謝 磊，計(jì) 江，蘇旭濤，錢廣闊，高朝波

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

銅帶產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于家電、電子信息、智能終端、航空航天等多個(gè)行業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的作用。隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，高性能集成電路工程也被列入國家戰(zhàn)略新興發(fā)展規(guī)劃的重大工程。眾所周知，高精銅帶是集成電路中的關(guān)鍵框架材料，其力學(xué)性能、表面質(zhì)量具有很高的要求。

高精銅帶軋機(jī)是銅帶產(chǎn)品最重要的生產(chǎn)設(shè)備，高精銅帶由于其對表面質(zhì)量的要求很高，通常采用軋制過程中對軋輥及銅帶表面噴淋軋制油的方式進(jìn)行軋制。軋制油的特點(diǎn)是粘度較大，對銅帶表面粘附性較強(qiáng)，一旦附著在銅帶表面就不容易被去除。銅帶軋機(jī)如果軋制過程中銅帶表面含油量大，會產(chǎn)生問題：(1)不僅會影響到銅帶的板形，也會嚴(yán)重影響軋機(jī)的軋制；(2)在銅帶卷取時(shí)如果表層油膜厚，容易使銅帶打滑造成銅卷錯(cuò)層、塔形，影響卷取質(zhì)量甚至出現(xiàn)塌卷事故；(3)銅帶表面含油量大，對測厚儀的測量結(jié)果會產(chǎn)生影響；(4)高精銅帶軋制時(shí)所用的軋制油價(jià)格較高，若銅帶表面含油量大會造成軋制油損耗較大，提高了生產(chǎn)成本也不利于環(huán)境保護(hù)；(5)軋制后的銅帶表面含油量大會增加后續(xù)的脫脂、退火工序的難度。

1 銅帶表面殘留軋制油原因分析

銅帶軋制時(shí)，會向軋機(jī)入口側(cè)的銅帶表面和支承輥、工作輥輥面噴射軋制油，以增加潤滑，降低銅帶溫度，提高帶面質(zhì)量。入口側(cè)噴射的軋制油大部分會被輥系所阻擋，但少部分會進(jìn)入軋機(jī)出口側(cè)。

如圖1所示，當(dāng)軋制方向由左向右時(shí)，軋制油從左側(cè)噴射，此時(shí)上工作輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，上支承輥順時(shí)針轉(zhuǎn)動。隨著支承輥的轉(zhuǎn)動，噴射到上支承輥輥面上的軋制油一部分會順著輥面從入口側(cè)甩到出口側(cè)，落到出口側(cè)銅帶上表面。

圖1 四輥軋機(jī)銅帶運(yùn)動與軋輥轉(zhuǎn)動關(guān)系示意圖

如圖2所示，由于銅帶自身厚度，上下工作輥輥面軋制時(shí)候存在間隙，隨著上、下工作輥軋制時(shí)向著輥縫方向轉(zhuǎn)動，噴射到工作輥輥面上的軋制油一部分會從工作輥間隙處甩到出口側(cè)并附著到銅帶表面。

圖2 銅帶軋機(jī)軋制時(shí)工作輥輥縫示意圖

在軋制過程中，大量的軋制油噴射會隨著軋制熱形成油霧，一部分油霧在出口側(cè)冷凝后形成油滴，在重力的作用下掉落在銅帶表面。

2 現(xiàn)有的帶面除油技術(shù)

由于軋制油對銅帶表面粘附性較強(qiáng)，一旦附著在銅帶表面就不容易被去除。目前銅軋機(jī)除油問題已屬于行業(yè)性的難題，各銅板帶加工企業(yè)及銅軋機(jī)設(shè)備成套方均投入大量精力對除油問題進(jìn)行研發(fā)，也提出了多種解決方案,基本從兩個(gè)方面著手。

(1)通過除油輥的擠壓、阻擋來去除帶面上的軋制油，常見的是四輥除油裝置，四根輥?zhàn)臃譃閮蓪?，各自上下對稱布置。在軋制時(shí)，出口側(cè)的四輥除油裝置輥面貼緊銅帶，并施加一定的壓力，使得銅帶表面的軋制油被擠壓去除。開發(fā)出的3M輥式除油輥，在擠油的同時(shí)，輥?zhàn)硬牧蠈堉朴瓦M(jìn)行吸收，除油效果較好。輥式除油的缺點(diǎn)是當(dāng)銅帶厚度較薄時(shí)，輥?zhàn)拥臄D壓力會影響銅帶的厚度、板形及帶面粗糙度，而3M輥因其造價(jià)高，壽命短，也沒有得到廣泛應(yīng)用。

(2)通過氣刀吹掃來去除帶面上的軋制油，氣刀按一定數(shù)量，一定角度布置在出口側(cè)銅帶附近，通以0.4～0.6 MPa的高壓壓縮空氣，通過高壓氣體來將帶面上的軋制油吹除。這種方法除油效果較好，但氣刀噪音較大，在軋機(jī)操作區(qū)域造成了噪音污染，吹除后的軋制油霧化造成了軋制油的損耗及環(huán)境污染。

可以看出，兩種方案都具有明顯的缺點(diǎn)，本文分析了現(xiàn)有兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)，對目前現(xiàn)有的銅軋機(jī)除油技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)研發(fā)。

3 改進(jìn)措施

為解決銅軋機(jī)除油問題，本文從源頭著手，采取“以防為本，防治兼顧”的思路。即防止軋制油從軋機(jī)入口側(cè)進(jìn)入出口側(cè)，防止軋制油落在銅帶表面，因?yàn)檐堉朴驼掣叫院茫坏┞湓阢~帶表面就會形成一層油膜，很難再除去。以防為本就是要盡最大努力在源頭將軋制油與銅帶隔絕。同時(shí)，在防的基礎(chǔ)上，將落在銅帶表面的少量軋制油除去。

軋制油從入口側(cè)進(jìn)入出口側(cè)并落到銅帶表面主要通過三種途徑：①上支承輥的轉(zhuǎn)動將噴射到上支承輥上的軋制油甩到出口側(cè)；②工作輥輥縫存在間隙，軋制油隨著工作輥的轉(zhuǎn)動，從間隙處甩到了出口側(cè)；③被霧化的軋制油冷凝后滴落到出口側(cè)銅帶表面。因此，本文“以防為本”從該三方面入手，阻止軋制油從這三個(gè)途徑進(jìn)入軋機(jī)出口側(cè)。

為防止軋制油隨著上支承輥的轉(zhuǎn)動被甩到軋機(jī)出口側(cè)，中國重型院研發(fā)了一種上支承輥清輥裝置。如圖3所示，該清輥裝置安裝在上支承輥正上方，主要由清輥架，左、右兩個(gè)斜刮油板和中間的立刮油板組成。清輥架安裝在上支承輥兩個(gè)軸承座之間，用于固定刮油板；左、右兩個(gè)斜刮油板傾斜呈一定角度對稱安裝在清輥架上，斜刮油板是由兩塊支撐板中間夾一塊很薄的(T=0.5 mm)特殊合金材料刮片組成，工作時(shí)，刮片一端以近似相切的角度緊貼支承輥輥面，將順著輥面甩過來的油全部刮除；立刮油板垂直安裝在清輥架上，其刮油片是聚酯材料，工作時(shí)刮油片緊貼支承輥輥面，將極少部分沒有被斜刮油板刮除的軋制油去除。

圖3 上支承輥清輥裝置剖面圖

為防止軋制油從工作輥輥縫間隙進(jìn)入軋機(jī)出口側(cè)，以及霧化后的軋制油冷凝后滴落到銅帶表面，中重院研發(fā)了一種銅軋機(jī)防纏裝置，如圖4所示，這種防纏裝置安裝在銅軋機(jī)機(jī)架內(nèi)部，由上防纏裝置和下防纏裝置組成，上、下防纏裝置各分為兩部分，對稱布置在軋機(jī)的入口側(cè)及出口側(cè)。上防纏裝置主要由導(dǎo)板、軋制油噴射裝置、氣刀吹掃裝置、防濺板、上穩(wěn)定輥等組成。導(dǎo)板斜向布置，與銅帶軋制線成一定角度，導(dǎo)板可以在油缸的作用下移進(jìn)或退出機(jī)架，軋機(jī)工作時(shí)，導(dǎo)板移進(jìn)機(jī)架，導(dǎo)板頭部靠近工作輥輥面，僅留2～3 mm間隙，此時(shí)導(dǎo)板可將機(jī)架上層空間與銅帶隔絕，機(jī)架上層飛濺的軋制油及霧化后冷凝滴落的軋制油均可落在導(dǎo)板上，導(dǎo)板上布置有若干導(dǎo)流槽，可以將這部分軋制油引導(dǎo)到導(dǎo)板兩側(cè)，當(dāng)軋機(jī)需要換輥或檢修時(shí)，導(dǎo)板退出機(jī)架。軋制油噴射裝置安裝在導(dǎo)板上方，與導(dǎo)板同進(jìn)退，在軋機(jī)工作時(shí)，噴射裝置噴嘴靠近軋輥，提高了噴射效率。氣刀吹掃裝置分為工作輥輥縫邊部吹掃裝置和銅帶表面吹掃裝置兩部分，其中工作輥輥縫邊部吹掃裝置安裝在導(dǎo)板頭部兩側(cè)，在軋機(jī)工作時(shí)氣刀噴嘴靠近工作輥兩側(cè)輥縫，可以將輥縫甩到軋機(jī)出口側(cè)的軋制油吹除；銅帶表面吹掃裝置安裝在導(dǎo)板尾部，用于對銅帶表面進(jìn)行吹掃。防濺板用于防止機(jī)架上層飛濺的軋制油濺出機(jī)架。上穩(wěn)定輥安裝在機(jī)架外側(cè)，用于和兩個(gè)下穩(wěn)定輥配合，在軋機(jī)工作時(shí)壓緊銅帶，形成一定包角，起到穩(wěn)定軋制張力，兼實(shí)現(xiàn)擠油功能。下防纏裝置結(jié)構(gòu)組成及功能與上防纏裝置相似，布置在銅帶軋制線下方。

該清輥裝置及防纏裝置是專門針對進(jìn)入軋機(jī)出口側(cè)的軋制油而研發(fā)，理論上可以將絕大部分軋制油與出口側(cè)銅帶隔絕。此時(shí)出口側(cè)銅帶表面上只會殘存極少量的軋制油，這部分軋制油通過防纏裝置中的穩(wěn)定輥擠壓，基本上可以完全去除。

4 實(shí)施效果

在銅板帶加工行業(yè)，一般通過考核薄帶(T≤0.3mm)軋制時(shí)可以穩(wěn)定生產(chǎn)的軋制速度，亦可通過目測法觀察銅帶的卷取齊整度、軋機(jī)出口側(cè)銅帶表面殘油多少，來評價(jià)全油軋制軋機(jī)的除油效果。若薄帶軋制時(shí)，速度可以穩(wěn)定在400 m/min以上，且卷取后的銅卷齊整無錯(cuò)層，銅帶表面無明顯殘油，即可認(rèn)為軋機(jī)除油效果較好，滿足生產(chǎn)需求。

本文所論述的基于“以防為本，防治兼顧”思路研發(fā)的全油軋制銅帶軋機(jī)除油新技術(shù)目前已被應(yīng)用到多套由中國重型院總成套的銅帶中精軋機(jī)組，具體應(yīng)用設(shè)備列表見表1。由表可見，使用除油新技術(shù)后的軋機(jī)實(shí)際使用速度均達(dá)到了設(shè)計(jì)最高速度，最快可達(dá)480 m/min。如圖5所示為中國重型院為江西云泰銅業(yè)有限公司成套的600 mm四輥可逆精軋機(jī)組的顯示屏操作界面，可以看出在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的軋制速度已經(jīng)達(dá)到480 m/min。如圖6所示為軋制速度480 m/min時(shí)卷取的銅卷，可以看出銅卷側(cè)邊齊整，無塔形、錯(cuò)層等現(xiàn)象。如圖7所示為軋制過程中的銅帶，可以看出銅帶表面光潔，無明顯可見的殘留軋制油。由此可以得出結(jié)論，本文銅帶軋機(jī)銅帶除油新技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中除油效果較好，解決了全油軋制生產(chǎn)中除油難的問題。

表1 銅帶除油新技術(shù)應(yīng)用廠家及機(jī)組列表

圖5 江西云泰銅業(yè)精軋機(jī)操作界面

圖6 480 m/min軋制時(shí)卷取的銅卷

圖7 480 m/min軋制時(shí)的銅帶表面

5 結(jié)束語

由中國重型院開發(fā)的全油軋制銅帶軋機(jī)帶面除油新技術(shù)，通過分析軋機(jī)出口側(cè)銅帶表面出現(xiàn)大量軋制油的原因，采取“以防為本，防治兼顧”的思路，針對性的研發(fā)了支承輥清輥器和防纏裝置，成功的將軋制油與出口側(cè)銅帶隔絕。這種除油新技術(shù)已被成功應(yīng)用到了多臺銅帶軋機(jī)上，取得了較好的除油效果，為用戶帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也得到了用戶的肯定，在銅板帶軋制生產(chǎn)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用推廣前景。