浅析铜杆表面铜粉的形成机理及关键控制环节

肖洪量，危利民

(江西铜业集团公司铜材有限公司，江西贵溪 335424)

浅析铜杆表面铜粉的形成机理及关键控制环节

肖洪量，危利民

(江西铜业集团公司铜材有限公司，江西贵溪 335424)

铜杆表面铜粉对后续加工性能及使用性能具有重要影响，目前国内连铸连轧铜杆生产企业对表面铜粉的控制技术与国外企业相比有一定差距。结合多年生产实践经验，通过对连铸连轧铜杆表面铜粉的形成机理进行研究和分析，总结出了铜杆表面铜粉含量控制的关键环节。研究表明，连铸连轧铜杆表面铜粉的关键控制环节主要是铸坯表面质量控制及轧制、清洗过程的控制。

连铸连轧;铜杆;表面铜粉;机理分析;检测方法

1 引言

连铸连轧法生产的铜杆具有优良的加工性能，能很好地满足漆包线、镀锡线、超微细线等产品的生产，目前世界上90%以上的铜杆采用连铸连轧生产工艺进行生产［1］。自上世纪80年代初我国引进首条连铸连轧铜杆生产线以来，至今已累计引进了20余条连铸连轧铜杆生产线。通过近30年的连铸连轧生产经验的积累与发展，我国铜杆质量水平和生产效率得到不断提高，然而即便如此，我国企业生产的铜杆质量水平与国外高端铜杆质量水平相比仍有一定差距，特别是在高速连拉连包机应用于漆包线生产后，由于国内企业生产的铜杆表面铜粉较多，一直难以满足高端连拉连包漆包线客户的生产要求。

经过多年的连铸连轧铜杆生产实践，我公司生产的铜杆表面铜粉含量不断降低，控制经验日渐丰富。本文将铜杆表面铜粉的形成机理分析作为切入点，探索铜杆表面铜粉含量的主要影响因素及关键控制环节。

2 表面铜粉对后续加工性能和产品使用性能的影响

2.1 铜粉对后续拉伸性能的影响

铜粉附着在铜杆的表面，若单位长度铜杆表面铜粉含量过高将对铜杆的拉伸性能产生重要影响，其主要影响表现有:

(1)铜粉过多易导致拉丝堵模，影响拉伸过程润滑液对模具的润滑造成模具损伤。如图1所示，铜粉堵住模口导致润滑液难以被带入或铜粉被压入线表。

(2)拉伸过程中铜粉堵模严重的将导致拉丝断线，使拉伸作业难以连续进行。

图1 铜粉拉伸堵模示意图

2.2 铜粉对产品表面和使用性能的影响

(1)铜粉为非机体金属，与机体金属在拉伸过程中会有部分剥离脱落形成线表坑洞或裂纹［2］，另一部分铜粉颗粒拉丝过模后将在铜线表面形成毛刺，影响产品的表面性能。

(2)表面铜粉导致的拉伸毛刺或坑洞，在生产漆包线时会使该处耐压强度降低，易被击穿;另外在做漆包线和镀锡线时，若铜粉过多且拉伸过程中清洗效果不好，容易导致表面“漆瘤”或“锡瘤”，影响产品的电性能。

(3)铜粉主要成分为铜的氧化物，致密覆盖在铜杆表面，当氧化物厚度达到或超过2000Å时，铜杆拉伸后的线表颜色将发暗发黑，影响表面光泽度［3］。

3 铜杆表面铜粉的形成机理

所谓铜杆表面铜粉，即附着在铜杆表层机体金属上的铜氧化物、杂质等，若将铜杆进行正反扭转，其能从铜杆表面剥离并表现为粉末状物质。

铜粉主要包括铜的氧化物和杂质两大部分，其形成机理各不相同。

3.1 铜的氧化物形成机理

连铸连轧法生产的铜杆为低氧铜杆，氧含量一般在200～400PPM之间［4］，特别是从铸坯脱模至入轧以及轧制过程铸坯都暴露在氧化性气氛中，铸坯表面生成一层致密氧化物(CuO和Cu2O)并被其覆盖，具体氧化过程见示意图2。

图2 铜在氧化性气氛中，被氧化成CuO和Cu2O

铸坯轧制成铜杆后进入无酸清洗工序，在无酸清洗工序铜杆表面氧化物被还原，根据还原程度不同分为四个存在形态，具体还原过程见示意图3。

图3 CuO和Cu2O被还原的过程

整个还原过程由表及里发生，由于铜杆表层氧化物被还原成金属后会阻碍次表层还原反应的发生，还原过程的结果应是铜杆表层为Cu金属，次表层仍为Cu2O形式的氧化物。但在实际连铸连轧生产过程中，铜杆表面还原反应发生时间只有1s左右，通常反应在CuO还原到Cu2O的阶段，通过对铜杆表面氧化物进行定氧分析和测算，其组成以少量CuO和大量Cu2O形式存在。在后续铜杆的扭转或拉伸变形过程中CuO和Cu2O容易从机体金属剥离，形成铜粉。

3.2 表面杂质的形成机理

在整个铸造和轧制过程中，铸坯会接触导轮、导向块、轧辊和含铜泥乳液等物资。铸坯在与导轮、导向块和轧辊接触时，由于摩擦作用，可能会有导轮、导向块和轧辊的表面剥离物黏附或压入铜杆坯表面，形成后续的杆表剥离物铜粉;在轧制过程，乳液中的铜粉喷在铸坯表面上时会被压入铜杆表面形成铜粉;轧辊表面乳液润滑效果不好导致轧辊粘铜，进而使得铸坯表层组织疏松导致剥离物增多，在后续扭转试验时以带状铜粉剥离物的形式存在，如图4所示。

图4 Ф8.0mm铜杆带状铜粉剥离物图

4 生产过程中铜杆表面铜粉的关键控制环节及检测方法

通过分析研究铜杆表面铜粉对后续生产的影响及其形成机理，结合多年生产实践经验和对高端客户材质要求的摸索，总结出以下降低铜杆表面铜粉的关键控制环节及铜粉检测方法:

4.1 铜杆表面铜粉的关键控制环节

(1)铸坯质量的控制。铸坯表面重熔线、裂纹、坑洞等均对轧制后铜杆表面铜粉有影响，因此，入轧前铸坯表面应首先保证光滑，尽量减少缺陷。

(2)轧制温度的合理控制。对轧制温度的控制主要表现为对铸坯入轧温度、铜杆出轧温度和轧制乳液温度的控制。铸坯入轧温度的控制对铸坯表面氧化皮的剥离和轧辊各站运行滑差有影响;铜杆出轧温度的控制对后续无酸清洗效果有影响;轧制乳液温度的控制对润滑效果和冷却效果有影响。

(3)轧辊表面粗糙度、高低压乳液压力及喷射角度的合理控制。轧辊表面粗糙度对轧制过程的滑差、铜粉的剥离起到关键作用，一般轧辊表面粗糙度按轧制道次顺序由大变小;高压乳液作用主要是冲刷铸坯表面剥离物和强冷铸坯，因此应控制压力和喷射角度;低压乳液作用主要是冲刷和冷却轧辊表面，压力和角度控制十分重要，压力低容易使轧辊表面粘铜。

(4)各站轧制速度的匹配控制。轧制速度若是不匹配，导致某些站间存在滑差，即该站由轧制变成了拉拔，使得剥离效果变差和轧辊更易粘铜，因此必须正确控制轧辊间隙和各站速度匹配。

(5)无酸清洗参数的合理控制。在无酸清洗工序，铜杆表面会发生还原反应，同时对铜杆表面进行清洗，是降低铜杆表面铜粉含量的最后环节。在这个过程应合理控制无酸液的浓度与温度以及各清洗站的压力和流量，同时根据无酸液与铜杆表面氧化物反应的温度要求，合理控制铜杆出入无酸清洗工序的初始温度［5］。

4.2 铜杆表面铜粉的检测方法

(1)铜杆表面铜粉的检测方法在国家标准《GB/T 3952-2008电工用铜线坯》附录A中有介绍，即干刷法［6］，之前版本的国家标准均未对铜粉的检测方法进行规定。但随着市场对铜杆质量要求越来越高，客户对铜粉指标越来越重视并大部分高端客户均已提出了明确铜粉指标要求，因此新版国家标准《GB/T 3952-2008电工用铜线坯》增加了铜粉检测方法的规定。具体的铜粉检测操作方法和评价标准在此不详述，请参见国家标准。

(2)目前国内铜杆生产企业为满足自己生产或客户生产的要求，多采用企业内部或客户制订的方法检测铜粉。一般企标与国标不同之处也主要表现在正反扭转次数和测试样品标距两指标上，如多数企业采用250mm标距、±15转检测铜粉，而国标要求为300mm标距、±10转检测铜粉，企业的铜粉检测标准执行更严格，主要是为满足大多数高端客户的铜粉指标要求。

5 结语

连铸连轧铜杆表面铜粉含量的影响因素和控制环节都比较多，不断降低铜杆表面铜粉含量是一个永恒的课题。由于铜杆表面铜粉对后续加工性能和产品使用性能具有至关重要的影响，因此，铜杆加工企业在降低铜粉含量方面还需深入工艺技术研究，以满足市场发展的需要。

［1］段军伟.我国光亮铜杆连铸连轧生产技术浅析［J］.有色金属加工，2006(5):20-21.

［2］和晓燕.铜杆线质量影响因素浅谈［J］.云南冶金，2005 (4):85-87.

［3］H·包波思.在铜线工业中铜杆表面氧化物的影响及其测定［J］.Wire Journal，1977(3):50-57.

［4］卫红凡.浅谈低氧铜杆和无氧铜杆的性能及应用［J］.机械管理开发，2005(12):54-55.

［5］吴煜.光亮铜杆表面变色原因探讨［J］.常州工程职业技术学院学报，2006(2):25-28.

［6］GB/T 3952-2008，电工用铜线坯［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，江西峡江人，工程硕士，主要从事铜及铜合金管、棒、杆、线生产技术等方面的研究。E-mail:xhongl@163.com