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摘要：8mm铜线材广泛的应用于电线电缆，航空航天，汽车生产等各个领域，在国内外也已经形成了产业化、规模化的生产；本文结合美国南线SCR4500连铸连轧生产线的运行状况，通过对铸坯轧制温度，轧辊的材质，润滑轧辊的乳化液喷淋压力，乳化液浓度等等的分析研究，找出关于轧辊粘铜的影响因素，并且从中寻找出解决轧辊粘铜的方法，得出一套预防热轧制轧辊粘铜的系统的可实践的方案，从而达到延长轧辊使用时间，降低生产成本，减少生产停机时间，提高产能及产品质量的效果。
关键词：温度；压力；浓度；粘铜
在SCR4500连铸连轧生产线生产8mm铜线材的轧制过程中我们经常会发现轧辊存在粘铜现象，尤其存在于粗轧辊(宽轧辊)边缘和精轧机前几道次，轧辊粘铜对铜杆品质而言没有任何好处，同时还增加了生产停机时间，增大了生产辅料的消耗，提高了生产成本，因此我们应对生产工艺不合理之处做出改变，以期望达到降低生产成本的目标。
我们在生产实践中通过对铸坯温度，热轧轧辊间隙，乳化液喷淋压力及乳化液浓度等等因素的试验以及对现有轧辊喷淋设备的改善，总结出防止产生轧辊粘铜的一些解决方案。
1 SCR4500生产过程介绍
美国南方线材有限公司设计的SCR4500连铸连轧生产线是一条集熔化、保温(衡量)、浇铸、轧制、清洗还原、卷曲收线等工序的连续自动化作业过程；其生产线具有高度自动化、高产能、成品高质量等的优点。广泛的应用于航空航天，汽车制造等等行业。
产品生产工艺过程：电解铜板通过上料小车和卷扬机加入竖式熔化炉内，上料小车设置高限位与低限位，以达到防止卷扬机钢丝绳由于过松或者过紧导致意外事故发生，不仅减少了对生产进程影响，更避免了严重的安全事故的发生；竖式熔化炉采用天然气与空气的混合气体作为燃料，将电解铜板迅速稳定的熔化为铜水，熔化的铜水经由上溜槽、过渣箱(过滤熔化铜水里的杂物)流至保温炉(衡量炉)，由保温炉经下溜槽到流至浇包和铸机，通过控制保温炉的翻转角度来确保浇包液位的恒定，来辅助配合铜水温度的恒定，使铜水温度稳定可控；也可以用来控制铜杆的含氧量和铸机的浇铸速度，防止因卡炉造成铜水供应不上或断供的问题；铸机备有一套铜水自动浇铸系统，可将铜水自动注入铸机，铜水在结晶轮内部成型，形成铜铸坯，脱模后的铸坯一般温度在890℃左右；铸坯经脱模后通过夹送辊进入一号剪切机，切去铸坯头部温度较低，含氧量过高或者过低的部分，留下来的符合质量的铜铸坯经由预整机(预整机由压轮、侧轮、低轮构成)矫直，在通过刻轮刀，削边刀将铸坯边缘部分的杂质、毛刺较多部分去除干净；矫直的铜铸坯经过三架粗轧机粗轧，再经由8机架精轧机精轧，轧制出直径为8mm的铜线；粗轧机及精轧机的前四站均设计有高压除磷装置，以便除去铸坯表面存在的影响探伤的杂质，大量的减少了铜杆中杂质的含量；在铜铸坯经过轧制形成8mm铜线的过程中，乳化液将铸坯温度由850℃上下降至640℃上下；铜线杆出轧机后进入一条清洗还原管道对铜杆进行冷却还原处理，后经风干箱将铜杆表面的水分吹干净后，在经过喷淋涂蜡，收线打包等一系列工序得到成品。同时应保证铜线杆具备较高的温度，以防止成品因存放时间过长而导致氧化变色，也不应控制太高，导致直接氧化变黑，或是烫坏包装袋，影响产品质量。
2热轧制轧辊粘铜原因分析
2.1高温度铜铸坯的流变应力
美国南方线材有限公司设计的南线SCR4500连铸连轧生产线的粗轧机入口处的铜铸坯温度一般控制在840℃~860℃之间，基于热轧轧制过程中轧辊粘铜的形核机理可知，具备有较高温度的铜铸坯同时拥有较低的流变应力，这样的铜铸坯更易于粘附于热轧制过程中轧辊的表面，因此铜材的流变应力与铜铸坯温度成反比例的关系，因此生产中我们可以通过降低铜铸坯温度来使铜材的流变应力增大，从而可以达到防止热轧制过程中轧辊粘铜现象的产生，改善生产所得成品质量的效果。
在铸机系统中，中间包中的已熔化的铜水经由塞棒系统(自动浇铸系统)控制以一定的角度流至结晶轮内腔，直至将浇铸池内铜水液位填充满，处于熔融状态的铜水通过钢带冷却水和结晶轮内环冷却水冷却成型结晶，正常生产中我们应保持结晶轮内循环冷却水和钢带冷却水的水流量与压力恒定不变，以保证生产中铜铸坯可以正常稳定结晶，不致在浇铸过程中使铜铸坯产生空心或者出现大量气孔等现象，产生空心或气泡对产品质量有及其大的影响。
在保证冷却循环水流量与压力不变的情况下，我们可以通过减少用于脱模和控制铸坯温度的乙炔和氧气在结晶轮内部的喷涂流量，使喷涂在结晶轮内部的炭层变薄，炭层厚度与铜铸坯温度成正比例的关系，也就是说结晶轮内部喷涂的炭层厚度越厚，铜铸坯出结晶轮的温度也就相对于越高；反之结晶轮内部喷涂的炭层厚度越薄，铜铸坯的温度也就相对于越低；因此我们可以通过降低乙炔与氧气在结晶轮内部的喷涂流量，使喷涂在结晶轮内部的炭层变薄，铜铸坯温度也就相对降低，同时我们也应该保证乙炔与氧气在结晶轮内部的炭层喷涂均匀，这样才能保证结晶轮内部的喷涂炭层厚度均匀，以维持铜铸坯温度的恒定，也使在降低铜铸坯温度的同时使铜铸坯的质量得到保证，以防在后期成品拉拔过程中产生断线。
在喷涂过程中喷涂工具的选择也是极其重要的，我们在喷涂过程中应保证喷涂孔的通畅无堵塞，以保证喷涂的炭层的厚度均匀。
如果生产中长时间保持乙炔与氧气的大流量喷涂会使结晶轮内部的炭层变的越来越厚，从而使结晶轮内部的高压泵在低压力的情况下很难将炭垢完全清除干净，最后越积累越多，这种情况下铜铸坯的温度通过降低乙炔与氧气的喷涂流量很难降低下来，所以这时候我们应该采取增大结晶轮内部高压除磷泵高压水的出水流量，通过高压水大流量冲击结晶轮内部难以除去的炭层，炭层在高压水的作用下会很快的变薄，铜铸坯的温度相应的也会降低下来，结晶轮内部炭层变薄后我们应该及时调节乙炔与氧气的喷涂压力与流量来使结晶轮内部的炭层厚度保持在适宜的厚度，使铜铸坯的温度始终保持在一定变化范围之内，铜铸坯的温度变化幅度越小越好，只有温度变化小，我们才可以保证出结晶轮的铜铸坯质量的稳定。若采取了以上措施均未能将铜铸坯的温度降低下来，我们应采取打磨结晶轮的方式来使结晶轮内侧由乙炔与氧气喷涂的炭层重新排布，以此来降低粗轧机入口处的铜铸坯温度，以达到期望效果；当铜铸坯进入粗轧机轧制时，粗轧壳体内部充满了用于冷却与润滑的乳化液，我们可以通过增大乳化液对轧辊的喷淋压力，使壳体内乳化液的流动频率加快，这种方法同样可以达到降低铜铸坯温度的目的，只是这种方式降温，其实效果不太明显；南线SCR4500铜杆连铸连轧生产线设计的每站粗轧机铜铸坯进口与出口处均设有高压水除磷装置，我们可以通过加大高压除磷泵的压力，来使击打在铜铸坯表面的乳化液循环频率加快，以此达到获得轧制时较低的铜铸坯温度的目的，通过生产观察，此法效果显著，能直观的通过观察粗轧机出口处的铜铸坯颜色加以印证；值得注意的是乳化液中工业酒精含量不宜过高，如果一次性加入大量的工业酒精，会使铜铸坯在与轧辊瞬间接触的过程中发生燃烧现象，致使铜铸铸坯瞬时温度增高，从而加重轧辊粘铜情况，这种现象在精轧机轧辊中尤为明显，所以应该严格控制工业酒精的添加量，使其浓度保持在一定范围内即可，不可过高也不可过低，工业酒精浓度与乳化液温度关系密切，乳化液的温度越高，工业酒精越易蒸发，所以密切关注工业酒精浓度变化，及时适量的添加，不可盲目去添加。
通过生产实践观察降低铜铸铸坯温度在一定程度上使轧辊粘铜情况有所缓解，增加了轧辊的使用时间，节约生产了成本，也提高了产品质量。
2.2铜铸坯与轧辊之间的轧辊粘铜影响
铜铸坯在轧制的过程中，铜铸坯与轧辊之间的润滑介质是影响轧辊粘铜的一个至关重要的因素，我们绝对不可以忽视，我们在某种程度上可以认为轧辊粘铜主要是由于轧制时铜铸坯与轧辊的润滑条件不良所导致的。
铜铸坯在高温的情况下会与空气中的氧元素结合，因此会在表面会形成一层坚硬的氧化膜，氧化膜的主要成分为氧化铜(CUO)与氧化亚铜(CU2O)，氧化铜的含量相对较多，质硬，温度相对于铜铸坯而言较低；正常生产状况下会在轧辊表面喷淋一层乳化液，形成一层乳化液润滑膜，在理想条件下氧化膜与乳化液润滑膜可以起到隔离热轧轧辊与铜铸坯的作用，从而避免了二者的直接接触，这样也就避免了轧辊粘铜状态现象的出现。但是这种现象与乳化液喷淋的压力，轧辊材质，乳化液使用浓度、温度等密切相关，所以我们应在平产生产中对这些数据密切关注。
美国南方线材有限公司设计的SCR4500连铸连轧生产线的轧辊喷淋装置设计在铜铸坯出口处，喷淋装置的形状为香蕉型，喷淋面积约为整个轧辊表面积的三分之一。在铜铸坯入口侧并没有设计轧辊的喷淋装置。同时由于粗轧二号站轧辊为立辊，低处轧辊乳化液的喷淋，在乳化液的自身重力的作用下喷淋在轧辊表面的乳化液会损失一大部分，导致乳化液在轧辊表面形成的保护膜减少，导致乳化液对轧辊的保护作用减弱，从而我们会见到粗轧二号站轧辊边缘粘铜的现象尤为严重。
为避免此类现象的发生，我们将喷淋装置的形状由香蕉形改为半月牙形，使乳化液喷淋装置喷淋在轧辊表面的面积扩大到轧辊总面积的二分之一，加大了轧辊表面乳化液的存留量，使乳化液可以更好地形成对轧辊的保护膜，理想状态下我们可以获得一层在轧辊表面包裹的更为完整的乳化液保护润滑膜，更好的保护润滑宽轧辊；同时针对粗轧2号站宽轧辊两边缘粘铜现象严重的问题，通过多次实践与理论分析，我们在二号站出口处的高压除磷装置上外接四个高压喷头，上下轧辊各两个，高压喷头位置对准宽轧辊两边缘，利用喷淋水的高压力，使黏附于轧辊两边缘的铜皮在还未冷却变硬时去除，铜黏附于轧辊上时，具有一定温度，温度高相对于温度低而言，温度高时黏附于轧辊上的铜更易于去除。
增加了喷淋在轧辊表面的高压水，不仅可以去除难以去除的铜皮，还可以通过轧辊表面水流量的增大，更好的冷却轧辊，不致使轧辊内部结构发生明显变化，延长了轧辊的使用寿命，减少了轧辊掉坑现象的产生，减少了停机时间，好处多多。
乳化液浓度的变化对精轧机轧辊粘铜现象有着显著的影响，所以我们在生产中应该保持乳化液浓度的相对稳定，乳化液浓度不宜过高也不应过低，日常生产中我们需要根据轧辊使用情况灵活去调整乳化液的浓度，并维持乳化液的稳定状态，避免乳化液状态的不稳定变化，同时生产中应注意乳化液的补给水应是已去除硬度的纯净水，防止水中其他的微量元素对乳化液润滑效果的影响；同时保持乳化液的适宜的温度，尽量保持乳化液温度的变化控制在一定的数值范围之内，越小越好，同时我们生产中应尽可能提高乳化液分子的活跃状态，活跃状态越高越好，活跃状态越高，乳化液中粒子直径越大，对轧辊的润滑效果越好；减少乳化液液体中的铜粉含量，乳化液液体中的铜粉含量越低，当乳化液喷淋在轧辊上时铜粉含量也就相对之越少，轧辊上的由乳化液产生的润滑膜也就越完整，相应的乳化液对轧辊的润滑性能也就更好，所以保持乳化液中铜粉含量越低越好，铜粉含量越少，乳化液的颜色越干净，也就可以更好地在轧辊表面形成一层乳化液润滑膜，更好的保护轧辊，防止轧辊在与铜铸坯接触的过程中粘铜现象的产生，大大延长了轧辊的使用时间，减少了生产成本，也因此我们获取了更好的产品质量。
在精轧机的出口处为了防止铜线杆出轧机时造成的乳化液喷溅，因此在精轧机的出口处设计有一个吹风系统，应注意的是吹风系统的出风量不应太大，起到防止乳化液喷出的效果即可；如果出风量太大，会直接影响十一站低压喷嘴喷淋在十一站轧辊的效果，破坏了十一站使用槽的润滑膜结构，轧辊粘铜几率增加，轧辊掉坑的几率也大大增加，影响了产品质量。
铜杆通过无酸清洗还原后，经由夹送辊送至卷取机，需保证风干箱出口处的铜杆具有较高的温度，较少的水分；铜杆温度高，铜杆表面的水分越少，铜杆温度越低，铜杆表面的水分也就越多；铜杆表面的水分越多，夹送辊越易粘铜，成品质量也就越差，因此应保证风干箱出口的铜杆水分越少越好，铜杆表面的水分控制，可以通过调节无酸清洗每站的流量控制，尽量关闭或减少无酸清洗后三站冷却还原水的流量；也应经常检查风干箱内部风道有无堵塞，如果堵塞，会使吹在铜杆表面的风不均匀，使得铜线表面的水分不能吹干，因此如发现堵塞应及时疏通风道。
2.3粘铜的危害
上面我们分析了轧辊粘铜产生的原因及一些轧辊粘铜的解决方案，但我们为什么要去解决粘铜问题的，最根本的原因就是影响了产品质量。
铸机出来的铜铸坯，进入粗轧机后，经由轧辊的压制变形后，离开粗轧，在精轧机与粗轧机之间存在一缓冲架桥，可以直观的观察到粗轧机出来的铜坯模样，不粘铜时，铸坯光亮，平滑，特别干净；但是当轧辊粘铜时，此时会观察到铸坯表面平滑度降低，铸坯四角有或多或少的缺口，铸坯表面整体粗糙；这样的铸坯经精轧机轧制后，其表面缺陷会一直存留或者经精轧机修补后也会少量存在，最终导致压制成的成品铜杆质量不符合规定，无法供下游客户使用；精轧机轧辊如若粘铜，尤其9、10、11道次成品轧辊，成品杆上可直接观察到，产品质量大打折扣，这种情况会造成下游客户使用过程中铜粉量增加，造成客户反馈或是退货。
轧辊粘铜后如果不能及时解决，只能采用停机更换新轧辊的措施，这无形中增加了轧辊的更换频率，增加了生产成本，降低了轧辊的利用率，降低了生产效率，造成了很大程度上的资源的浪费。因为研究如何高效的解决轧辊的粘铜问题，是生产环节一项至关重要环节。它可以提高轧辊的使用寿命，提高时间效率，降低生产成本，保证产品的外观完好及质量稳定，拥有事半功倍的效果。
3结论
通过上面的分析讨论，为了减少美国南线SCR4500铜杆连铸连轧生产线轧辊粘铜问题我们可以通过：
(1)控制喷涂在结晶轮内腔的乙炔与氧气的流量与压力，结晶轮内腔高压水的流量与压力，熔融状态铜液的温度来降低铜铸铸坯的进入粗轧机的轧制温度，以此来减少轧辊现象。
(2)增大乳化液喷淋泵压力，加快轧机壳体内乳化液流动的频率，以期达到降低铜铸坯温度的目的。
(3)增大轧机里每站高压除磷泵的喷淋压力，使击打在铜铸坯表面的乳液量大大增加，达到降低乳液温度的作用，同时还可以使铸坯表面变得光滑平整。
(4)改变轧辊低压乳化液的喷淋形式，使喷淋在轧辊表面的乳化液的存留量增加，更好的形成一层乳化液润滑膜，起到隔离轧辊与铜铸坯的接触的目的，更好的保护轧辊，降低粘铜的可能性，提高轧辊使用寿命。
(5)控制生产时乳化液的使用浓度，密切关注生产时乳化液浓度的变化，精确的计算乳化液和水的添加比例。同时提高乳化液内部分子的活跃状态，减少乳化液中的铜粉含量，严格控制工业酒精的添加，保证其浓度在一合适范围，来提高乳化液对轧辊的润滑效果。
(6)最后保持铜线杆表面的高线温，去除铜杆表面的多余的水分，彻底的杜绝夹送辊的粘铜问题。
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