铜加工轧辊冷却与质量控制方法探究

孙永岗 戴志刚 赵森森

摘要：铜加工轧辊运行过程中因材料性质、工艺条件、操作技术等因素的影响，都会给轧辊性能带来影响。通过完善和优化铜加工轧辊工艺条件，在保障产品质量的基础上，提升轧辊性能，延长轧辊使用周期是十分重要的工作内容。本文围绕铜加工轧辊冷却工艺以及质量控制的议题进行了探讨，概述了铜板带热轧机现状及工艺特点，分析了三辊行星轧机及水冷却系统，并对轧辊冷却工艺参数及质量控制进行了论述，供相关人士参考。

关键词：铜加工轧辊;轧件;冷却工艺;质量控制

一、引言

铜加工轧辊具有很强的强度和表面硬度，在复杂生产条件下起到耐热、耐磨的功能。在铜加工轧辊使用过程中，由于轧辊自身材质的不同，生产工艺条件及参数的不同会对轧辊自身质量和性能造成影响。为了更好地满足铜加工工艺需求，延长铜加工轧辊使用寿命，对铜加工轧辊冷却我能够工艺进行分析研究十分重要。

二、铜板带热轧机现状及工艺特点

铜板带热压机分为二辊热轧机、三辊热轧机、四辊热轧机。二辊热轧机包括700×900mm、850×1500mm、1050×1600mm、1000 × 3500mm等具体规格。部分部分三辊热轧机和四辊热轧机属于不可逆轧机，在生产工艺方面存在功能不完备、控冷控轧能力不高、在线自动化程度弱的弊端，导致铜板带热轧生产效率低，产品残次率高，因此部分不可逆轧机逐渐被市场所淘汰。目前，铜板带生产行业中的热轧机主要以二辊热轧机和三辊热轧机为主。在实际的生产工艺中，热轧机组经常会因为热轧带控制不到位而造成侧弯、裂边、板型变形、厚度尺寸不准确、表面出现氧化皮、料卷错层、松卷等问题，因此，优化热压辊工艺对延长设备寿命，保障产品质量十分必要。

三、三辊热轧机及水冷却系统

三辊热轧机结构主要包括固定机架、太阳轮、回转盘、轧辊、齿轮传动装置、中心润滑系统。轧机在电机的作用下实现驱动性运转。其中主电机小齿轮带动大盘上的大齿轮使大盘回转，而大盘内的三个行星轮齿与中心轮齿啮合，使轧辊随着大盘回转让铜管公转。辅助电机提供驱动力，将驱动力传给轧辊，使轧辊能够自传，保证轧件持续旋转前进。轧辊的表面包括两大部分，一部分是圆锥形还原区，另一部分是球形修整区。三辊热轧机生产工艺参数主要指的是热轧机的结构参数，如行星轮轴线到中心轮轴线阀之间的中心距，这一参数是衡量热轧机结构尺寸大小、热轧机规格以及热轧机生产能力的重要指标。当三辊热轧机的结构参数保持一定时，技术人员可以通过调整主电机和副电机的转速比来实现理想的运行状态。当轧辊与轧管接触表面持续呈一条狭长条带时会积累成较大的下压力，这也是三辊热轧机变形量大，轧制力矩小的重要原理。由于轧制力矩小，因此所需要的能耗很低。轧辊、太阳轮、管件、轧件构成一个转轮系，给转轮系施加角速度使其与轧件角速度保持一致，轧制系统运行，当角速度方向相反时，轧制系统停止转动。三辊热轧机整体结构简单，操作方便，而且能耗低，生产效率高，产品合格率高，因此在铜加工轧制生产工艺中应用普遍。

在热轧机轧制的过程中产生的热量通过水冷却系统进行降温，以更好地延长轧辊使用寿命，确保加工温度能够满足铜加工生产工艺温度要求。水冷却系统包括一次冷却和二次冷却，共两个冷却水箱。其中，一次冷却是冷水通过轴向缝隙进入到轧制工作区，对铜加工制品进行冷却，同时也起到润滑的作用;二次冷却是迅速降低轧管温度，防止空气进入到轧制密封区间，避免铜加工制品被氧化。水冷却系统采用PLC控制系统配备触摸显示屏，通过变频器来降低能耗。通过触摸显示屏可是观察系统实时温度情况，能够对温度进行设置，实现对水冷却系统温度的自动调整。还可以通过触摸显示屏实现对电机频率的监控。当水冷却系统中的温度等状态参数或者元气件出现异常情况时，系统发出警报功能提示工作人员进入检修状态。对于热压机这种闭环式水冷却系统是最常见的，采用的变频方式有益于节能目标实现。

四、轧辊冷却工艺参数及质量控制

铜加工轧制过程中，铸坯变形过程产生热量，摩擦过程产生热量，这些热量很难迅速释放会导致轧辊和轧件温度上升。高温条件下，轧件受到热冲击极容易产生裂纹。轧辊表面和轧件之间的温差产生热应力，导致轧件发生断裂。轧辊温度保持在工艺设计的合理范围内对于轧件产品质量保障十分重要，轧辊温度仍然居高不下是常见的现象，因此，优化轧辊冷却工艺条件对于延长轧辊寿命以及轧件质量控制十分关键。

轧辊冷却水压及流量：铜加工轧件在轧制的过程中，主电机驱动速度通常在1300转/分钟以上，辅助电机驱动速度通常在700转/分钟以上。这样的转速条件下，控制轧辊冷却水压和水流量十分重要。首先要确保冷却水量充足且连续，轧辊温度过高时要及时更换冷却水箱的水。实际生产中，轧辊冷却水压一般不低于0.8Mpa，冷卻水流量不低于3500L/h。

冷却水温度：冷却水温过高会影响轧辊冷却速度，冷却水过低会造成轧辊表面和内部温差过大引发轧辊出现裂纹，而且轧辊表面和轧件的温差过大还会影响轧件材料结晶不均匀从而影响产品质量。冷却水温度变化对轧辊冷却造成影响，极冷或极热都会使轧辊加速疲劳，从而缩短使用寿命。实际生产中，轧辊冷却水温度一般在40℃～60℃之间。

冷却水水质：冷却水中悬浮物、盐类及其他杂质含量情况会对轧辊冷却带来影响。杂质含量超标会影响轧辊冷却效率，同时容易堵塞喷水装置出水孔，此外，还会影响轧辊和轧件表明光滑度。为此，冷却水进入系统前先进行过滤处理，去除原水中的杂质，保障冷却水水质，提高冷却效果。

冷却水喷入位置：冷却水直接喷在轧辊表面，随着轧辊高速旋转，冷水在旋转力的作用下有很大一部分被甩到周边，有效的冷却水量很少，从而使冷却效果降低。为了使冷却效果更加集中，将冷却水喷入位置设置在轧辊受力部位的工作区，这部分区域是温度突变区域，冷却水喷入效果更加集中，轧辊降温速率更快。

冷却水循环利用：为节约水资源消耗，冷却用水采用闭环循环方式，减少新鲜水用量。

润滑油：在冷却水循环喷入的过程中，不仅起到了冷却轧辊的作用，而且还具有润滑作用。在铜制品轧制时，轧辊和管坯之间不可避免会出现摩擦阻力，适当的摩擦阻力是轧件轧制工艺不可或缺的，但是一旦摩擦阻力过大反而会导致轧辊接触疲劳，缩短轧辊使用寿命，同时给轧件产品质量控制增加难度。为此，应使用适合的润滑油对轧辊及部件接触部位进行润滑。采用的润滑油需要进行配方试验，在试验基础上优化润滑油性能，使轧辊和管坯之间接触部位保持合理的润滑性能。在润滑油使用量上，如果使用量过多，会降低接触面摩擦力，是轧辊打滑;如果使用量太少，会增加接触面摩擦力，使生产功率增大，造成电能增加，且容易超负荷运行导致线路跳闸。因此，技术人员应注意控制润滑油使用量，满足生产工艺中对摩擦力的实际需求。

五、结语

综上所述，铜加工轧辊运行过程中经常会因材质、工艺条件参数等因素的影响而造成设备使用寿命缩减，轧件产品质量降低的问题。通过对轧辊冷却工艺参数进行控制，使轧辊能够正常稳定运行，提升轧辊性能，保障轧件产品质量。

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