钟罩式退火炉对高压阳极箔进行退火处理在工程设计中的研究

　ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ

有色金属加工Ｖｏｌ􀆰４７　Ｎｏ􀆰４Ａｕｇｕｓｔ２０１８

ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１－６７９５.２０１８.０４.０１１

钟罩式退火炉对高压阳极箔进行

退火处理在工程设计中的研究

陈宏才

(中色科技股份有限公司ꎬ河南洛阳４７１０３９)

摘　要:文章结合钟罩式退火炉特有的优点以及初步应用效果ꎬ阐述了该种设备在高压阳极箔生产车间工程设计中的设计方法及设计要求ꎻ在车间内有效的布局与其他工艺工序匹配ꎬ确保使用、物流、配套设备的应用条件ꎮ关键词:钟罩式退火炉ꎻ高压阳极箔ꎻ设计方法

中图分类号:ＴＧ１６６􀆰３　　　　文献标识码:Ｂ　　　　文章编号:１６７１－６７９５(２０１８)０４－００３７－０３

　　钟罩式退火炉是近年来在电解电容器所用高压阳极箔生产使用中出现的新型退火炉ꎬ根据高压阳极箔的性能及其使用要求改进而成ꎬ具有更先进的工艺技术和自动化水平ꎬ解决了以前常规企业生产所用小型真空退火炉的弊端(真空度不够、不满足退火要求、装炉量小、退火周期长、成品率低、设备维护费用高等)ꎮ选用钟罩式退火炉对高压阳极箔进行退火处理的设计研究ꎬ除了根据企业年产所需退火的高压阳极箔总量来确定以外ꎬ更关键还是要依据钟罩式退火炉自身的特点以及该设备具有的加热、冷却工艺来决定ꎮ

过程中箔材表面被氧化ꎬ退火过程中需要在炉膛内充入氮气或者氩气ꎮ

７６ｍｍꎬ宽度５００ｍｍꎬ厚度０􀆰０７~０􀆰１２５ｍｍꎬ卷重≤

工艺参数为ꎬ卷数２８个ꎬ外径６８０ｍｍꎬ内径

２　钟罩式退火炉的配置

２􀆰１　炉台

５００ｋｇꎬ卷垛重量≤１４ｔꎬ退火时间２６ｈꎬ冷却时间１５ｈꎮ

炉台是由型钢和钢板严密焊接成坚固的框架ꎬ底

部内置了循环风机ꎬ升温或者降温时可以快速将炉内温度达到均衡ꎮ整个炉台均采用金属耐热壳体ꎬ内填装绝热材料ꎬ通过循环风机将温差控制在一定范围内ꎬ防止温度不稳定对产品造成影响ꎮ目前研制的最新型钟罩式退火炉能够实现单炉１４ｔ的装炉量ꎬ大大提高了炉次的退火量ꎬ解决了常规小型退火炉装炉量问题ꎮ配套使用参数为ꎬ风机速度最大２２００ｒｐｍꎬ最２９００ｍｍꎮ

大流量约１３００００ｍ３/ｈꎬ堆垛直径２６００ｍｍꎬ卷垛高度

１　钟罩式退火炉对高压阳极箔进行退火的工艺参数

材料ꎬ有着高立方织构的要求ꎬ高压阳极箔进行真空退火目的就是为了可以获得该材料高立方织构的占有率ꎬ进而加强提高铝箔的扩面效果以及最终的电比容ꎬ有效的在电解电容器应用中储存电能ꎮ真空退火工序的复杂性严重影响着产品的质量ꎬ选择合适的退火设备可以很好的控制最终产品的性能要求ꎬ提高成品率ꎬ为企业获取更大的利益ꎮ

真空退火处理需要除去清洗过程中残留在高压阳极箔材表面的油脂ꎬ提高后续腐蚀的效果ꎬ同时可以生成大量的再结晶立方织构ꎬ保证{１００}面比率ꎬ提高静电容量ꎮ退火温度在２４０℃~６００℃ꎬ为防止退火

收稿日期:２０１８－０３－２１

高压阳极箔作为电解电容器用阳极箔中的高端

２􀆰２　内罩

内罩采用壁厚６ｍｍ的耐热合金钢罩板ꎬ带滚压

波纹ꎬ内部挂装筒状导流筒ꎬ周边装有吊装片ꎬ冷却完成后为了节省时间可用于和冷却罩一起吊运ꎻ底部带有通过机加工的密封法兰ꎬ扣在炉台上保持罩内的气密性ꎬ在抽真空时可以满足加热、冷却过程中的气体含量ꎮ

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　　有色金属加工

采用可移动式罩体ꎬ焊接钢板外壳ꎬ用型钢加强ꎬ

第４７卷

２􀆰３　加热罩

把这点研究清楚后才能根据內罩、加热罩的高度确定天车的最大起升高度ꎬ然后再进行下一步的厂房设计ꎮ

同时内壳与外壳中间填充耐火材料和绝热材料ꎬ表面经过固化处理ꎬ有效防止因温度过高引起的壳体变形ꎻ同时罩体带顶部支撑ꎬ配有吊钩安全装置ꎬ用车间内配置的天车吊运ꎻ内部植燃烧系统ꎬ确保快速升温ꎬ达到退火温度ꎮ烧嘴的额定燃料消耗量为１０５０ｋＷｈꎬ２􀆰４　冷却罩

烧嘴数量为６个主烧嘴ꎮ

同样采用加热罩的材质及结构ꎬ不同的是内部植

有水冷及风冷两种冷却系统ꎻ水冷系统采用喷淋方式ꎬ风冷系统采用鼓风机方式ꎬ两种系统同时使用ꎬ可以确保快速冷却以及恒温冷却的工艺要求ꎬ达到所需１７７００产品的材质要求ｍꎮ风冷系统的冷却空气流量约为２×

３２􀆰５　/ｈꎬ水冷系统的冷却水量为２３􀆰５ｍ３/ｈꎮ包括电气其他配置

、自动化控制系统ꎬ内罩、加热罩、冷却

罩的压紧系统ꎬ真空泵组系统ꎬ保护性气体站ꎬ排烟系统等ꎮ

３　钟罩式退火炉在车间内的布置研究

(１)图１平面布置研究

中○

Ａ－○Ｂ跨在工厂设计中表示钟罩式退火炉所在的退火跨ꎬ将所有满足产能要求的钟罩式退火炉合理布置在该跨中ꎬ便于工艺流程的顺畅以及物流生产的要求ꎮ图１中仅示意的是一组配套齐全的钟罩式退火炉ꎬ本文也是通过一组来对其进行工程设计研究ꎮ如果配置更多的组数需要根据企业年产所需退火的高压阳极箔总量进行计算ꎬ并通过工艺配置要求在满足安全生产的前提下按照间距顺向设计摆放ꎮ在工程设计研究中要有满足生产要求的消防通道ꎬ便于车间安全生产以及消防要求ꎬ图１中加热罩与炉台之间的空间可以合理设计为消防通道以及物流通道ꎬ该区域禁止摆放任何物品ꎬ并且用特殊颜色标识出来ꎮ

图１中○

Ｂ－○Ｃ跨表示工厂设计中所有钟罩式退火炉正常生产所需的公辅设施区ꎬ该区域配置有电气、自动化控制系统ꎬ內罩、加热罩、冷却罩的压紧系统ꎬ真空泵组系统２)图立面布置研究

ꎬ保护性气体站ꎬ排烟系统等ꎮ

２中需要研究注意的是天车的最大起升高度ꎬ

在工程设计中天车要确保加热罩与冷却罩能够顺利放置到炉台上ꎬ同时图中虚线加热罩起吊到最大高度后的最下端能够与內罩的最顶端有一定的安全距离ꎬ

图１　钟罩式退火炉在车间内的平面布置示意图Ｆｉｇ.１　Ｐｌａｎｅｌａｙｏｕｔｄｉａｇｒａｍｏｆｂｅｌｌ－ｔｙｐｅａｎｎｅａｌｉｎｇｆｕｒｎａｃｅｉｎｗｏｒｋｓｈｏｐ

图２　钟罩式退火炉在车间内的立面布置示意图Ｆｉｇ.２　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎｌａｙｏｕｔｄｉａｇｒａｍｏｆｂｅｌｌ－ｔｙｐｅａｎｎｅａｌｉｎｇｆｕｒｎａｃｅｉｎｗｏｒｋｓｈｏｐ

４　钟罩式退火炉的生产工艺流程

(１)在备料区合理规划区域备料

(图１)ꎬ将待中间退火与成品退火的铝卷分离开来ꎬ根据工艺要求ꎬ用人工方式或者机器人把需要退火的高压阳极箔按照料台要求堆垛整齐(２)ꎬ然后用天车把料台吊放到炉台上ꎮ

用天车把内罩吊放到炉台上吊放内罩、加热罩

ꎬ将料台整体罩住ꎬ启动液压系统用机械手臂将其压紧ꎬ同样的工艺流程再将加热罩吊起罩住内罩并压紧(３)打开真空泵组系统抽取真空

ꎮ

ꎬ抽出已经罩好并压紧的内罩中的空气ꎬ使其达到真空状态ꎬ并观察ＰＬＣ显示屏上

　第４期

　　有色金属加工

３９

的数据是否正常ꎮ

(４)注入保护性气体

进行手动干预ꎬ以纠正自动化过程的顺序而不影响任何安全功能ꎻ同时还可以将系统分为子—级可消除命令被复制的可能性ꎮ为确保信息的调用ꎬ自动控制系统会将过程的每一步都按年月顺序自动地记录下来ꎬ这些记录在过程控制系统中存档ꎬ任何时间都可以调用查看ꎮ

待ＰＬＣ显示屏上显示一切数据正常后ꎬ启动保护性气体站注入保护性气体(常规为氮气或者氩气)ꎬ这样可以有效保护铝卷材质在退火过程中不被氧化ꎮ

(５)开启燃烧系统并退火

通过自动化控制系统开启加热罩内置的燃烧系统(升温快ꎬ可以有效控制退火温度的波动)ꎬ对内罩２６ｈ后ꎬ即可达到产品的退火要求ꎮ

(６)冷却

进行加热升温ꎬ达到退火温度后进入恒温状态ꎬ恒温

５　结论

钟罩式退火炉具有本身构成的特性ꎬ尽管结构复杂ꎬ配置多ꎬ但是工艺先进ꎬ自动化程度高ꎬ可以有效完成高压阳极箔的退火处理ꎮ典型的优点就是退火量大ꎬ最大装炉量可以达到１４ｔꎬ减少了场地使用面积ꎬ有效减少了建设投资ꎮ

钟罩式退火炉自动化程度高ꎬ输入退火程序后开启按键即可对高压阳极箔完成退火处理ꎮ合理的配置还可以减少劳动定员ꎬ在实际生产中无需太多操作人员即可完成退火过程ꎬ大大节省了劳动力ꎬ为企业生产节约了成本ꎮ工程设计研究中ꎬ合理的平面布局与立面设计ꎬ可有效确保厂房施工中的合理性ꎬ减少企业投资ꎬ确保安全生产ꎮ

参考文献

[１]肖亚庆.铝加工技术使用手册[Ｍ].冶金工业出版社ꎬ２００５:[２]傅祖铸.有色金属板带材生产[Ｍ].中南大学出版社ꎬ２００５:[３]ＧＢ－Ｔ３６１５－２００７电解电容器用铝箔[Ｓ].２００７.

吊起加热罩ꎬ然后将冷却罩罩住内罩并压紧ꎬ首先开启风冷系统ꎬ通过筒状导流筒对其内部进行风冷ꎬ待ＰＬＣ显示屏的温度降至２００℃之后再开启喷淋装置对其进行水冷ꎬ可以有效保护内罩ꎬ确保使用寿命ꎮ该过程持续１５ｈ后可以达到室温ꎬ最后通过压缩空气排出罩内的保护性气体ꎮ

(７)吊走内罩ꎬ取出成品

吊走内罩ꎬ将成品取出ꎬ完成退火工序ꎮ

除了向炉台中装料和出料以及移动内罩、加热和冷却罩外ꎬ整个过程全部自动控制ꎮ根据高压阳极箔的性能及退火要求ꎬ将设定值输入钟罩式退火炉的ＰＬＣ系统中ꎬ启动退火程序即可开始退火ꎬ直到退火结束ꎬ无需操作员输入任何命令ꎮ为了更好地观察设备状态ꎬ可以很容易地从可视化系统中调用重要信息ꎮ如果退火过程中出现不稳定情况ꎬ操作员也可以

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｅｌｌＴｙｐｅＡｎｎｅａｌｉｎｇＦｕｒｎａｃｅｆｏｒ

ＡｎｎｅａｌｉｎｇＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＡｎｏｄｅＦｏｉｌ

(ＣｈｉｎａＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.ꎬＬｔｄꎬＬｕｏｙａｎｇ４７１０３９ꎬＣｈｉｎａ)

ＣｈｅｎＨｏｎｇｃａｉ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｂｅｌｌ－ｔｙｐｅｆｕｒｎａｃｅꎻａｌｕｍｉｎｉｕｍｆｏｉｌｆｏｒｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅａｎｏｄｅꎻｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ