肖洪量，危利民

(江西銅業(yè)集團公司銅材有限公司，江西貴溪 335424)

淺析銅桿表面銅粉的形成機理及關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)

肖洪量，危利民

(江西銅業(yè)集團公司銅材有限公司，江西貴溪 335424)

銅桿表面銅粉對后續(xù)加工性能及使用性能具有重要影響，目前國內(nèi)連鑄連軋銅桿生產(chǎn)企業(yè)對表面銅粉的控制技術(shù)與國外企業(yè)相比有一定差距。結(jié)合多年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過對連鑄連軋銅桿表面銅粉的形成機理進行研究和分析，總結(jié)出了銅桿表面銅粉含量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。研究表明，連鑄連軋銅桿表面銅粉的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)主要是鑄坯表面質(zhì)量控制及軋制、清洗過程的控制。

連鑄連軋;銅桿;表面銅粉;機理分析;檢測方法

1 引言

連鑄連軋法生產(chǎn)的銅桿具有優(yōu)良的加工性能，能很好地滿足漆包線、鍍錫線、超微細線等產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前世界上90%以上的銅桿采用連鑄連軋生產(chǎn)工藝進行生產(chǎn)［1］。自上世紀80年代初我國引進首條連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線以來，至今已累計引進了20余條連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線。通過近30年的連鑄連軋生產(chǎn)經(jīng)驗的積累與發(fā)展，我國銅桿質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率得到不斷提高，然而即便如此，我國企業(yè)生產(chǎn)的銅桿質(zhì)量水平與國外高端銅桿質(zhì)量水平相比仍有一定差距，特別是在高速連拉連包機應(yīng)用于漆包線生產(chǎn)后，由于國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的銅桿表面銅粉較多，一直難以滿足高端連拉連包漆包線客戶的生產(chǎn)要求。

經(jīng)過多年的連鑄連軋銅桿生產(chǎn)實踐，我公司生產(chǎn)的銅桿表面銅粉含量不斷降低，控制經(jīng)驗日漸豐富。本文將銅桿表面銅粉的形成機理分析作為切入點，探索銅桿表面銅粉含量的主要影響因素及關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。

2 表面銅粉對后續(xù)加工性能和產(chǎn)品使用性能的影響

2.1 銅粉對后續(xù)拉伸性能的影響

銅粉附著在銅桿的表面，若單位長度銅桿表面銅粉含量過高將對銅桿的拉伸性能產(chǎn)生重要影響，其主要影響表現(xiàn)有:

(1)銅粉過多易導(dǎo)致拉絲堵模，影響拉伸過程潤滑液對模具的潤滑造成模具損傷。如圖1所示，銅粉堵住?？趯?dǎo)致潤滑液難以被帶入或銅粉被壓入線表。

(2)拉伸過程中銅粉堵模嚴重的將導(dǎo)致拉絲斷線，使拉伸作業(yè)難以連續(xù)進行。

圖1 銅粉拉伸堵模示意圖

2.2 銅粉對產(chǎn)品表面和使用性能的影響

(1)銅粉為非機體金屬，與機體金屬在拉伸過程中會有部分剝離脫落形成線表坑洞或裂紋［2］，另一部分銅粉顆粒拉絲過模后將在銅線表面形成毛刺，影響產(chǎn)品的表面性能。

(2)表面銅粉導(dǎo)致的拉伸毛刺或坑洞，在生產(chǎn)漆包線時會使該處耐壓強度降低，易被擊穿;另外在做漆包線和鍍錫線時，若銅粉過多且拉伸過程中清洗效果不好，容易導(dǎo)致表面“漆瘤”或“錫瘤”，影響產(chǎn)品的電性能。

(3)銅粉主要成分為銅的氧化物，致密覆蓋在銅桿表面，當氧化物厚度達到或超過2000?時，銅桿拉伸后的線表顏色將發(fā)暗發(fā)黑，影響表面光澤度［3］。

3 銅桿表面銅粉的形成機理

所謂銅桿表面銅粉，即附著在銅桿表層機體金屬上的銅氧化物、雜質(zhì)等，若將銅桿進行正反扭轉(zhuǎn)，其能從銅桿表面剝離并表現(xiàn)為粉末狀物質(zhì)。

銅粉主要包括銅的氧化物和雜質(zhì)兩大部分，其形成機理各不相同。

3.1 銅的氧化物形成機理

連鑄連軋法生產(chǎn)的銅桿為低氧銅桿，氧含量一般在200～400PPM之間［4］，特別是從鑄坯脫模至入軋以及軋制過程鑄坯都暴露在氧化性氣氛中，鑄坯表面生成一層致密氧化物(CuO和Cu2O)并被其覆蓋，具體氧化過程見示意圖2。

圖2 銅在氧化性氣氛中，被氧化成CuO和Cu2O

鑄坯軋制成銅桿后進入無酸清洗工序，在無酸清洗工序銅桿表面氧化物被還原，根據(jù)還原程度不同分為四個存在形態(tài)，具體還原過程見示意圖3。

圖3 CuO和Cu2O被還原的過程

整個還原過程由表及里發(fā)生，由于銅桿表層氧化物被還原成金屬后會阻礙次表層還原反應(yīng)的發(fā)生，還原過程的結(jié)果應(yīng)是銅桿表層為Cu金屬，次表層仍為Cu2O形式的氧化物。但在實際連鑄連軋生產(chǎn)過程中，銅桿表面還原反應(yīng)發(fā)生時間只有1s左右，通常反應(yīng)在CuO還原到Cu2O的階段，通過對銅桿表面氧化物進行定氧分析和測算，其組成以少量CuO和大量Cu2O形式存在。在后續(xù)銅桿的扭轉(zhuǎn)或拉伸變形過程中CuO和Cu2O容易從機體金屬剝離，形成銅粉。

3.2 表面雜質(zhì)的形成機理

在整個鑄造和軋制過程中，鑄坯會接觸導(dǎo)輪、導(dǎo)向塊、軋輥和含銅泥乳液等物資。鑄坯在與導(dǎo)輪、導(dǎo)向塊和軋輥接觸時，由于摩擦作用，可能會有導(dǎo)輪、導(dǎo)向塊和軋輥的表面剝離物黏附或壓入銅桿坯表面，形成后續(xù)的桿表剝離物銅粉;在軋制過程，乳液中的銅粉噴在鑄坯表面上時會被壓入銅桿表面形成銅粉;軋輥表面乳液潤滑效果不好導(dǎo)致軋輥粘銅，進而使得鑄坯表層組織疏松導(dǎo)致剝離物增多，在后續(xù)扭轉(zhuǎn)試驗時以帶狀銅粉剝離物的形式存在，如圖4所示。

圖4 Ф8.0mm銅桿帶狀銅粉剝離物圖

4 生產(chǎn)過程中銅桿表面銅粉的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)及檢測方法

通過分析研究銅桿表面銅粉對后續(xù)生產(chǎn)的影響及其形成機理，結(jié)合多年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和對高端客戶材質(zhì)要求的摸索，總結(jié)出以下降低銅桿表面銅粉的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)及銅粉檢測方法:

4.1 銅桿表面銅粉的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)

(1)鑄坯質(zhì)量的控制。鑄坯表面重熔線、裂紋、坑洞等均對軋制后銅桿表面銅粉有影響，因此，入軋前鑄坯表面應(yīng)首先保證光滑，盡量減少缺陷。

(2)軋制溫度的合理控制。對軋制溫度的控制主要表現(xiàn)為對鑄坯入軋溫度、銅桿出軋溫度和軋制乳液溫度的控制。鑄坯入軋溫度的控制對鑄坯表面氧化皮的剝離和軋輥各站運行滑差有影響;銅桿出軋溫度的控制對后續(xù)無酸清洗效果有影響;軋制乳液溫度的控制對潤滑效果和冷卻效果有影響。

(3)軋輥表面粗糙度、高低壓乳液壓力及噴射角度的合理控制。軋輥表面粗糙度對軋制過程的滑差、銅粉的剝離起到關(guān)鍵作用，一般軋輥表面粗糙度按軋制道次順序由大變小;高壓乳液作用主要是沖刷鑄坯表面剝離物和強冷鑄坯，因此應(yīng)控制壓力和噴射角度;低壓乳液作用主要是沖刷和冷卻軋輥表面，壓力和角度控制十分重要，壓力低容易使軋輥表面粘銅。

(4)各站軋制速度的匹配控制。軋制速度若是不匹配，導(dǎo)致某些站間存在滑差，即該站由軋制變成了拉拔，使得剝離效果變差和軋輥更易粘銅，因此必須正確控制軋輥間隙和各站速度匹配。

(5)無酸清洗參數(shù)的合理控制。在無酸清洗工序，銅桿表面會發(fā)生還原反應(yīng)，同時對銅桿表面進行清洗，是降低銅桿表面銅粉含量的最后環(huán)節(jié)。在這個過程應(yīng)合理控制無酸液的濃度與溫度以及各清洗站的壓力和流量，同時根據(jù)無酸液與銅桿表面氧化物反應(yīng)的溫度要求，合理控制銅桿出入無酸清洗工序的初始溫度［5］。

4.2 銅桿表面銅粉的檢測方法

(1)銅桿表面銅粉的檢測方法在國家標準《GB/T 3952-2008電工用銅線坯》附錄A中有介紹，即干刷法［6］，之前版本的國家標準均未對銅粉的檢測方法進行規(guī)定。但隨著市場對銅桿質(zhì)量要求越來越高，客戶對銅粉指標越來越重視并大部分高端客戶均已提出了明確銅粉指標要求，因此新版國家標準《GB/T 3952-2008電工用銅線坯》增加了銅粉檢測方法的規(guī)定。具體的銅粉檢測操作方法和評價標準在此不詳述，請參見國家標準。

(2)目前國內(nèi)銅桿生產(chǎn)企業(yè)為滿足自己生產(chǎn)或客戶生產(chǎn)的要求，多采用企業(yè)內(nèi)部或客戶制訂的方法檢測銅粉。一般企標與國標不同之處也主要表現(xiàn)在正反扭轉(zhuǎn)次數(shù)和測試樣品標距兩指標上，如多數(shù)企業(yè)采用250mm標距、±15轉(zhuǎn)檢測銅粉，而國標要求為300mm標距、±10轉(zhuǎn)檢測銅粉，企業(yè)的銅粉檢測標準執(zhí)行更嚴格，主要是為滿足大多數(shù)高端客戶的銅粉指標要求。

5 結(jié)語

連鑄連軋銅桿表面銅粉含量的影響因素和控制環(huán)節(jié)都比較多，不斷降低銅桿表面銅粉含量是一個永恒的課題。由于銅桿表面銅粉對后續(xù)加工性能和產(chǎn)品使用性能具有至關(guān)重要的影響，因此，銅桿加工企業(yè)在降低銅粉含量方面還需深入工藝技術(shù)研究，以滿足市場發(fā)展的需要。

［1］段軍偉.我國光亮銅桿連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)淺析［J］.有色金屬加工，2006(5):20-21.

［2］和曉燕.銅桿線質(zhì)量影響因素淺談［J］.云南冶金，2005 (4):85-87.

［3］H·包波思.在銅線工業(yè)中銅桿表面氧化物的影響及其測定［J］.Wire Journal，1977(3):50-57.

［4］衛(wèi)紅凡.淺談低氧銅桿和無氧銅桿的性能及應(yīng)用［J］.機械管理開發(fā)，2005(12):54-55.

［5］吳煜.光亮銅桿表面變色原因探討［J］.常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006(2):25-28.

［6］GB/T 3952-2008，電工用銅線坯［S］.

Analysis on Forming Principle and Key Control Point of Copper Rod Surface's Copper Powder

XIAO Hong-liang，WEI Li-min

(JCC Copper Products Company Limited，Guixi，Jiangxi 335424，China)

Copper powder on Copper rod surface has an important impact to subsequent processing performance and functional performance.So far，the rod surface copper powder control technology of the domestic casting and rolling copper rod production enterprises have certain difference compared with foreign enterprises.Combined with years of practical experience in production，based on research and analysis on the continuous casting and rolling of copper rod copper surface formation mechanism，the key control points of copper rod surface copper content were summarized.Research shows the key control points of continuous casting and rolling of copper rod surface powders mainly were casting surface quality control and rolling，cleaning process control.

continuous casting and rolling;copper rods;copper powder of copper rod surface;mechanism principle analysis;detection method.

TG335.6

B

1009-3842(2012)05-0001-03

2012-07-02

肖洪量(1981-)，男，江西峽江人，工程碩士，主要從事銅及銅合金管、棒、桿、線生產(chǎn)技術(shù)等方面的研究。E-mail:xhongl@163.com