銅板帶材成材率的計算方法及影響因素

余 斌，張旺，趙久輝，劉羽飛，王敏，朱靖

（1.江西銅業集團銅板帶有限公司，江西南昌 330096；2.江西江銅高精銅板帶有限公司，江西南昌 330096）

銅及銅合金板帶具有優良的導電導熱性能、彈性性能、耐腐蝕性能及耐磨損性能，被廣泛用于精密電子、電氣通訊及新能源汽車等領域。銅板帶加工過程復雜、加工工序多、品種規格多，是銅加工領域加工難度最高、技術含量最高，成材率卻最低的一種銅加工材料［1-4］。加工工序繁多且復雜，導致國內各銅板帶企業的成材率計算方法各不相同，使各企業之間的綜合成材率在一定程度上不具有可比性，而成材率是衡量產出比的經濟指標，計算準確且標準通用的成材率指標，是衡量企業技術水平的重要依據。因此，規范成材率計算方法對銅板帶加工行業具有重要意義。

目前，銅板帶企業成材率主要分為內控成材率及企業綜合成材率。內控成材率指的是企業內部為指導某工序或某規格產品的生產過程或提高生產效率而進行的統計，如單卷成材率、工序成材率、品種成材率等，各企業根據生產需要自行選擇統計方法；企業綜合成材率是衡量企業技術水平、反饋生產成本等軟實力的重要指標［5-6］，用于向上級單位報送數據、企業之間的橫向比較、行業協會的綜合統計等。成材率具有可比性對行業發展意義重大［7］。目前各企業使用較多的統計方法有單卷算術平均法、階段成材率組合法及產成品計算法等，這些統計方法各有特點。分析研究出一種各企業相互認可，且能客觀反映各企業成材率水平，并可對企業成材率進行比較的計算方法，對行業生態健康尤為重要。

提高成材率就是降低過程損耗，可以降低單位成本、增加企業效益，是技術水平及管理水平的綜合體現［8］。分析影響成材率的因素對于提高成材率具有重要意義。本文結合生產實際，深入分析了造成成材率主要過程損失的幾大因素，包括斷帶、軋機頭尾料、切邊等，同時研究了幾種提高成材率的措施。

1 成材率指標的概念及種類

1.1 成材率的概念

成材率是指從原料到成品過程的產出比例，反映了該公司生產該產品的技術水平、生產成本及投料情況。

1.2 成材率的種類及應用

成材率按照單個樣本、各個工序、產品牌號及綜合樣本可分為單卷成材率、工序成材率、品種成材率及綜合成材率。單卷成材率主要用于判定某卷料或某個樣本的成品情況；工序成材率主要用于衡量各工序的損失情況，通過數據對比，可以及時發現影響成材率的問題，便于及時制定措施加以解決，同時也可驗證措施的實施效果；品種成材率主要用于區分各品種的成材率，方便獨立核算、成本計算及制定改進目標；綜合成材率是一個時間段內對產品綜合成品情況的評判，主要用于成本核算、技術實力比較、指導制定目標，常用于企業管理或與外部數據的比較。

1.2.1 單卷成材率

單卷成材率指的是從鑄坯到成品的成材水平，單卷成材率=成品重量W成品/鑄坯重量W鑄坯。單卷成材率可以反映某卷鑄坯的成材水平，即成材水平=（鑄坯重量W鑄坯-生產過程中報廢重量W報廢）/鑄坯重量W鑄坯。從上述計算公式中可以看出，在鑄坯重量一定的情況下，提高單卷成材率的關鍵是減少生產過程中各工序金屬報廢量。此外，同時提高鑄坯重量也有利于提高單卷成材率。對其進行統計分析可以反映某卷鑄坯的成材水平，也有利于針對性制定提升措施。

1.2.2 工序成材率

工序成材率指的是鑄坯到成品生產過程中各個工序的成材率，即工序成材率=流轉下道工序重量W流轉/來料重量W來料。工序成材率可以反映某一工序的技術水平及成材損失情況，對于指導該工序生產及改善整體成材率具有重要的意義。

1.2.3 品種成材率

品種成材率指的是銅及銅合金板帶材按不同品種分別進行區分統計，如錫磷青銅、紫銅、銅鎳硅合金、黃銅等各品種成材率。品種成材率一般可以準確區分不同種類產品的實際成材率，了解各個品種的生產水平，反映某一企業的某一品種銅板帶的生產水平，同時也可指導企業提高產品成材率，是企業內部統計、分析、對比及制定目標的數據源之一。

1.2.4 綜合成材率

綜合成材率指的是企業內所有銅及銅合金板帶產品生產的成材情況，是各工序各品種成材率的綜合，切實反映了企業的綜合技術水平。

目前行業內公布的成材率一般是綜合成材率，但綜合成材率涉及范圍廣、品種多、工序復雜、流程長，計算方式多種多樣，一般統計方法難以準確衡量和對比該企業的技術水平。本文通過調研銅板帶行業常用的綜合成材率的計算方法，并進行比較分析，在此基礎上提出一種相對合理的計算方法，供相關企業參考。

2 綜合成材率的計算方法及優劣勢分析

2.1 階段成材率組合法

階段成材率組合法是各個工序成材率連乘，通過工序成材率組合計算綜合成材率的方法，如式（1）：

式中，P為綜合成材率；P1，P2，P3…為各工序成材率。

階段成材率組合法受產品工序設定、物料傳遞平衡等因素影響較大，產品規格及種類嚴重影響階段成材率組合法計算綜合成材率的結果，如厚帶加工流程短、薄帶加工流程長、紫銅加工流程短、青銅加工流程長。此外，在一個統計時間范圍內前道工序獲得的半成品在該統計期間未到成品，物料傳遞不平衡，由階段成材率組合法計算出的綜合成材率結果不能準確表示該企業的技術生產水平，但這種方法可以清楚地呈現各階段成材率及問題，便于指導企業進行生產指標分析、生產計劃制定等［9］。

案 例1：公 司A 生產磷青銅、紫 銅、C194、C7025等牌號銅板帶產品，某月各個工序成材率統計結果見表1，各種牌號產品綜合成材率（采用單卷成材率法）統計結果見表2。

表1 公司A某月工序及綜合成材率Table 1 Process and comprehensive yield of Company A

表2 公司A某月按品種牌號統計的成材率及綜合單卷成材率Table 2 Yield by variety and brand and comprehensive single-roll yield of Company A

根據表1 及表2 結果可知，用不同方式計算出的成材率存在一定差異，且沒有對錯之分，這是由于計算方式不一樣，其側重方向也不同。階段成材率組合法可以清楚地反映各工序的成材情況及波動情況，可以更好地指導制定工序目標，但無法反映各品種成材率情況。不同品種的產品，其成材率、加工成本及加工費也不一致，僅憑階段成材率這一項指標，難以全面反映公司的實際經營情況和加工水平。

2.2 產成品計算法

產成品計算法是一種統計相對簡單的計算方法，有兩種計算方式，其計算公式分別為：1）綜合成材率=本月成品入庫量W入庫/ 投料重量W投料×100%；2）綜合成材率=本月成品入庫量W入庫除以本月產出鑄坯重量W產坯×100%。

前者考慮了熔鑄過程中的熔煉損失，而后者僅考慮加工過程的損失。由于熔鑄過程的損失比較復雜，且體現了企業的鑄造技術水平，一般單獨考慮。因此，用后者表示綜合成材率較多。產成品計算法方法簡單，適用于某些加工流程短的企業，但對于綜合加工周期長、在某個時間段未達到成品的產品，使用該計算方法獲得的成材率相對不準確。此外，如果本月在制品占用變化較大，對計算結果影響也較大，不利于該情況的計算。

案例2：公司B 和公司C 統計了相鄰兩月的成材率（見表3），公司B 生產品種單一，加工程序簡單（紫銅和黃銅），公司C 生產品種復雜，且加工流程長而復雜（磷青銅和C7025）。

表3 公司B及C相鄰兩月成材率情況Table 3 Yield of two months of Company B and Company C

由表3 可知，公司B 和C 某月成材率相差較大，除自身工藝原因外，還有一部分原因是加工工序長，一部分產品未到成品，但產坯數變化不大，造成成材率低，與實際情況不符。其次公司C相鄰兩月成材率相差大，產坯數不變，在制品變化大，到達成品數量不一致，造成前后月成材率相差很大，其實兩月加工和訂單均無明顯變化。因此該計算方式不適合工序復雜的企業，否則會造成領導決策與實際不符。對于加工流程簡單的企業，則可以使用該計算方法。

2.3 單卷算術平均法

單卷算術平均法的計算方法為：單卷成材率=單卷入庫重量W入庫/鑄坯重量W鑄坯×100%。

由于“單卷入庫重量W入庫=鑄坯重量W鑄坯-生產過程中報廢重量W報廢”，因此使用該種成材率計算方法進行生產過程統計，其關注點更多在于每卷物料在生產過程中產生的金屬報廢量，這樣更便于生產管理人員發現單卷物料在某一工序產生異常報廢的原因，從而制定對應的成材率提升措施，避免批量報廢事故的發生，達到提升綜合成材率的目的。

運用這一統計方法，綜合成材率等于單卷成材率的算術平均值。由于只計算了算術平均值，未考慮重量權重比因素，因此采用該綜合成材率計算方法時，往往對不同牌號物料分別計算（不同牌號物料卷重差異較大），這種方式能夠較為準確地反映生產車間不同牌號物料的成材率水平。此外，整卷報廢情況也需要考慮進去，不能忽略。因此，該種方法對于計算短期成材率具有一定優勢，對于一個長時間范圍內的成材率，采用這種方式時，其過程相對復雜、工作量大，同時未考慮特采供貨及退貨情況，因此所計算出的成材率有較大誤差。

案例3：公司D 生產銅板帶產品，采用單卷算術平均法統計某月的綜合成材率，其中當月報廢銅帶20卷，依據單卷算術平均法計算的單卷成材率及考慮報廢銅卷的成材率（產成品計算法），見表4。

表4 不同計算方法統計的成材率Table 4 Yield of different calculation methods

由表4 可知，單卷算術平均法未考慮單卷報廢，導致成材率有明顯偏差，因此在實際統計計算時要注意規避整卷報廢的情況，一旦出現某卷材料整卷報廢時要引起重視，不要造成批量報廢。統計單卷成材率對于實際生產具有一定的指導意義，可減少或杜絕整卷報廢情況。單卷成材率不適宜作為當月或更長周期的綜合成材率的核算依據，但用來指導短周期（如每周）實際生產具有較好的效果。

2.4 成品跟蹤計算法

帶材完成成品規格分切后，在包裝和倉儲過程中會因磕碰或保管不當產生一定報廢；另外，產品發送給客戶后因質量等原因會產生一定數量退貨。將這兩部分產品重量從成品分切量中剔除而計算綜合成材率的方法，稱為成品跟蹤計算法［10-11］。其計算公式為：綜合成材率=（成品分切量W分切-成品報廢量W報廢-當月退貨量W當月退貨）/分切卷鑄坯總量W鑄坯。

相比于產成品計算法，采用成品跟蹤計算法計算綜合成材率時，綜合考慮了在所有生產工序完成后，為實現產品經濟價值而進行的后續市場互動行為。由于不完全被生產車間的生產活動所影響，因此該計算方法對于公司財務部門計算統計相關經濟成本指標有更重要的意義，是公司綜合經營水平更真實的體現，但計算過程相對復雜、工作量較大，同時也需要考慮整卷報廢情況。

案例4：公司E 采用成品跟蹤計算法統計綜合成材率，表5 是公司E 某兩月的分切、成品報廢及當月退貨情況。

表5 公司E某兩月分切及成材率情況Table 5 Two-month slitting and yield of Company E

由表5 可知，采用成品跟蹤計算法統計成材率，每月的分切、分切報廢及退貨等數據非常清晰，可以反映分切損失、退貨等經濟價值活動，具有一定指導意義。但是，這種計算方法也存在兩個問題：1）未考慮出現整卷報廢的情況。統計數據顯示，考慮整卷報廢會降低該計算方式所計算的綜合成材率，降低多少取決于整卷報廢數量。所以采用這種計算方式時，必須注意報廢情況。2）所得成材率有誤差。該公司這兩月在制品數量相差300 t，是表5 中成材率統計所未考慮的，使得成材率偏離實際。

3.5 計算盤點法

計算盤點法是結合以上計算方法，并盡可能避免退貨、在制品數量變化、計算繁瑣等不利影響的一種統計方法，其計算公式為：綜合成材率=（當月入庫成品重量W當月入庫-當月退貨量W當月退貨）/（當月在制品結余W當月結余+當月累計產坯W當月產坯-上月在制品結余W上月結余）。

計算盤點法中，分子部分考慮了由于倉庫損失、運輸損失及客戶使用缺陷［12］導致的成品損失，分母部分考慮了在制品部分變化，同時計算相對簡單。月成材率，一般是在月底對在廠在制品進行盤點后，根據匯總產坯、退貨、入庫成品重量等數據計算獲得，相對來說，其工作量較小、計算簡單、準確性也較高。采用計算盤點法進行統計時，既盤點了在制品的變化、退貨等數據，也對公司經營活動進行了詳細分析，這些統計行為均可用于指導生產經營活動及指導如何降低成本，具有一定的優勢。

案例5：公司F 采用計劃盤點法統計產品綜合成材率，某兩月統計數據如表6 所示?？梢钥闯?，公司F某兩月的成材率相當，而前月入庫量少于后月入庫量。通過計算盤點法可以合理避免在制品數量波動對成材率核算的影響，同時考慮了成品部分損失，相對合理。成材率核算符合真實水平，計算和盤點相對簡單，核算快速便捷，可及時反饋當月成材率情況，并指導企業制定下月生產計劃和對全局做出科學決策。

表6 公司F某兩月數據統計及成材率情況Table 6 Two-month data statistics and yield of company F

3 成材率的影響因素及提高措施

實際生產過程中，銅板帶加工企業的綜合成材率一般在50%～80%，影響銅帶成材率的因素很多，主要取決于原料設計卷重及過程損失，見式（2）［13］：

式中：p為綜合成材率；W原為原料設計卷重，W損為熔鑄及冷軋過程的損失。

由式（2）可知，原料設計卷重越大，綜合成材率越高。生產過程中，由于大鑄錠對熔煉工藝以及后續冷軋加工工藝的要求更高，不利于高精銅板帶生產的質量控制。實際生產過程中可根據客戶需求卷重、銅合金牌號等級、生產線上操作人員技術能力等諸多方面選擇合適的卷重設計。例如，針對紫銅，國內外一般選擇650 mm 甚至1250 mm以及卷重10～15 t的設計方案；針對C7025/7035等高端銅合金帶材，一般選擇帶寬450 mm、卷重5～7 t的設計方案，以保證產品的高品質。

隨著產品朝向高端多功能方向發展，卷重對成材率的影響逐漸變小，過程損失對成材率的影響較大，影響因素較復雜。加工過程中，影響綜合成材率的因素主要有熔鑄質量以及銑面量、斷帶、軋機頭尾料、裂邊切邊、產品表面質量及分切損失等［14-16］。據不完全統計，某銅板帶加工企業影響成材率的主要因素及其影響程度如圖1 所示，可見，銑面量、產品分切、軋機頭尾料、切邊等對成材率影響較大，需要重點分析和重點關注。隨著企業管理水平、員工操作水平及設備能力的提高，斷帶問題明顯改善，但同樣不可忽視，需要不斷減少甚至杜絕斷帶問題，提高成材率，這也是企業綜合實力的重要體現。

圖1 影響成材率的主要因素及占比情況Fig.1 Main factors and proportion that affect yield of finished products

3.1 斷帶

斷帶是在銅板帶冷軋過程中對成材率影響較大的因素，反映了企業冷軋設備（軋機、臥式/立式退火爐）、員工操作水平、企業管理水平等諸多方面的實力。在生產過程中，減少斷帶次數及降低斷帶程度可以保障設備穩定運行時效，提高冷軋效率，提升產品綜合成材率。

銅板帶冷軋過程的斷帶主要分為軋機軋制斷帶及退火爐斷帶。

1）軋機軋制斷帶。主要原因有：①材料邊部裂紋或中部孔洞，并在軋制過程中向其他區域延伸；②起軋厚度波動大，軋機啟動流程不合理，操作人員操作失誤；③來料板型較差，存在各種形式的浪紋，造成軋制過程中軋制力波動，阻礙穩定軋制［17］。生產過程中，需要對來料進行嚴格篩選，保證來料質量，同時提高現場人員操作水平和生產管理水平，減少斷帶次數，提高成材率。

2）退火爐斷帶。主要原因是：原材料質量（板型不規則、有裂口等），工藝設置及操作（張力、風速過大等），機械設備和電氣設備（對中不準、縫合不牢等）［18-19］?？梢酝ㄟ^嚴格監測來料質量、設計合理的工藝及對設備定時檢查維護解決此類斷帶問題。

3.2 軋機頭尾料損失

軋機頭尾料損失對產品成材率的影響較大，減少軋機頭尾料的損失對提高綜合成材率具有積極意義。造成軋機頭尾料損失的主要原因有：材料頭尾厚度不符合要求，起軋時材料表面出現輥印，材料內外圈錯層或出現塔形、挫傷，軋制力波動，板型較差，氣墊爐停車時在材料表面出現印痕等。由圖2可知，厚頭及尺寸波動是造成中軋機頭尾料異常損失的主要原因；由圖3 可知，氣墊爐停車或降速是精軋機頭尾料異常報廢的主要因素。起軋及停車升降速會造成輥系偏心、軋制力和張力波動，需要進行偏心補償、開收卷機速度補償、軋制自動化糾偏，促使系統快速進入穩定軋制狀態，從而減小參數波動及厚度差異，減小頭尾料損失，提高成材率［20］。氣墊爐停車降速主要是由于活套儲存銅帶能力不足，也需要重點關注。對生產管理模式、員工操作水平、機械設備及電氣精度提出更高的要求，可以有效減少軋機頭尾料損失；設計合理的工藝，可以減少缺陷帶來的頭尾料損失［21］。此外，通過建立軋制工序成材率報表，有利于及時發現日常生產中的異常情況，便于及時關注成材率的變化趨勢，幫助企業分析探索出提高和改善成材率的工作方向。

圖2 中軋機頭尾料損失原因及占比Fig.2 Reasons and proportion of loss of head and tail in intermediate cold rolling mill

圖3 精軋機頭尾料損失原因及占比Fig.3 Reasons and proportion of loss of head and tail in reversing copper foil rolling mill

3.3 裂邊及邊部切削量

銅板帶材冷軋加工過程中的裂邊不可避免，嚴重影響產品的綜合成材率。據不完全統計，某企業由于裂邊導致邊部切削而出現的損失占成材率損失的27.3%，尤其是部分帶材需要進行二次切邊，進一步降低了產品成材率。分析裂邊原因及減少不必要的切邊損失，能有效提高產品綜合成材率。銅帶產生裂邊的原因主要是鑄坯冷卻不均、熔鑄成分偏析、軋制加工率過大等；造成需要進行二次切邊的原因，主要是切邊不及時或一次切邊時出現誤差［22-23］。

采用大加工率進行加工主要為了滿足強度要求，但此時必須注意平衡其與產生裂邊傾向的關系，避免因加工率過大造成裂邊［24］。采用電磁攪拌［25］或電脈沖技術［26］可減小熔鑄成分偏析。在模具邊部開槽，可提高冷卻均勻程度，減小裂邊傾向。

調研某企業2021 年1～6 月的二次切邊情況，發現平均二次切邊率為10.42%［見圖4（a）］，邊部切削損失占成材率損失的比例較大。通過分析裂邊原因，采取相應改進措施，二次切邊率得到有效控制，平均二次切邊率降低到4.87%［見圖4（b）］，提高了綜合成材率。

圖4 某企業2021—2022年二次切邊率變化趨勢圖（a）實施改進措施前；（b）實施改進措施后Fig.4 Trend chart of the second trimming rate of a certain enterprise from 2021 to 2022（a）Before implementing measures；（b）After implementing measures

在生產過程中，需要對容易產生裂邊的牌號產品或規格產品進行重點跟蹤，認真分析二次裂邊原因，采取措施，減少不必要的切邊損失，同時也要避免因切邊不及時而導致更大的損失。

減小裂邊及二次切邊量的一般措施有：1）確定最佳原料配比方案和熔鑄工藝，獲得鑄造組織良好的鑄坯；2）總結出在不增加軋制道次的前提下需要控制的各軋程總加工率的上限，避免因軋制力過大而產生裂邊；3）優化精軋機軋制道次分配制度，使各道次軋制力更均勻，有利于軋制過程平穩；4）優化物料打包方法和鐘罩爐裝爐方法，防止物料在打包和裝爐過程中出現壓傷部位，從而杜絕后續軋制延展時物料因有壓傷部位而出現毛刺、裂邊缺陷的現象；5）制定銅帶轉運制度，降低吊具對銅帶邊部的撞傷程度，以實現吊具對銅帶邊部無撞傷。

3.4 熔鑄質量及銑面量

銑面是去除銅帶熱軋坯或水平連鑄坯表面氧化皮的有效方式，但會產生約10%的銑削損失。為了減少材料損失，有些企業嘗試使用鋼刷刷除的方法或噴丸工藝去除表面氧化皮，但此操作易引發后續表面缺陷。因此，銅板帶行業內去除氧化皮的主流工藝還是銑面工藝。采用常規銑面工藝去除氧化皮時，材料損失較大，主要原因有：1）熱軋坯或水平連鑄坯表面的氧化皮厚度難以測量，操作工只能根據經驗或銑面規則確定銑面量，會出現重銑或銑面量過大，增加不必要的銑面量［27］；2）鑄坯表面不平整，如果銑削量過小，會出現凹處漏銑，銑削量過大，會造成銑削過量，影響成材率。

實際生產過程中，可通過以下措施減少銑面損失：1）通過對各品種銅帶銑面工藝進行試驗，確定銑削量，制定銅帶牌號分類銑削標準；2）優化熔鑄工藝，提高鑄坯表面質量，獲得更平整的鑄坯［28-29］；3）減小熱軋終軋厚度，熱軋坯終軋厚度調整到11～13 mm；4）對雙面銑設備進行進一步改進升級，以實現多功能自動確定銑削量及提高銑面質量［30］。

3.5 分切損失

分切損失是影響綜合成材率的重要因素［31］，約占到總成材率損失的5%～20%，其主要影響因素包括表面缺陷、頭尾尺寸超標、分條邊角料剔除、中部邊部起浪、毛刺等。表面缺陷主要由上道精整工序控制，在上道工序必須嚴格控制白點、刷紋、起皮、黑絲、挫傷等各種表面缺陷，減少表面缺陷損失。對于表面缺陷，越早發現，越有利于降低損失，一般通過表面智能系統及時發現表面質量問題，及早處理［32］。頭尾尺寸超標損失主要是頭尾料尺寸不符合需求而廢除頭尾時產生的損失，跑頭量取決于頭尾尺寸不符的料量。為了減少頭尾損失，需要嚴格控制頭尾尺寸，同時制定嚴格的跑頭損失標準，根據不同規格和產品制定頭尾部廢切標準，并嚴格執行。此外，需要合理接單排產，避免不必要的分條損失。對于高精密電子銅帶，在分切質量方面的要求很高，需要嚴格控制邊部毛刺、寬度誤差、邊部碎浪、側彎、料卷整齊度等，并對縱剪分切技術及裝備進行改進，減少分切過程的損失，同時配備合適的襯紙，提高表面質量及成材率［33-34］。

4 結論

成材率是衡量企業技術水平和管理水平的關鍵指標，反映企業過程損失及生產成本，成材率的準確性及可比性意義重大。本文分析了階段成材組合法、產成品計算法、計算盤點法、單卷算術平均法、成品跟蹤計算法的特點及優劣勢情況，總結歸納了影響成材率的主要因素，針對成材率影響因素研究分析了優化改進措施，得出以下結論：

1）在生產經營過程中根據實際情況選擇合適的計算方法。為保證成材率準確并具有可比性，所選擇的計算方法中既不能存在漏算也不能存在重復計算，使得所計算出的成材率指標合理科學，具有一定的代表性。

2）階段成材組合法計算復雜，不能真實反映某一期間內的成材率數據；單卷算術平均法及成品跟蹤計算法，容易忽略整卷報廢等情況，單卷算術平均法可適用于較短生產周期成材率計算；產成品計算法，受當月在制品變化影響較大；計算盤點法，考慮了整卷報廢，受當月在制品變化影響不大，統計計算過程又相對簡單，可用于一個較長時間內成材率的準確核算。

3）影響成材率的因素主要有卷重、斷帶、軋機頭尾料、裂邊切邊、熔鑄銑面及分切損失等。從熔鑄工序開始就需要加強質量管理，從嚴控制過程工序，優化全流程工藝，加強設備維護保養，降低過程損失，切實有效提高成材率。