钟罩式退火炉在黄铜线材退火中的应用

孔凡清

（中色（天津）特种材料有限公司，天津300380）

钟罩式退火炉在黄铜线材退火中的应用

孔凡清

（中色（天津）特种材料有限公司，天津300380）

为满足生产需求，将钟罩式退火炉应用于黄铜线材生产线。生产实践表明，应用钟罩式退火炉实现了光亮退火，使退火物料物理性能均匀一致，显著降低了生产成本，提高了产品质量和生产效率，取得了较高的经济效益和社会效益。

钟罩式退火炉；黄铜线材；退火

1 引言

中色（天津）特种材料有限公司黄铜生产线于2014年6月建成并投产，其具有国内先进水平。该生产线中包括一套RZ型电加热钟罩式退火炉机组，用于黄铜合金卷状线材退火热处理。RZ型电加热强对流罩式退火炉是消化吸收国外同类先进技术，结合国情研制开发的一种新型热处理专用设备。炉内装有大风量、高功率的热流风机，以保证炉内保护气氛形成强对流循环，从而达到优于其它炉型的炉温均匀性效果，确保退火材料物理性能均匀一致性。由于该设备设有密封内罩、抽真空、充保护气氛系统，能有效地防止退火材料表面氧化、脱锌等现象，能实现可靠的无氧热处理工艺要求，显著提高产品质量，降低消耗，提高生产效率，有效避免由于酸洗造成的环境污染。加热炉罩采用镍铬扁带和环保、高效、节能的新型耐火保温材料设计。经实践证明，该生产线升级改造后，不仅产品质量得到稳定和提高，而且黄铜线材退火工序还取得很好的经济效益。

2 改造前的生产状况

我公司原采用水平连铸法生产Φ12 mm黄铜盘条，单盘重300 kg左右，盘条进单罐拔丝机进行拉拔操作，采用非保护气氛退火实现各道次拉拔的中间退火过程，包括2台箱式退火电炉和4台井式退火电炉。退火能力：箱式退火电炉单台次1.5 t，井式退火电炉单台次1 t。

改造后生产线将采用上引连铸法生产线径Φ12 mm黄铜盘条，单重2 t，盘条进4辊纵列式线材连轧机组，出线Φ6 mm，线材外圈最大直径将达Φ1 200 mm，然后进行中间退火。

如果继续使用原有的明火退火炉，存在以下问题：

（1）大力提倡创建清洁文明工厂的大环境背道而驰；

（2）原明火退火炉的生产能力（单台次1~1.5 t较小，而新生产线Φ6 mm黄铜线材的单重达2 t；

（3）原明火退火炉设备陈旧，增加维修工时。

原有的明火退火炉已不能满足改造后生产线的退火要求，对原有退火设备必须进行更新改造经过反复论证，权衡利弊，计划选择钟罩式退火电炉。

3 钟罩式退火炉工作原理

钟罩式退火炉采用密封钟罩，使黄铜线材与外界空气隔绝，在加热、冷却过程中分别处于抽真空、惰性气体（氮气）保护、氨分解制氢还原气氛中，从而使黄铜线材表面无氧化层生成。

4 设备构成

钟罩式退火电炉由炉台、内罩、加热罩、冷却罩以及抽真空系统、电控系统、冷却系统、氨分解制氢系统组成。

（1）炉台2套，炉台底部用δ=12、40 mm厚Q235钢板与工字钢焊接成型，设密封槽和水冷装置，炉台凸面采用δ=8 mm厚1Cr8Ni9Ti不锈钢板卷制并压制成型，内部设有不锈钢加强支撑座，充填硅酸铝纤维保温。上部设有δ=10 mm厚不锈钢扩散器，采用活络方式固定，配有δ=30 mm厚炉底板，承重10 t，炉台底部装有专用炉用风机（1 480/ 740 r/min,37/10 kW）,电机采用水冷保护，在强对流风机的作用下，使炉内气氛、温度均匀一致，从而使退火材料能加速升温，节省了加热时间，提高了生产效率。

（2）内罩2套，内罩采用δ=6 mm厚SUS310S不锈钢板卷制焊接成型，法兰与下圈板焊接后再精车法兰下平面，以保障内罩与炉台橡胶密封圈的紧密配合，确保内罩的气密性。内罩筒体为波纹状结构，波纹经辊压成型，这种波纹结构使内罩增加了强度，使用寿命提高50%，辐射面积增加5%,提高了加热效率。

（3）加热罩1套，加热罩由δ=6、12 mm厚Q235钢结构与加强立筋焊接成型，顶部用工字钢加强，设有吊攀，底部不锈钢限位圈，并设有软密封凹槽。炉腔炉衬采用耐高温紧密型全纤维叠块，外覆一层耐高温高铝针刺毯，耐热保温性能好，内罩与加热罩密封采用石棉布包裹硅酸铝纤维制作成下端密封柔性密封圈，防止热量外溢，节能效果好，加热元件采用Cr20Ni80优质镍铬电阻扁带，加热功率210 kW，配有热电偶测温，保证加热罩内控温精确。

（4）冷却罩1套，采用δ=4 mm厚304不锈钢板卷制焊接成型，冷却罩上部安装2台冷却风机，并设有喷淋装置，具有风冷和喷淋水冷两种功能，首先由风扇进行冷却，温度低于300℃时，由风冷转为水冷，加速冷却过程。提高生产效率。

5 明火退火炉与钟罩式退火炉的工艺对照

（1）钟罩式退火炉采用氨分解制氢气和氮气在有保护气氛下实施退火全过程，因此钟罩式退火炉可实现光亮退火。

明火退火炉工作时，由于退火材料与热源直接接触，高温下，金属表层很容易氧化生成氧化皮，这些氧化皮须经过酸洗才可有效去除，不仅增加酸洗投入，酸洗过程还会消耗人力、物力及增加金属的无形消耗，废酸的排放还会污染环境。

改造前生产线工艺：Φ12 mm盘条→Φ8 mm（退火）→Φ5.2 mm（退火）→Φ2.7 mm（退火）→Φ1.67 mm（退火）→Φ0.8 mm成品。

从Φ12 mm盘条到Φ0.8 mm成品中间要退遍火，进行4遍酸洗过程，每次酸洗消耗黄铜约0.25%，总损失为1%，如生产1 t黄铜成品消耗量为10 kg，按铜锌现货价格计算10 kg黄铜价值为6.5 kg×36元/kg+3.5 kg×15元/kg=286.5元。

新生产线工艺：Φ12 mm盘条→Φ6 mm（退火→Φ2.67 mm（黄铜线大拉连拉连退生产机组，出线为软线）→Φ1.67 mm（退火）→Φ0.8 mm成品。

一瓶液氨价格1 200元，使用150 h，每小时费用为8元，每炉装炉量6 t。上例新生产线工艺在Φ6 mm和Φ1.67 mm两个工序后，在罩式炉上实施退火，退火时间为6.5+8.5=15 h，因此每吨成品消耗液氨的价格为15×8/6=20元，氨气费用抵消上述黄铜消耗，钟罩式退火比明火退火每吨成品减少成本266.5元。

（2）由于钟罩式退火炉内装有大风量热流风机使炉内保护气氛形成强对流循环，使炉温快速均匀确保退火材料物理性能的均匀一致性。其均匀性效果，优于其它炉型的设计。

（3）钟罩式退火炉的加热炉罩的设计采用镍铬扁带，新型耐火保温材料，加热罩的气密性高，使退火材料内罩处于一个封闭系统，热损失小，高效且节能。

（4）钟罩式退火炉配有冷却罩，2个炉台，1台加热物料，1台冷却出炉，也可以做到像明火退火炉一样半连续生产，周而复始，交替运行，提高生产率。

（5）钟罩式退火炉和明火退火炉的装炉量对比见表1。

表1 罩式退火炉和明火退火炉装炉量对比

（6）明火退火炉的出炉温度为600℃，钟罩式退火炉的出炉温度为70℃。

明火退火炉保温完毕即出炉，高温下线材容易挂壁而产生不合格品。

6 钟罩式退火炉在黄铜合金退火中的运用

（1）中间退火：目的是为了消除加工（即挤压、轧制、拉拔等）过程带来的冷作硬化，提高合金的塑性和韧性，使加工时产生的纤维组织经再结晶退火形成等轴晶粒，以便继续深加工。

（2）消除应力退火：是指线材在再结晶温度以下的退火，即低温退火。目的是为消除成品工序因加工变形带来的残余应力，但仍然保留冷作硬化效果（如材料硬度等）。

（3）成品退火：指产品的最终退火，也称为软线退火。

7 罩式退火炉在使用中应注意的问题

（1）钟罩式炉的炉台及内罩的气密性：气密性是钟罩式炉设备完好的重要指标。

（2）钟罩式炉所使用的保护气体纯度要高。

（3）钟罩式炉退火材料，在加工时所选用的润滑剂要求在高温下能够挥发，以免玷污金属表面，影响退火质量。

8 经济效益和社会效益

（1）实施罩式退火经济效益

2015年黄铜线材产成品1 800 t，按钟罩式退火比明火退火每吨成品减少成本266.5元计算。

节省资金：1 800×266.5=479 700元。

改造前每个季度消耗硫酸8 t，每吨硫酸价值1 200元，全年总消耗硫酸价值：8×4×1 200=38 40元。

全年节省资金：479 700+38 400=51.81万元。（2）实施钟罩式退火社会效益

由于钟罩式炉使用保护气而实现光亮退火，无需酸洗，在提高产品质量的同时，又保护了生态环境，在收获经济效益的同时，也取得了很好的社会效益。

9 结束语

（1）钟罩式炉采用氢气和氮气作为保护气，可实现光亮退火，无需酸洗。

（2）钟罩式炉底部设大风机强制炉气循环，可使退火物料物理性能均匀一致。

（3）钟罩式炉加热罩采用新型耐火保温材料节能效果好。

（4）钟罩式炉有两个炉台，可实现半连续生产（5）钟罩式炉装炉量大。

（6）钟罩式炉出炉温度低，成材率高。

（7）钟罩式炉可用于黄铜线材中间退火、消除应力退火、成品退火。

公司黄铜线材生产线建成并投产以来，钟罩式退火设备取得了很好的效果，在提高产品质量的同时又保护了生态环境。产品不仅满足了客户的需求，在收获经济效益的同时也取得了很好的社会效益。罩式退火设备与明火退火设备在使用上来说，钟罩式退火设备的优势是显而易见的，尤其是在大力提倡保护环境、大力开拓能源领域，以缓解目前的环境压力、能源压力，钟罩式退火设备与工艺必将得到越来越广泛的应用。

App lication of Bell Type Annealing Furnace to Brass W ire Annealing

KONG Fan-qing
(CNMC[Tianjin]Special Material Co.,Ltd.,Tianjin 300380,China)

In order to meet production demand,bell type annealing furnace was adopted at the production line of brass wire.Production practice showed that this type of annealing furnace realized bright annealing,homogenized the physical properties of annealing material,obviously reduced production cost,improved product quality and productivity and gained high economic and social benefits.

bell type annealing furnace;brass wire;anneal

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.05.012

2016-06-10

2016-06-22

孔凡清（1965—），男，工程师，主要从事铜及铜合金化学成分检验方面的工作。