退火机是利用接触式短路退火原理.docx

铜线退火后立即出现或经一段时间后出现表面变色、发黑的现象，可以认为是一种腐蚀过程。

根据金属的腐蚀理论，金属腐蚀是金属表面或界面上进行的化学或电化学多相反应，使金属转入了氧化状态。

由腐蚀过程的特点看，可把金属腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。

铜线退火过程中出现的表面变色、发黑的现象，可以认为是化学腐蚀为始，继而发生电化学腐蚀。

退火产品降温出罐后，其表面出现的腐蚀现象以继续进行的电化学腐蚀为主。

金属的腐蚀是十分复杂的过程。

环境介质的组成、性质、温度、金属的表面状态、化学成分、组织结构、应力状态都可对腐蚀造成很大的影响。

铜在空气中的氧化，常温下就可以进行，在铜表面生成一层很薄的氧化膜。

在退火罐内，高温下最易引起铜化学腐蚀的原因是罐内含有一定浓度的氧，如罐内未抽净的空气、保护气中含有的氧气、冷却过程中罐内保护气压低于大气压时因密封不严而渗入的空气等。

退火罐内的氧在450～500℃的条件下与铜发生如下反应：

（1）

（2）

在式

（1）、式

（2）中，氧化物的平衡氧压分别是10-12Pa和5×10-16Pa。

为了验证退火罐内氧对铜线的腐蚀作用，我们在试验室中利用真空炉模拟实际的退火工艺（但不通保护气）对紫铜试样进行试验，结果如表2所示。

表2　真空度对铜线表面状态的影响

真空度/Pa试样表面状态

0.75表面光亮

200表面发暗，无光泽

从试验结果看，在真空度较低的情况下，退火罐内存在着明显的化学腐蚀作用。

　　但在实际生产中发现，当严格控制退火罐内气氛的纯度（氧浓度很低）后，退火铜线出罐后若干时间（一般是几十分钟至几小时），铜线表面仍然出现变色、发黑的现象。

这种现象主要是由残留在铜线表面的拉丝润滑油对铜线表面的腐蚀引起的。

　　为了验证润滑油对铜线的腐蚀作用，在真空炉内模拟实际的退火工艺对表面涂覆拉丝润滑油的紫铜试样进行了试验，结果如表3所示，从试验结果可见，润滑油的存在会引起铜线表面严重的腐蚀。

表3　轧制润滑油对铜线表面状态的影响

真空度/Pa表面涂覆润滑油出炉后铜线表面状态出炉后72h铜线表面状态

0.75多发暗、变色（紫褐色）严重变色、发黑

0.75少发暗，浅褐色变色、发黑

0.75无表面光亮表面未变色

残留在铜线表面的拉丝润滑油，在退火温度下，其中的饱和烃类、酯类物质裂解后产生的活性碳原子、一氧化碳等裂解产物能还原CuO，破坏铜线表面的氧化膜层，引起铜线表面活化，使活性碳原子沉积在活化表面（如残留的润滑油较多，会在铜线表面沉积一层碳黑），此外，润滑油中的S等杂质也与铜发生反应，生成CuS，见式（3）～式（5）。

　CuO+CO→Cu+Co2（3）

Cu+C→Cu[C]（4）

Cu+S→CuS（5）

产品出罐后，在大气中，附着在铜线表面的碳或CuS能与铜组成腐蚀原电池，使铜表面进一步腐蚀变色，如式（6）、式（7）。

同时，沉积在铜线表面的微小碳颗粒能吸附大气中的SO2和水汽，在铜线表面形成有腐蚀性的酸性电解液，生成一层可见膜CuSO4.3Cu（OH）2，这样在铜线表面既发生原电池腐蚀反应,又发生酸性腐蚀反应，使铜线表面变色。

阳极Cu2++2e-　　（6）

阴极O2+2H2O+4e→4OH-　　（7）

2、工艺改进

　　铜线退火过程中出现的变色、发黑现象，主要是由退火罐内的氧化反应和出罐后的电化学反应引起的，工艺上可通过采取杜绝罐内氧化反应和防止罐外电化学反应的办法来避免或减少铜线的变色、发黑。

具体的工艺措施如下：

　　①及时更换破损拉模，防止因拉模破损划伤铜线表面，从而在划痕内残留较多的润滑油，引起产品变色、发黑。

　　②定期对退火罐进行高压水冲洗、烘干清理，保持罐内清洁。

同时废除在罐内放置木炭的退火方法，减少碳尘颗粒附着在产品表面。

　　③采用N2气替代压缩空气试验退火罐气密性，并在退火罐升温至200℃的过程中连续抽气，一方面可使升温过程中罐内氧浓度降低，另一方面可使挥发的润滑油蒸汽排出而不会沉积在产品表面。

　　④应对保护气体进行净化，避免氧、水蒸汽等有害气体进入退火罐。

　　⑤在退火罐出炉空冷过程中，向罐内充入保护性气体，并维持罐内压力大于1个大气压，这样既可缩短冷却时间，又可防止因退火罐密封不严而进入空气。

　　⑥对退火后铜线实行缓蚀处理。

即用浸有铜的气相缓蚀剂苯并三唑的包装纸包覆出罐的铜线卷，减缓铜的电化学腐蚀。

　　根据上述工艺改进措施，将罐式退火的工艺流程改进为：

某厂采用这种改进的罐式退火工艺进行试验生产，铜线退火后表面变色、发黑率由原来的9.5%降至1.6%以下，并且取消了砂纸打磨工序。

3、结论

　　铜线芯产品罐式退火后表面出现的变色、发黑现象主要是由退火罐内的氧化腐蚀和出罐后铜线表面的电化学腐蚀引起的。

采用杜绝罐内进氧，去除残留轧制润滑油和退火后对产铜线实行缓蚀处理的工艺改进措施可以有效地解决产品表面变色、发黑的问题。

将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。

目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。

退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。

退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础（图1）。

各种钢（包括碳素钢及合金钢）的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。

各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。

一﹑拉丝部份:

1.拉丝机的工作原理

1.1.利用铜的金属塑性原理，配备相应的设备，在串行式模具上

实现拉制。

1.2.利用铜的金属再结晶原理，配备相应的退火设备，将拉制后已

经硬化的铜线再行软化，回复铜线原有的塑性。

2.拉丝机相应的组成部件﹕

2.1.放线架﹕采用笼式放线，固定放置，以利于换轴时接线，实现

连续生产。

2.2拉线系统

2.2.1轧线机﹕

利用相向回转的凸轮组，将铜线轧细，以便穿模。

2.2.2拉线箱﹕

2.2.3拉线模具﹕

拉线模具为圆柱状，侧放于模具座中，模具由四个区域组成﹕

2.2.3.1入口区﹕导入铜线，并由此引入润滑液。

2.2.3.2工作区﹕铜线受拉力变形的区域。

2.2.3.3定径区﹕保持铜线尺寸的区域。

2.2.3.4出口区﹕铜线应力释放区域，即线径回弹区域。

2.2.3.4拉线单位﹕

拉线箱内的模具按照走线方向及过线位置，将拉线模具按孔

径由大到小排列串行模具，每一个模具座内的模具与后面相

邻的牵引轮（塔轮）构成一个拉线单位，实现拉制过程。

2.3.润滑系统﹕

2.3.1.拉线润滑液的作用﹕

润滑作用﹕减少铜线在模具工作区与模具接触面的摩擦。

冷却作用﹕带走摩擦产生的热量，降低模具与铜线的温度。

清洗作用﹕冲洗掉铜线变形过程中掉下的铜屑。

3.退火系统

3.1.退火箱

3.1.1.上下电极轮﹕通过一定的电流，加热绕过的铜线，进行退火.

3.1.2.进、出水管﹕提供冷却水，对热铜线进行充分冷却。

蒸汽喷

出管﹕引入蒸汽，退火时对热铜线进行保护，避免氧化。

3.1.3.空气吹干器﹕吹干铜在线的水汽，避免水斑痕及氧化。

3.2.冷却系统﹕

3.2.1.冷却液的作用﹕对已经退火的铜线进行充分冷却。

3.2.2.冷却液循环系统﹕

拉线退火液储存箱→进液管→喷嘴→退火箱内储液→

回流管→拉线退火液储存箱。

4.储线架﹕

调节拉线与收线的平衡，即当收线速度小于拉线速度时,在储线架

上暂时性的储备一定的铜线；即当收线速度大于于拉线速度时,

在储线架上暂时性的补偿一定的铜线，以避免因供应不及收线而

导致的断线；铜线的张力由加载的砝码以及储线轮上缠绕的圈数

决定。

5.拉丝机的工艺参数（细拉机）:

5.1.最大的线速度32米/秒，一般速度25-28米/秒。

5.2.生产单根线材规格范围:

0.15-0.30mm

5.3.拉丝油的PH值为8-9.

5.4.拉丝油浓度7.5-8.5%，退火液浓度为1.0-1.5%

二﹑镀锡机部分

1.镀锡机工作原理

在一定浓度的电镀液体中，以铜线为阴极，锡块为阳极，在一定

速度下，阴极、阳极之间通过一定的电流，则在阴极铜线的表面

上沉积一层锡，实现了对裸铜线的电镀。

为增加电镀的效果，生产中采取对放出的裸铜线进行表面除油，

酸活化，再进行电镀，电镀后，镀锡线表面冲洗，烘干。

2.镀锡机相应的组成部件﹕

2.1.放线架

采用越端式放线架（放线架固定不动），铜线为螺旋式放出，用毛

刷自动调节放线张力，放线架上设有张力极限限位开关。

2.2.除油液循环系统

采用循环的碱性的除油液除去铜线表面的油脂；循环系统中附

带加热器，提升除油液温度，以增进除油液的除油效果；循环

系统中附带过滤器过滤掉除油液中的杂质。

2.3.冷水冲洗槽

用自来水或蒸馏水冲洗掉铜在线的除油液。

2.4酸洗槽

铜线经过酸洗槽，酸对铜线表面进行活化处理，以利进一步镀

锡。

2.5.冷水冲洗槽

用蒸馏水或去离子水洗掉铜在线的酸液，绝对不能用自来水，

以避免自来水被带入电镀槽而污染电镀液。

2.6.电镀液循环系统

2.6.1.电镀液的组成成分为去离子水或蒸馏水、酸液、锡液、活化

添加剂、抗氧剂；生产中应维持电镀液中的酸、锡的浓度在规

定的范围内，并根据生产时间、电极中通过的电流（A）X（HOU

R），即安培小时数，来及时添加活化添加剂和抗氧剂，以保证

电镀液中离子的走位顺畅、镀锡层沉积均匀、外观平滑。

2.6.2.循环系统中附带加热器，提升除油液温度，以增进电镀液的电

镀效果；循环系统中附带过滤器过滤掉电镀液中的杂质。

2.7.冷水冲洗槽

初步清洗电镀层表面携带的电镀液。

2.8.热水冲洗槽

进一步清洗电镀层表面携带的电镀液。

2.9.烘干器

烘干镀锡层表面的水分。

3.镀锡机工艺参数:

3.1.除油粉控制范围（70-80）克/升。

3.2酸洗酸液浓度7-10%。

3.3.电镀液溶液成份及含量

锡离子的含量:

20-60g/l

酸浓度的含量:

17-23%

添加剂的含量80-100毫升/每升溶液

抗氧剂的含量8-10毫升/每升溶液

铜线连续退火装置的设计与实践

关键电线电缆铜导体加工专用设备设计实践摘要铜线连续退火装置的设计与实践。

上海电缆研究所张福涛电线电缆行业，导体加工工序是必不可少的。

在电线电缆制造过程中占有相当大的比重，由于电线电缆产品其性能要求各不相同，自然对导体材料及加工要求也各有差异，其中拉制工序尤为突出。

特别对铜导体来说，在连续拉线、退火后（除原材料本身外）的质量将直接影响到电缆产品的性能。

一、前言本文将着重阐述铜导体的连续拉制、连续退火装备方面的几个关键环节。

由于电线电缆产品中的铜导体如：

通讯电缆、塑力缆、高压电缆、电磁线等等，几乎都要求导体为经过退火的软线芯，最基本的要求其表面光亮，不氧化，不允许烧伤，延伸率均匀。

有些产品要求导体具有特殊的柔软度等等，无论采用什么样的方式进行退火，如辉光退火、感应式退火或者目前普遍采用的电阻接触式退火，其最终目的都要求铜线必须达到电缆产品所需的导