何坤鸝

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330031)

1 引言

銅線材的廣泛應(yīng)用，加之國(guó)內(nèi)城市電網(wǎng)改造進(jìn)度加快，高速鐵路快速增長(zhǎng)以及國(guó)內(nèi)家電、汽車、房地產(chǎn)等行業(yè)迅速發(fā)展使得在中國(guó)銅材消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，線材所占比例較高[1]。截止2012年，銅線材產(chǎn)品產(chǎn)量占全年銅加工材總產(chǎn)量的39.4%[2]，是所占比例最高的銅加工產(chǎn)品，這種增速雖然略有緩解，但是并沒(méi)有動(dòng)搖銅線桿消費(fèi)的主導(dǎo)地位。從2008年至2013年，國(guó)內(nèi)新增引進(jìn)連鑄連軋[3]銅桿生產(chǎn)線26條，其中引進(jìn)美國(guó)南線SCR連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線16條，引進(jìn)德國(guó)西馬克CONTIROD連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線10條。截止2013年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)連鑄連軋銅桿線新增生產(chǎn)能力將超過(guò)600萬(wàn)t。國(guó)內(nèi)銅桿消費(fèi)企業(yè)主要集中于電線電纜企業(yè)，其次是漆包線企業(yè)。電線電纜企業(yè)對(duì)銅桿產(chǎn)品質(zhì)量的要求相對(duì)較低，漆包線企業(yè)對(duì)銅桿的表面質(zhì)量和拉伸性能有較高要求。銅線桿產(chǎn)品質(zhì)量是影響市場(chǎng)定位的主要指標(biāo)。

2 銅粉在銅桿后續(xù)拉伸加工中的影響

銅桿中銅粉量多將影響后續(xù)拉伸深加工中模具的潤(rùn)滑[4]。一是在拉絲機(jī)拉絲過(guò)程中影響工作效率，表面質(zhì)量受影響。銅桿進(jìn)入拉絲模具經(jīng)過(guò)錐形壓縮區(qū)擠壓變形后拉伸為銅線。銅桿組織中的氧化物顆粒在拉拔力和模具摩擦力的作用下，從銅線表面剝離形成銅粉，銅粉顆粒在銅線表面受到徑向壓力，在模具的定徑區(qū) (圖1)入口形成堆積。壓縮區(qū)是銅桿在模具內(nèi)產(chǎn)生主要變形量的區(qū)域，如果潤(rùn)滑不良，堆積的銅粉顆粒在摩擦力作用下，在銅線表面留下摩擦痕跡，形成銅線表面擦傷，進(jìn)而影響銅線的表面質(zhì)量[5]。圖2、圖3為銅線表面放大圖，可以明顯看到擦傷的銅線表面形成了不規(guī)則的凹坑。二是在反作用力的作用下，模具本身也受到銅粉顆粒的摩擦，模具表面也出現(xiàn)擦傷甚至磨損，降低模具使用壽命，增加拉絲潤(rùn)滑液的過(guò)濾負(fù)擔(dān)。

圖1 拉絲模具結(jié)構(gòu)圖

圖2 銅線表面20X放大圖

圖3 銅線表面50X放大圖

圖4 拉絲機(jī)成品模具剝離銅粉

銅桿中銅粉量將影響漆包線產(chǎn)品質(zhì)量。由于銅粉造成表面擦傷的銅線進(jìn)入到漆包線加工中，在擦傷處可能形成小凹坑，涂漆后，在凹坑部位會(huì)產(chǎn)生汽包粒子，影響漆膜均勻性，在高電壓的作用下，漆膜上的汽泡粒子處容易被破壞，造成電壓擊穿，降低漆包線的電性能[6]。

3 銅粉產(chǎn)生的原因

銅桿的銅粉量出現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是通過(guò)銅桿銅粉測(cè)量得到檢測(cè)銅粉量(如圖5是扭轉(zhuǎn)檢測(cè)后銅桿表面剝離的銅粉顆粒);二是銅桿在后續(xù)拉伸過(guò)程中產(chǎn)生的銅粉量(如圖4是拉絲機(jī)中產(chǎn)生的銅粉顆粒)。實(shí)際生產(chǎn)中，銅桿生產(chǎn)企業(yè)常以檢測(cè)銅粉量作為衡量銅桿銅粉量多少的依據(jù)。

銅桿檢測(cè)的銅粉含量是指，取長(zhǎng)350～400mm的銅桿試樣在扭轉(zhuǎn)速度為30r/min的扭轉(zhuǎn)機(jī)上經(jīng)過(guò)正負(fù)10轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)以后，表面脫離的銅粉含量(見(jiàn)圖5)。根據(jù)國(guó)標(biāo)《GB/T3952－2008電工用銅線坯》[7]規(guī)定，衡量銅桿產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)有:拉伸性能、扭轉(zhuǎn)性能、含氧量、表面質(zhì)量、銅粉量等。此版本國(guó)標(biāo)新增了銅線坯銅粉量的測(cè)定方法為桿刷法[7]，并規(guī)定了φ8mm連鑄連軋法生產(chǎn)的低氧光亮銅線坯銅粉含量指標(biāo)，詳見(jiàn)表1。

表1 銅粉量指標(biāo)及等級(jí)列表

了解銅粉在連鑄連軋銅桿中的分布情況，能夠幫助理解銅粉產(chǎn)生的原因。為此，設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)，選用同一卷銅桿作為試樣，采用不同測(cè)量方法測(cè)量連鑄連軋銅桿的銅粉量(表2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明銅粉是分布于銅桿表面及次表面的銅氧化物顆粒，兩種方法測(cè)量的銅粉量范圍越寬，說(shuō)明銅粉分布的位置越靠近中心組織，越有可能在漆包線生產(chǎn)過(guò)程中影響到漆包線的質(zhì)量。因而，此時(shí)產(chǎn)生銅粉的主要原因是:鑄造過(guò)程中鑄坯表面的氧化物或者軋制過(guò)程中的氧化物被重新軋制到銅桿的次表面(如圖6)，在后續(xù)加工過(guò)程中剝離形成銅粉。

表2 兩種銅粉測(cè)量方法結(jié)果對(duì)比

圖5 銅桿扭轉(zhuǎn)后銅粉剝離

圖6 氧化物重新軋入銅桿表面50X放大圖

氧化物重新軋進(jìn)銅桿表面的原因:(1)軋機(jī)乳液沒(méi)有在軋輥表面形成有效的潤(rùn)滑膜，增加摩擦和磨損。氧化物附著在軋輥表面，附著的氧化物在不斷的軋制中又重新進(jìn)入到軋制料的內(nèi)部。這種氧化物重新進(jìn)入到軋制產(chǎn)品內(nèi)部，存在于結(jié)晶組織間，和結(jié)晶組織的粘合性差，后續(xù)的加工過(guò)程中容易脫落，就形成了拉絲過(guò)程中產(chǎn)生的銅粉。 (2)乳液過(guò)濾系統(tǒng)不能充分過(guò)濾，乳液從軋輥沖刷下的氧化皮重新進(jìn)入到軋機(jī)中循環(huán)，乳液中的氧化皮有可能重新軋制到銅桿表面。(3)清洗線溶液中的乙醇對(duì)去除氧化物起到一定作用，乙醇在銅的催化下氧化反應(yīng)生成乙醛和水，將銅的氧化物還原成銅，適當(dāng)控制乙醇濃度能減少銅桿表面的氧化物。

4 降低銅桿銅粉量的措施

根據(jù)銅粉產(chǎn)生的原因，采取針對(duì)性措施，有效減少銅粉含量。

(1)軋機(jī)軋輥的粗糙度是影響軋制中銅桿銅粉量的一個(gè)主要因素。軋輥是軋制過(guò)程與銅軋制坯料直接接觸的主要部件，軋輥表面影響銅桿表面質(zhì)量。在軋機(jī)各道次使用噴砂或者噴丸軋輥，軋輥表面經(jīng)過(guò)噴丸或者噴砂處理后，軋輥表面有一定粗糙度。相應(yīng)軋制后銅桿表面也具有一定的粗糙程度，可增加銅桿表面積，乳液更能充分清洗軋件表面氧化物，有利于提高乳液冷卻清洗效果，可降低在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的氧化物重新軋入銅桿幾率，從而達(dá)到降低后續(xù)深加工產(chǎn)生的銅粉量。有一定表面粗糙度的軋輥有利于銅桿表面氧化物的剝離。為了驗(yàn)證這個(gè)理論，分別選擇表面粗糙程度不同的兩批軋輥，一批是表面光滑的軋輥，生產(chǎn)的1#銅桿表面(圖7)有少量凹陷但相對(duì)光滑，通過(guò)拉絲機(jī)后生產(chǎn)的1#銅線表面 (圖8)有小擦傷;一批是表面粗糙的軋輥，生產(chǎn)的2#銅桿表面 (圖9)有較密集凹陷，并相對(duì)粗糙，通過(guò)拉絲機(jī)后生產(chǎn)的2#銅線表面 (圖10)相對(duì)光滑，表面質(zhì)量明顯更好(詳見(jiàn)表3)。經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)證明:除最后兩道次軋輥使用光面軋輥外，其余各道次均使用噴丸噴砂軋輥，可明顯降低拉絲過(guò)程中產(chǎn)生的銅粉量，能夠滿足高速漆包線企業(yè)的生產(chǎn)要求，有效提高成品率。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)和用戶驗(yàn)證，在銅桿軋制過(guò)程中銅桿表面粗糙的銅桿比銅桿表面光滑的銅桿潤(rùn)滑效果更好，由此工藝生產(chǎn)的銅桿在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生更少的銅粉，尤其漆包線生產(chǎn)中表現(xiàn)出穿刺頻率明顯降低。

表3 在軋制過(guò)程中采用兩種不同粗糙度工藝生產(chǎn)的銅桿和對(duì)應(yīng)生產(chǎn)銅線表面微觀對(duì)比

(2)保證乳液真空過(guò)濾器過(guò)濾效果，定期清理乳液池中的氧化皮，降低乳液中氧化皮的含量。

(3)控制清洗液中乙醇濃度，適當(dāng)控制清洗液的壓力和流量，能有效控制銅桿表面氧化膜厚度。

5 結(jié)語(yǔ)

普通電線電纜企業(yè)對(duì)銅粉含量的要求不高，銅粉含量能達(dá)到8～12mg，均能滿足這類企業(yè)的生產(chǎn)要求。但對(duì)于高端漆包線企業(yè)而言，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)不能滿足正常生產(chǎn)的需要，因此銅桿的銅粉含量控制在6mg以下，才能保證高端漆包線的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分銅桿企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)~粉含量穩(wěn)定控制在3mg左右。

銅桿質(zhì)量的優(yōu)劣，決定著下游拉絲產(chǎn)品的等級(jí)。質(zhì)量?jī)?yōu)異的銅桿，可以生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的高端拉絲產(chǎn)品;反之，質(zhì)量一般的銅桿，生產(chǎn)的拉絲產(chǎn)品質(zhì)量檔次就低。銅桿是電線電纜和漆包線的主要原料，下游用戶對(duì)銅桿的性能要求主要集中于銅桿的表面質(zhì)量和銅桿的拉伸性能。優(yōu)質(zhì)的銅桿可以穩(wěn)定占領(lǐng)多頭高速漆包線的高端市場(chǎng)。普通電線電纜企業(yè)用銅桿，由于產(chǎn)品直徑大、電纜表面質(zhì)量要求低而影響不明顯。生產(chǎn)微細(xì)銅線的企業(yè)選用的銅桿，為降低斷線率，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同樣對(duì)銅桿拉絲過(guò)程中產(chǎn)生的銅粉量有較高要求。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)銅桿年產(chǎn)量日益增加，產(chǎn)能過(guò)剩將愈加明顯，下游用戶對(duì)銅桿產(chǎn)品質(zhì)量日益嚴(yán)格，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。如何才能穩(wěn)定占據(jù)高低端用戶市場(chǎng)地位的壓力已經(jīng)落到攻克產(chǎn)品質(zhì)量的任務(wù)上。提高銅桿產(chǎn)品質(zhì)量，成為銅桿市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要手段。

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