退火机是利用接触式短路退火原理

退火机是利用接触式短路退火原理，退火电源为直流，适用于铜线的退火软化生产，退火机由导电系统、氧化保护系统、冷却系统、干燥系统、电气系统等组成。氧化保护方式采用蒸气保护（本设备附带有一台蒸气发生器）；冷却润滑采用稀浓度拉丝液循环。一般需设置水池或外置热交换器的方式进行冷却（外置的热交换器及冷却塔由用户自备）；干燥系统采用压缩空气加模具干燥。所用的冷却水源及压缩空气由用户自备。退火电气控制部分的可控硅采用强力风机冷却方式。 2、 退火控制器采用直流控制器；

3． 低压电气组件、轴承采用日本品牌；油封、读数表采用台湾或南韩品牌。 4． 导电环采用镍合金材料； 5． 导轮采用喷陶处理； 6． 传动平皮带采用瑞士牌子。

I. DF-ZL250/13DH高速大中线伸线带退火机

A. DF-ZL250/13DH齿轮式高速大中拉带连续退火机组成：

（1）DF-ZL250/13拉丝机(不配轧头机)

（2）DF-YG300张力控制架

（3）DF-TH4000退火机（配蒸气发生器, ） 1台 （4）DF-WS630无轴收线机 （5）电气控制系统

（6）地基础布局图（含：水、电、气指示连结图，仅供参考。） 考虑；参考资料在合同生效日算15天内提供确认。 （7）随机物品

主电源进线。配线长度按供方提供的设备布置图提供。）；退火机连接导电铜排1组。

【技术资料】生产线使用说明书1份（含：技术规范、操作说明、机

器结构、配模参考表、安装图及要求、故障排除、维修保养、易损件图纸及型号、电器原理图等），主要电气元件说明书1份（包括调速器及PLC 可编程控制器）。

【 单 证 】装箱单、合格证各1份。

生产线颜色： 机械部份采用海蓝，电气柜部份为米白色。(或依客户要求) 操作方向： 右向操作。操作方向的定义：操作人员面向拉丝主机，由左边进

线，右边收线。

【安装配件】整条生产线连结电缆1套（布线方式为架空布置，不含

1台 1套 1份

1台 1台

注：本资料适用于首层地基安装，设备是否能在楼层上安装使用由需方负责设计

验收规格与参数：

本合同设备需方在以上列表中任选一种规格以生产退火线在供方厂内进行验收。在相应的技术规范内，当设备达到上述对应的验收速度，连续生产200Kg 以上不断线，生产的退火线伸长率在上表的范围内，且生产的裸铜线符合国家标准GB3953-83时，该设备视为验收合格.

大电流交流电阻式铜线连续退火装置在我国正在着手研制。对这种装置起控制因素的电压、电流、铜线直径、加热长度以及线速度之间的关系进行了推导, 说明其设计原理是三相电压及三相负载平衡。为防止铜线在退火过程中氧化, 提出各段加热的最高温度为:预热Ⅰ段180～200℃; 预热Ⅱ段不超过250℃; 主退火段由250℃左右上升到500℃以上时, 应采用经处理的蒸气保护。经退火后的铜线需用冷却液逆流冷却。并对退火装置各导电轮的直径关系和皮带轮的直径作了概述。

罐式退火铜线变色的原因及改进

不少中小电线电缆厂采用罐式退火工艺，铜线表面常发生变色、发黑，

影响产品质量，需要分析解决。 1、铜线表面发黑的原因

某厂采用罐式退火工艺流程为：

检漏后开始升温，升温至150 ℃左右，先抽真空，再充入保护气，然后继续升温至退火温度，保温1～3 h。整个工艺过程加热时间达4～8 h，出炉空冷4 h，然后水冷。而夏天出炉冷却至产品表面温度50 ℃以下出罐，则需耗时30 h左右。

在罐式退火工艺条件下，造成铜电线在罐内和出罐后表面变色、发黑的常见原因如表1 所示。

表1 退火铜线表面变色、发黑的原因

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72 h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体性能。铜线材的加工装备主要有巨拉、大拉、中拉、小拉、细拉、微拉以及型材加工机械等。其中大、中、小拉线机基本上都需配置连续退火装置。目前国内各电线电缆厂所使用的拉线机除从欧洲尼霍夫公司、亨利希公司、桑普公司、日本公司进口一些以外，其余均由国内十多家电工机械厂（包括台资在国内设厂制造的一些拉线机在内）提供，从大量的资料及反馈的信息得知，带连续退火的拉线机所生产的铜线材，或多或少存在着一些问题，铜线表面氧化、电火花烧伤甚至烧断，延伸率（及软硬程度）不一致，有时会出现竹节状等等缺陷，严重影响到电缆的质量。二、设计与分析现将各电线电缆厂使用最多其产品在后续工序用途最广的中等规格的拉线机即LH 280/17型及M30型拉线机为例进行分析，这类拉线机其加热原理视图示。 图1 连续退火装置加热原理示意图 图2 等效电路图 图1为连续退火装置加热原理示意图；图2为它的等效电路图。由于中等规格的铜线芯其用途较广，通信电缆、电线、绕组线等多需这些规格，所以在考虑退火结构型式时采用三段加热方式即预热、退火、干燥三段，这种结构型式紧凑，只需一个电源（国外也有二段）。无论从机械角度或电气三个加热段角度来看都构成一个三角形，对于它的原理及规律这里就不再赘述。由图1所示，设加于上接触导轮A 和下接触导轮B 的直流电压、电流为U 退和U 总，则三角形区域上的电压、电流之间应具有如下关系： U退= U预+ U

干 ……………………………………………………⑴ I预= I

干 ……………………………………………………………⑵ I总= I预+ I

退 ………………………………………………………⑶ 上述式中：U 预、U 退、U 干 --预热段、退火段、干燥段的加热电压 I预、I 退、I 干 --预热段、退火段、干燥段的加热电流 加热段长度之间的关系：加热电压、加热电流与铜线的线径、线速、加热段的长度及加热段二端的温度在略去热损失的条件下（理想状态）有如下关系： ………………………………………⑷ ……………………………………………………⑸ 式中：U--加热电压（伏） I--加热电流（安） V--线速度（米／秒） l--加热段长度（米） T--加热温度（℃） T1--加热前温度 T2--加热后温度 α--导线的电阻温度系数，铜为0.004 d--导线直径（毫米）现将公式⑷代入公式⑴就可以相应得出预热段、干燥段的长度，因为连续退火装置在设计时退火段的长度是给定的，一般取1200～1800，其各加热段的温度也是基本确定的，如拉线机的出线温度一般在50℃左右，退火段温度需550℃，则预热段温度约在180℃～200℃（在空气中不氧化温度），干燥温度约在50℃左右，但通过改变预热段的长度可调节干燥段的出线温度，在一定范围内预热段放长，干燥段温度降低，反之则反。当上述工艺条件确定后，将数据代入公式⑷⑸即可得出退火电流及退火电

压。 ………………………………………⑹ 将已确定的条件数据代入

得 ……………………………………………………⑺ 式中：K--为预热段、退火段温度及退火段长度之综合系数值由上述公式⑺可知，退火电压仅与线速度有关而与线径无关，并且公式⑺是连续退火装置电气设计

的基本依据。三、实践我们再从传动原理来分析其中的重要环节，如图3及图4。 图3 LH 280/17退火传动图 图3为国内拉线机系列中中规格铜拉线机的连续退火装置原理图。图4为德国Niehoff 公司的中规格铜拉线机的连续退火装置原理图。图中的数据均为理论设计时的计算值，实际上由于零件的加工精度，装配误差以及形位公差等因素，不可能达到这样的状态。另外还有强力传动平皮带的结构，张紧的程度、平皮带轮的结构，都会影响到理论要求的传动精度，但又必须达到这样的精度，所以必须将这些综合累计误差必须通过修正传动平皮带轮来达到。换句话说一切的一切待装配后在厂试运行期间测量其综合误差，再换算到传动皮带轮，进行修正，待其达到真正的理论要求。所以每台连续退火装置的传动皮带轮的尺寸都有差异，而且其误差值的数量级都非常小，必须精心的调试修正，其公差值的绝对数越小越好，做到无公差为最佳，其形位公差也必须准确。由此可知，为什么进口拉线机的连续退火装置如果因导电轮损坏更换以后，就会产生电火花，铜线烧伤，甚至断线等等，其原因就是破坏了它原有的同步规律。国产设备也是如此，原因就在于此。四、小结由此结论，提高电线电缆产品的质量，工艺装备是其主要关键之一。工艺装备的加工精度、装配质量、调试精度是重要手段。每台机组建立生命卡是延长机组使用期限的有力保证。

退火机是利用接触式短路退火原理，退火电源为直流，适用于铜线的退火软化生产，退火机由导电系统、氧化保护系统、冷却系统、干燥系统、电气系统等组成。氧化保护方式采用蒸气保护（本设备附带有一台蒸气发生器）；冷却润滑采用稀浓度拉丝液循环。一般需设置水池或外置热交换器的方式进行冷却（外置的热交换器及冷却塔由用户自备）；干燥系统采用压缩空气加模具干燥。所用的冷却水源及压缩空气由用户自备。退火电气控制部分的可控硅采用强力风机冷却方式。 2、 退火控制器采用直流控制器；

3． 低压电气组件、轴承采用日本品牌；油封、读数表采用台湾或南韩品牌。 4． 导电环采用镍合金材料； 5． 导轮采用喷陶处理； 6． 传动平皮带采用瑞士牌子。

I. DF-ZL250/13DH高速大中线伸线带退火机

A. DF-ZL250/13DH齿轮式高速大中拉带连续退火机组成：

（1）DF-ZL250/13拉丝机(不配轧头机)

（2）DF-YG300张力控制架

（3）DF-TH4000退火机（配蒸气发生器, ） 1台 （4）DF-WS630无轴收线机 （5）电气控制系统

（6）地基础布局图（含：水、电、气指示连结图，仅供参考。） 考虑；参考资料在合同生效日算15天内提供确认。 （7）随机物品

主电源进线。配线长度按供方提供的设备布置图提供。）；退火机连接导电铜排1组。

【技术资料】生产线使用说明书1份（含：技术规范、操作说明、机

器结构、配模参考表、安装图及要求、故障排除、维修保养、易损件图纸及型号、电器原理图等），主要电气元件说明书1份（包括调速器及PLC 可编程控制器）。

【 单 证 】装箱单、合格证各1份。

生产线颜色： 机械部份采用海蓝，电气柜部份为米白色。(或依客户要求) 操作方向： 右向操作。操作方向的定义：操作人员面向拉丝主机，由左边进

线，右边收线。

【安装配件】整条生产线连结电缆1套（布线方式为架空布置，不含

1台 1套 1份

1台 1台

注：本资料适用于首层地基安装，设备是否能在楼层上安装使用由需方负责设计

验收规格与参数：

本合同设备需方在以上列表中任选一种规格以生产退火线在供方厂内进行验收。在相应的技术规范内，当设备达到上述对应的验收速度，连续生产200Kg 以上不断线，生产的退火线伸长率在上表的范围内，且生产的裸铜线符合国家标准GB3953-83时，该设备视为验收合格.

大电流交流电阻式铜线连续退火装置在我国正在着手研制。对这种装置起控制因素的电压、电流、铜线直径、加热长度以及线速度之间的关系进行了推导, 说明其设计原理是三相电压及三相负载平衡。为防止铜线在退火过程中氧化, 提出各段加热的最高温度为:预热Ⅰ段180～200℃; 预热Ⅱ段不超过250℃; 主退火段由250℃左右上升到500℃以上时, 应采用经处理的蒸气保护。经退火后的铜线需用冷却液逆流冷却。并对退火装置各导电轮的直径关系和皮带轮的直径作了概述。

罐式退火铜线变色的原因及改进

不少中小电线电缆厂采用罐式退火工艺，铜线表面常发生变色、发黑，

影响产品质量，需要分析解决。 1、铜线表面发黑的原因

某厂采用罐式退火工艺流程为：

检漏后开始升温，升温至150 ℃左右，先抽真空，再充入保护气，然后继续升温至退火温度，保温1～3 h。整个工艺过程加热时间达4～8 h，出炉空冷4 h，然后水冷。而夏天出炉冷却至产品表面温度50 ℃以下出罐，则需耗时30 h左右。

在罐式退火工艺条件下，造成铜电线在罐内和出罐后表面变色、发黑的常见原因如表1 所示。

表1 退火铜线表面变色、发黑的原因

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72 h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体性能。铜线材的加工装备主要有巨拉、大拉、中拉、小拉、细拉、微拉以及型材加工机械等。其中大、中、小拉线机基本上都需配置连续退火装置。目前国内各电线电缆厂所使用的拉线机除从欧洲尼霍夫公司、亨利希公司、桑普公司、日本公司进口一些以外，其余均由国内十多家电工机械厂（包括台资在国内设厂制造的一些拉线机在内）提供，从大量的资料及反馈的信息得知，带连续退火的拉线机所生产的铜线材，或多或少存在着一些问题，铜线表面氧化、电火花烧伤甚至烧断，延伸率（及软硬程度）不一致，有时会出现竹节状等等缺陷，严重影响到电缆的质量。二、设计与分析现将各电线电缆厂使用最多其产品在后续工序用途最广的中等规格的拉线机即LH 280/17型及M30型拉线机为例进行分析，这类拉线机其加热原理视图示。 图1 连续退火装置加热原理示意图 图2 等效电路图 图1为连续退火装置加热原理示意图；图2为它的等效电路图。由于中等规格的铜线芯其用途较广，通信电缆、电线、绕组线等多需这些规格，所以在考虑退火结构型式时采用三段加热方式即预热、退火、干燥三段，这种结构型式紧凑，只需一个电源（国外也有二段）。无论从机械角度或电气三个加热段角度来看都构成一个三角形，对于它的原理及规律这里就不再赘述。由图1所示，设加于上接触导轮A 和下接触导轮B 的直流电压、电流为U 退和U 总，则三角形区域上的电压、电流之间应具有如下关系： U退= U预+ U

干 ……………………………………………………⑴ I预= I

干 ……………………………………………………………⑵ I总= I预+ I

退 ………………………………………………………⑶ 上述式中：U 预、U 退、U 干 --预热段、退火段、干燥段的加热电压 I预、I 退、I 干 --预热段、退火段、干燥段的加热电流 加热段长度之间的关系：加热电压、加热电流与铜线的线径、线速、加热段的长度及加热段二端的温度在略去热损失的条件下（理想状态）有如下关系： ………………………………………⑷ ……………………………………………………⑸ 式中：U--加热电压（伏） I--加热电流（安） V--线速度（米／秒） l--加热段长度（米） T--加热温度（℃） T1--加热前温度 T2--加热后温度 α--导线的电阻温度系数，铜为0.004 d--导线直径（毫米）现将公式⑷代入公式⑴就可以相应得出预热段、干燥段的长度，因为连续退火装置在设计时退火段的长度是给定的，一般取1200～1800，其各加热段的温度也是基本确定的，如拉线机的出线温度一般在50℃左右，退火段温度需550℃，则预热段温度约在180℃～200℃（在空气中不氧化温度），干燥温度约在50℃左右，但通过改变预热段的长度可调节干燥段的出线温度，在一定范围内预热段放长，干燥段温度降低，反之则反。当上述工艺条件确定后，将数据代入公式⑷⑸即可得出退火电流及退火电

压。 ………………………………………⑹ 将已确定的条件数据代入

得 ……………………………………………………⑺ 式中：K--为预热段、退火段温度及退火段长度之综合系数值由上述公式⑺可知，退火电压仅与线速度有关而与线径无关，并且公式⑺是连续退火装置电气设计

的基本依据。三、实践我们再从传动原理来分析其中的重要环节，如图3及图4。 图3 LH 280/17退火传动图 图3为国内拉线机系列中中规格铜拉线机的连续退火装置原理图。图4为德国Niehoff 公司的中规格铜拉线机的连续退火装置原理图。图中的数据均为理论设计时的计算值，实际上由于零件的加工精度，装配误差以及形位公差等因素，不可能达到这样的状态。另外还有强力传动平皮带的结构，张紧的程度、平皮带轮的结构，都会影响到理论要求的传动精度，但又必须达到这样的精度，所以必须将这些综合累计误差必须通过修正传动平皮带轮来达到。换句话说一切的一切待装配后在厂试运行期间测量其综合误差，再换算到传动皮带轮，进行修正，待其达到真正的理论要求。所以每台连续退火装置的传动皮带轮的尺寸都有差异，而且其误差值的数量级都非常小，必须精心的调试修正，其公差值的绝对数越小越好，做到无公差为最佳，其形位公差也必须准确。由此可知，为什么进口拉线机的连续退火装置如果因导电轮损坏更换以后，就会产生电火花，铜线烧伤，甚至断线等等，其原因就是破坏了它原有的同步规律。国产设备也是如此，原因就在于此。四、小结由此结论，提高电线电缆产品的质量，工艺装备是其主要关键之一。工艺装备的加工精度、装配质量、调试精度是重要手段。每台机组建立生命卡是延长机组使用期限的有力保证。