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1、双层卷焊管钢带镀铜工艺分析及生产线设计陶锦（湖北荆大精密钢管实业有限公司，湖北 荆州 430056）摘 要：镀铜钢带是制造双层卷焊管的原料。为提高镀铜生产线效率，本文在对传统钢带镀铜生产线上料和电解除油等方法及装置进行改进的基础上设计了双层卷焊管钢带镀铜生产线， 重点研究了双层卷焊管钢 带镀铜工艺流程，分析了生产线设备组成及其特点；基于环境保护需求，提出了双层卷焊管镀铜生产线清 洁化生产方式。关键词：双层卷焊管；镀铜；电解；清洁化生产引言镀铜钢带主要用于生产各类单层焊管、 双层卷焊管 （邦 迪管） ，用其制造的小口径双层卷焊管广泛用于汽车、冷冻 设备和电热电器中制作刹车管、燃料管、润滑油管、加
2、热或 冷却器等1。钢带镀铜生产线是指在高精度、冷轧退火钢带 表面镀铜2。国外对镀铜技术的研究始于 1837 年，当时俄 国的雅可比和英国的司本沙等在进行原电池实验时， 发现了 镀铜现象，并从 19 世纪 40 年代开始用于生产3。目前国内 应用的主要镀铜工艺是氰化镀铜和无氰镀铜。 氰化镀铜具有 镀层结构细致、 镀层和钢铁基体结合牢固、 对镀前处理要求 不太苛刻、 镀液对杂质容忍性强等优点， 一直占据电镀领域 的统治地位4。连续镀铜生产线布局主要有卧式和立式两 种， 立式连续镀铜生产线是在传统卧式电镀模式上， 采用先 进的技术和设备，如导电辊、电源系统、恒张力卷取机等， 具有投资少、见效快等优点
3、5。本文设计的双层卷焊管钢带镀铜生产线为立式连续镀 铜生产线，与传统的单线单通道生产线相比，其为双头、双 股直线型生产线，采用单通道、双工作面设备布局形式，其各股钢带的带速、 整流电流和镀液循环系统可单独调节和控制。因此，该生产线可根据管材规格和生产计划，同时生产不同钢带宽度、 不同镀层厚度的多品种双层卷焊管所需的镀 铜钢带，进而节省劳力，生产操作、管理和维护方便，工作 路径短，设备占地面积小。1 双层卷焊管钢带镀铜生产线工艺分析 双层卷焊管钢带镀铜是指采用氰化物镀铜工艺， 快速高效地在钢带表面镀上一定厚度铜层的工业生产过程。 首先将 成品钢带平放于带阻尼刹车的上料装置上， 钢带在牵引力的 作
4、用下依次经过碱洗槽、水洗槽、电解除油槽、酸洗槽、预 镀槽、镀铜槽等，使钢带表面均匀镀上一定厚度的铜层。为 避免钢带表面残存水分而出现锈斑，需经过电加热烘干系 统，以保证镀铜钢带表面在卷曲前充分干燥。1.1 原材料需求分析 镀铜钢带的原材料为外购产品， 要求深冲性好， 非时效性高，满足制管工艺性能。外观要求板型平直，无缺边、裂 边、锯齿边、波边，成卷整齐，两侧面平整；表面不允许有 裂纹、折线、疤痕、划伤、孔洞、分层、夹渣等，不得有氧 化、锈蚀；表面涂油时可选用易于用弱碱清洗的非矿物油。钢带化学成份见表 1，钢带机械性能见表 2。表 1 镀铜钢带化学成份表CMnAlSiSP0.025-0.050.
5、2-0.50.02-0.050.020.0150.015表 2 镀铜钢带机械性能要求表1.2 双层卷焊管钢带镀铜生产线工艺要求及流程双层卷焊管制造所需的双面镀铜冷轧钢带的铜镀层主 要起钎焊作用，要求镀层结晶致密、镀层厚度均匀，且与钢带基体结合牢固；铜镀层纯度越高、钎焊温度越稳定，管材bs5HR30T270-370Mpa180-260Mpa32%46-52陶 锦：双层卷焊管钢带镀铜工艺分析及生产线设计79焊接质量越好，因此，必须选用优质的铜阳极材料；镀铜工艺选型时， 镀液不得选用有机溶液配方和有机添加剂， 以防 止铜层中有机物夹杂，造成镀层发脆、气泡，制管钎焊层出 现碳化、夹层现象。鉴于上述特殊
6、的工艺要求，本文设计双层卷焊管钢带镀铜生产线工艺流程如图 1 所示， 其中上卷接带中的钢带为外购产品，产品性能及规格满足镀铜工艺需 求。图 1 双层卷焊管钢带镀铜生产线工艺流程图双层卷焊管钢带镀铜工艺流程是进行设备选型、 机组布局的依据。在生产流程中，上卷接带、开卷、开裁为人工作 业，碱洗、冷水洗、酸洗、预镀、镀铜、表面钝化、烘干、 牵引与成卷为机械化作业。1.3 双层卷焊管钢带镀铜生产线关键工序（1）电解碱洗 电解碱洗是指依靠电解作用，强化钢带表面的除油效果，加快除油速度，以防止铜镀层与钢带结合不牢、双层管 制造过程中管材表面出现铜层起皮和露钢、 管材内部钎焊层 出现夹层和虚焊等缺陷， 从而
7、避免出现大量残次废品、 汽车 管刹车性能减弱和漏油漏气等潜在危害。 电解碱洗液采用新 型节能环保的常温无磷电解除油剂配制，溶液的操作温度 低、蒸发量小、工作环境好、生产能耗低、废水污染排放物 少。（2）镀铜采用“高浓、高速、高温”的氰化镀铜工艺，在钢带两面快速、 均匀地镀上厚度均匀的铜层， 以作为双层卷焊管制 造中的钎焊层。 镀液工艺配方采用国外同类生产线的同一配 方，组分物质仅有氰化亚铜、氰化钠、碳酸钠和少量氢氧化 钠，具有槽液成分简单、操作维护方便、镀铜结晶细致、与 基体结合力好、镀液分散能力和深度能力高等特点。（3）钝化 钝化液组分物质采用苯并三氮唑有机钝化剂。 作为一种安全、 特效的铜
8、层缓蚀物质， 它与铜形成的钝化层具有耐磨、 抗水等特点， 且对金属的传热、 导电和钎焊性能没有丝毫影 响。双层卷焊管钢带镀铜生产线上的钝化槽液配置浓度很 低，仅为 1.5-2%，槽液工作温度 50-65。钝化液除了防 止铜层变色氧化和腐蚀外， 其高温溶液还更有利于钢带表面 残留物的清洗彻底和带材表面水分的快速蒸发。2 双层卷焊管钢带镀铜生产线设备组成图 2 双层卷焊管钢带镀铜生产线布局示意图80陶 锦：双层卷焊管钢带镀铜工艺分析及生产线设计双层卷焊管钢带镀铜生产线是指采用氰化物镀铜工艺，快速高效地在钢带表面镀上一定厚度铜层的工业生产作业 线。根据工艺流程，该生产线主要设备有开卷机、各镀洗槽 体
9、、烘干机、成卷机等，其中上料装置和电解除油装置是在 传统钢带镀铜生产线上料和电解除油装置的基础上进行改 进的。双层卷焊管钢带镀铜生产线示意图如图 2 所示。2.1 双层卷焊管钢带镀铜生产线关键设备（1）上料装置 上料装置属于加工行业的辅助设备， 用于在生产中安置并释放板材卷料。 由于常用装料架安放板材卷料不便， 对卷 料撑紧度的调节也很麻烦，因此本文设计了一种安放简便、 对卷料撑紧度调节方便的开卷装置， 只需单手操作即可， 结构简单、使用便捷。其结构简图如图 3 所示。电解，从而除去油污。基于生产场地需求，该装置以钢带和电解液为导体，两端安装钢板作为电极，采用阴极电解、阳 极除油方法实现镀铜在
10、线电解除油工艺。其结构图如图 4 所示。1-整流器；2-钛阳极板；3-不锈钢阴极板；4-钢带图 4 电解除油装置结构示意图2.2 双层卷焊管钢带镀铜生产线主要技术指标及其参数双层卷焊管钢带镀铜生产线主要技术指标包括钢带宽 度、钢带厚度、生产速度、镀层厚度、带卷内径和带卷外径 等。具体指标如表 3 所示。表 3 双层卷焊管钢带镀铜生产线主要技术参数尺寸规格（mm）钢带速度（m/s） 镀铜厚度（um）图 3 上料装置结构简图4-6.358-125-105-102-43-5（2）电解除油装置电解除油装置将需电镀的钢带作为电解池的阴极或阳 极， 在直流电的作用下， 使置于其中的碱性溶液中钢带进行3 双
11、层卷焊管钢带镀铜生产线废水处理系统图 5 双层卷焊管钢带镀铜生产线废水处理系统图双层卷焊管钢带镀铜生产线采用电镀工艺， 电镀废水的水质复杂、 成分不易控制， 且其关键工序镀铜采用的是 氰化电镀， 在钢带镀后清洗水中含有毒性很强的氰化钠和氰 化亚铜， 因此必须对生产线排放的清洗水进行处理并达标后 方能排放。本文采用了“一水多用”方法处理双层卷焊管钢 带镀铜生产线废水。 水洗后的镀液通过循环泵排入碱洗池或 者酸洗池中，以达到清水循环利用、节约水资源的目标。酸洗槽、 碱洗槽和电镀槽排出的废液基于综合处理方法， 将废液排入三废治理站的酸碱中和池中， 进行净化处理； 将有毒废液经化学处理，使其达到国家排
12、放标准后排出。其中，净 化处理是基于生产需求和国家环保政策， 引进了一套全自动 废水处理装置实现的，该装置集机械搅拌、投料反应、絮凝 沉淀和过滤除渣于一体， 设备的集成化和自动化程度高， 可 实现无人管理。 该装置处理后的废水的出水水质分别为： Cu0.5mg/l、CN0.3mg/l、PH=69，完全能够达到国家规定的废水排放标准。 双层卷焊管钢带镀铜生产线废水处陶锦：双层卷焊管钢带镀铜工艺分析及生产线设计81理系统图如图 5 所示。4 总结 本文基于双层卷焊管钢带镀铜工艺和传统钢带镀铜生产线， 改进并设计了双层卷焊管钢带镀铜生产线， 具体表现 为： （1） 改进后的电解除油装置能很好解决镀铜
13、生产线中除 油装置占用面积大的问题，从而节约空间和材料； （2）废水 处理系统采用循环装置， 使得可用槽液循环利用， 大大降低 能耗。 该生产线改进和完善了传统生产线存在的问题， 进一步保证了生产线的安全、稳定、高效运行。安装, 1999(10): 8-10.3 王树森. 无氰镀铜工艺研究D. 大连: 大连海事大学,2009.6. 4 陈春成. 碱性无氰镀铜新工艺J. 电镀与环保,2003(4): 10-11. 5 王 平, 程淑英, 赵国庆, 等. 立式连续钢带镀铜生产 线J. 轧钢, 1992(3): 42-44.6 王 荆. 冷轧生产线钢卷包装机组监控系统设计及研究 D. 重庆: 重庆大
14、学,2007.5.7 刘万里. 电镀工艺加工过程中的清洗J. 洗净技术,2004, 2(8): 5-13. 8 胡延平. 电镀行业发展与实施清洁生产C/2002 北 京电镀行业清洁生产研讨会论文集. 2002.9 朱立群. 清洁生产与电镀技术发展C/贵阳电镀协会成立二十周年年会论文集. 2004.参考文献1 付胜良. 精密镀铜钢带电镀工序工艺特点分析J. 黑龙江冶金, 1997(1): 18-19.2 赵 红, 梁秀云. 钢带镀铜生产线设备安装工法J.（上接第 86 页） 通过上表分析过程可知， 这套熔盐供热系统主要危险来自各种原因引起的熔盐炉干烧熔盐盘管，可能造成设备损 毁。因此，需要采取的
15、保护措施有：（1）控制室内对 DCS 的熔盐炉出口温度（TI402）设置 超温声光报警信号。（2）控制室内对熔盐泵的出口流量（FI401）设置低流 量报警信号。（3）控制室内设置熔盐泵的跳闸报警信号，熔盐炉操 作室设置跳闸联锁停炉措施。值得指出的是， 某化工厂的熔盐供热系统设置了上述第（1） 项的超温报警， 并在控制室设置了泵的电流指示信号， 但由于这些报警信号非声光信号而未能引起操作人员的注 意，从而造成烧坏炉体和盘管的生产事故，造成 30 多万元 的直接经济损失。4 HAZOP 分析要点（1）分析人员应非常熟悉工艺过程，了解设备或管道 内的物料及其运行状态， 清楚各种工艺参数， 以及设备的
16、结 构等。（2）分析节点应覆盖所有的 PID 工艺参数和所有的设 备、设施，并关注其中的重要节点。（3） 应清楚每个节点的分析结果， 是正常调整的过程，还是可能直接引起火灾、爆炸、急性中毒等严重后果。对于能引起严重后果的节点， 应采取冗余的安全措施及清晰的报 警信号。（4）分析节点比较丰富，除了对温度、压力、流量等 基本节点外，对塔类设备，还应分析到泄漏、静电后果，对 换热器应分析内漏后果， 对泵应分析跳闸的后果， 对管道应 分析相逆的后果，对大机组应分析联机运行控制系统。5 小结 当代科学技术进步的一个显著特征是设备、 工艺和产品越来越复杂， 过去仅靠经验来防止事故发生已不能满足现代 化生产的需要。HAZOP 分析法以其系统化、具体化的安全分 析过程，被广泛应用于初步设计、制造安装、生产操作、技 术培训等各个阶段。使用 HAZOP 分析方法，要求分析人员清楚了解生产工 艺， 这可能会涉及企业的技术秘密问题， 另外该
