般選擇Ф160~Ф260mm;
2)軋制速度。軋制速度對產品產能影響較大，由于精軋機出料帶材較長，就需要提高軋制速度。在沒有安裝板型儀的情況下，所設計的軋制速度一般最高為600m/min，這是因為如果不配置板型儀，操作手是不可能在較高的軋制速度下對板型實現有效操作控制的;
3)工作輥的驅動方式。隨著軋制產品的厚度逐漸減小，工作輥的直徑也有逐步減小的趨勢，而扭矩還要有所增加，直接采用工作輥驅動就存在一定的困難，支承輥驅動就成為了一種必然選擇。一般Ф120~Ф180mm的工作輥最好采用支承輥驅動，工作輥直徑再大的話就可以直接采用工作輥驅動;
4)軋制時的工藝潤滑。近年來，隨著道次壓下量的增加與軋制速度的提高，帶材軋制時溫升不斷提高。甚至有些硬質合金因溫度過高而使帶材表面變色，影響了產品的質量。因此，為了降低溫升并使成品帶材表面光亮，設計時在軋機出口側加大了軋制油的噴射量，進而有效降低了帶材的溫度。但是，這也帶來了新的問題，即增加了帶材除油的難度;
5)帶材除油。帶材除油裝置的開發和實際使用效果目前還是一個世界性的難題，為此，公司設計人員采用了很多辦法，盡最大可能去除帶材產品的軋制油。對輥除油裝置、真空抽吸裝置、雙尼龍條除油裝置、聚氨酯擠干輥除油裝置以及小鋼輥除油裝置的研制、開發與應用都在逐步提高帶材除油的實際效果。
中色科技研制的高精度銅帶精軋機，產品適用范圍廣、控制精度高、生產成本低、生產效率高，同時，設計中采用各種優化手段在保證整體性能的前提下，盡可能降低設備成本。如Ф150/Ф550×600mm規格精軋機組能夠軋制多種牌號、較大卷重、來料厚度為0.2～2mm的銅合金，最小可軋厚度可達0.1mm。采用高產能方案，單位卷重可達13.3kg/mm，機組的主要性能不低于國外同類軋機的設備水平。
使用中色科技研制開發的銅帶冷精軋機的企業較多，使用效果非常好，評價也很高。使用φ210/φ600×600mm規格的四輥可逆銅帶精軋機的企業有：山西春雷銅材有限責任公司、太原晉西春雷銅業有限公司;使用φ150/φ550×600mm規格的四輥可逆銅帶精軋機的企業有：安徽精誠銅業股份有限公司、太原晉西春雷銅業有限公司、安徽鑫科新材料有限公司、山東菏澤廣源銅帶有限責任公司、中天合金技術有限公司、沈陽東基集團有限公司。
5 銅帶拉彎矯直機組
控制好板型是銅及銅合金精密薄帶材生產控制指標中難度最大的課題。因為薄帶生產過程中影響板型的因素多而復雜，而且相互干擾。即使目前不少高精度的精軋機上已配置了板型測量及板型閉環控制系統，但某些板型缺陷在軋機上仍難以消除。而隨著拉彎矯直技術在銅及銅合金精密帶材生產工序流程中的應用，較好地解決了此類板型缺陷問題。
中色科技研制開發的高精度多輥銅帶拉彎矯直機組由開卷機、對中裝置、兩組S輥、多輥矯直機、糾偏裝置、卷取機、電控系統和液壓系統等設備組成。整套裝備自動化程度高，控制手段先進。在多輥銅帶拉彎矯直機組的研制過程中，我公司采用了如下較為先進的技術方案：1)入口、出口的張力輥組分別采用較為先進的8臺電機單獨驅動方式;2)23輥六重式結構形式的多輥矯直單元;3)帶材延伸率采用張力輥組間的速差控制模式，大大提高了延伸率控制精度;4)采用電氣多傳動控制系統方案;5)矯直機輥型分段調整，通過輥型控制可實現帶材橫斷面的延伸控制。
以中色科技為安徽鑫科新材料股份有限公司精密銅帶分公司研制的銅帶拉彎矯直機組為例，來說明其力能參數及產品工藝保證值。1)可生產材料：銅及銅合金;2)來料抗拉強度200~800N/mm2;3)來料屈服強度70~700N/mm2;3)機列最高速度：150m/min;4)卷重：6000kg;5)帶材厚度：0.1~0.8mm;6)延伸率：0~2%;7)延伸率控制精度：±0.02%;8)開卷張力：0.3~4.5kN;9)卷取張力：0.45~6.75 kN;10)張力輥間最大張力：58kN。
中色科技研制的多輥銅帶拉彎矯直機組是在綜合了傳統的輥式矯直機與純拉伸矯直機的基礎上發展起來的，它既克服了輥式矯直機無法矯直薄料的缺點，也打破了純拉伸矯直機產品適用范圍太窄、消耗功率大、成品率低的瓶頸，為較寬范圍的銅帶成卷矯直提供了可能。
6 銅帶脫脂清洗機組
銅及銅合金帶材在軋制和熱處理過程中表面會發生氧化，同時軋制后帶材表面會殘留有軋制油。隨著高端銅板帶產品在各行業中的應用日益廣泛，人們對帶材表面質量的要求也越來越高。因此，銅帶表面清洗技術也越來越受到銅加工企業的重視。銅帶表面清洗要做到脫脂(除油)、酸洗、拋光、鈍化、烘干，有時還要求涂一層保護油。
中色科技研制開發的450mm銅帶清洗機組設備由上卷小車、開卷機、直頭裝置、切頭剪、縫合機、堿液刷洗槽、冷水刷洗槽、酸洗槽、多級清洗槽、熱水沖洗槽、鈍化槽、烘干單元、控制輥、張力輥、切頭剪、偏導輥、卷取機、卸卷小車等組成。其主要設備特點有：1)采用提升式酸洗機;2)采用多級逆流清洗裝置;3)采用提升式鈍化槽。
機組的生產工藝過程為：開卷→三輥直頭→切頭剪→脫脂→冷水沖洗→酸洗→多級水洗→熱水沖洗→鈍化→烘干→張力輥→剪切→卷取。
450mm銅帶清洗機組有三大主要功能單元：脫脂及水洗單元、酸洗及水洗單元、鈍化烘干單元。另設一套除油裝置，如成品需要長期存放，可在其表面涂一層保護油膜。因此，根據生產需要，本機組可實現以下三種功能：1)表面脫脂、酸洗、鈍化或涂油;2)表面脫脂、鈍化或涂油;3)表面酸洗、鈍化或涂油。
作為表面處理設備，銅帶清洗機組將隨著用戶對高精度銅帶產品表面質量要求的不斷提高而發揮出越來越重要的作用，獨立的銅帶清洗機組也將以其靈活高效的生產工藝模式成為銅帶加工中必要的的精整設備，并逐漸在銅及銅合金精密帶材的生產中得到普及與應用。
7 結束語
本文對以中色科技制開發的銅加工設備及其生產技術為代表的國內銅板帶生產技術及加工裝備現狀進行了概述和介紹。隨著這些裝備及其生產技術的研制開發成功與投入使用，國內銅加工設備及生產技術與世界先進水平之間的差距正不斷的縮小，國產高端銅及銅合金精密板帶箔材的產能與質量也將大大提升。
目前，中色科技正在進一步研制開發符合國家產業政策和重點發展戰略行業的高端、高技術含量、節能的銅加工新型設備，如：
1)節能降耗、減少投資成本的短流程緊湊式爐卷軋機;
2)高控制精度、節能降耗、技術集成度高、可代替進口設備的X型6輥壓延銅箔軋機;
3)滿足市場需求、節能環保、提高生產效率、采用接觸式大電流安全電壓加熱并連續退火的銅箔清洗退火機組。
(關鍵字：銅板帶)
