銅加工軋輥冷卻與質量控制方法探究

孫永崗 戴志剛 趙森森

摘要：銅加工軋輥運行過程中因材料性質、工藝條件、操作技術等因素的影響，都會給軋輥性能帶來影響。通過完善和優(yōu)化銅加工軋輥工藝條件，在保障產品質量的基礎上，提升軋輥性能，延長軋輥使用周期是十分重要的工作內容。本文圍繞銅加工軋輥冷卻工藝以及質量控制的議題進行了探討，概述了銅板帶熱軋機現狀及工藝特點，分析了三輥行星軋機及水冷卻系統(tǒng)，并對軋輥冷卻工藝參數及質量控制進行了論述，供相關人士參考。

關鍵詞：銅加工軋輥;軋件;冷卻工藝;質量控制

一、引言

銅加工軋輥具有很強的強度和表面硬度，在復雜生產條件下起到耐熱、耐磨的功能。在銅加工軋輥使用過程中，由于軋輥自身材質的不同，生產工藝條件及參數的不同會對軋輥自身質量和性能造成影響。為了更好地滿足銅加工工藝需求，延長銅加工軋輥使用壽命，對銅加工軋輥冷卻我能夠工藝進行分析研究十分重要。

二、銅板帶熱軋機現狀及工藝特點

銅板帶熱壓機分為二輥熱軋機、三輥熱軋機、四輥熱軋機。二輥熱軋機包括700×900mm、850×1500mm、1050×1600mm、1000 × 3500mm等具體規(guī)格。部分部分三輥熱軋機和四輥熱軋機屬于不可逆軋機，在生產工藝方面存在功能不完備、控冷控軋能力不高、在線自動化程度弱的弊端，導致銅板帶熱軋生產效率低，產品殘次率高，因此部分不可逆軋機逐漸被市場所淘汰。目前，銅板帶生產行業(yè)中的熱軋機主要以二輥熱軋機和三輥熱軋機為主。在實際的生產工藝中，熱軋機組經常會因為熱軋帶控制不到位而造成側彎、裂邊、板型變形、厚度尺寸不準確、表面出現氧化皮、料卷錯層、松卷等問題，因此，優(yōu)化熱壓輥工藝對延長設備壽命，保障產品質量十分必要。

三、三輥熱軋機及水冷卻系統(tǒng)

三輥熱軋機結構主要包括固定機架、太陽輪、回轉盤、軋輥、齒輪傳動裝置、中心潤滑系統(tǒng)。軋機在電機的作用下實現驅動性運轉。其中主電機小齒輪帶動大盤上的大齒輪使大盤回轉，而大盤內的三個行星輪齒與中心輪齒嚙合，使軋輥隨著大盤回轉讓銅管公轉。輔助電機提供驅動力，將驅動力傳給軋輥，使軋輥能夠自傳，保證軋件持續(xù)旋轉前進。軋輥的表面包括兩大部分，一部分是圓錐形還原區(qū)，另一部分是球形修整區(qū)。三輥熱軋機生產工藝參數主要指的是熱軋機的結構參數，如行星輪軸線到中心輪軸線閥之間的中心距，這一參數是衡量熱軋機結構尺寸大小、熱軋機規(guī)格以及熱軋機生產能力的重要指標。當三輥熱軋機的結構參數保持一定時，技術人員可以通過調整主電機和副電機的轉速比來實現理想的運行狀態(tài)。當軋輥與軋管接觸表面持續(xù)呈一條狹長條帶時會積累成較大的下壓力，這也是三輥熱軋機變形量大，軋制力矩小的重要原理。由于軋制力矩小，因此所需要的能耗很低。軋輥、太陽輪、管件、軋件構成一個轉輪系，給轉輪系施加角速度使其與軋件角速度保持一致，軋制系統(tǒng)運行，當角速度方向相反時，軋制系統(tǒng)停止轉動。三輥熱軋機整體結構簡單，操作方便，而且能耗低，生產效率高，產品合格率高，因此在銅加工軋制生產工藝中應用普遍。

在熱軋機軋制的過程中產生的熱量通過水冷卻系統(tǒng)進行降溫，以更好地延長軋輥使用壽命，確保加工溫度能夠滿足銅加工生產工藝溫度要求。水冷卻系統(tǒng)包括一次冷卻和二次冷卻，共兩個冷卻水箱。其中，一次冷卻是冷水通過軸向縫隙進入到軋制工作區(qū)，對銅加工制品進行冷卻，同時也起到潤滑的作用;二次冷卻是迅速降低軋管溫度，防止空氣進入到軋制密封區(qū)間，避免銅加工制品被氧化。水冷卻系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)配備觸摸顯示屏，通過變頻器來降低能耗。通過觸摸顯示屏可是觀察系統(tǒng)實時溫度情況，能夠對溫度進行設置，實現對水冷卻系統(tǒng)溫度的自動調整。還可以通過觸摸顯示屏實現對電機頻率的監(jiān)控。當水冷卻系統(tǒng)中的溫度等狀態(tài)參數或者元氣件出現異常情況時，系統(tǒng)發(fā)出警報功能提示工作人員進入檢修狀態(tài)。對于熱壓機這種閉環(huán)式水冷卻系統(tǒng)是最常見的，采用的變頻方式有益于節(jié)能目標實現。

四、軋輥冷卻工藝參數及質量控制

銅加工軋制過程中，鑄坯變形過程產生熱量，摩擦過程產生熱量，這些熱量很難迅速釋放會導致軋輥和軋件溫度上升。高溫條件下，軋件受到熱沖擊極容易產生裂紋。軋輥表面和軋件之間的溫差產生熱應力，導致軋件發(fā)生斷裂。軋輥溫度保持在工藝設計的合理范圍內對于軋件產品質量保障十分重要，軋輥溫度仍然居高不下是常見的現象，因此，優(yōu)化軋輥冷卻工藝條件對于延長軋輥壽命以及軋件質量控制十分關鍵。

軋輥冷卻水壓及流量：銅加工軋件在軋制的過程中，主電機驅動速度通常在1300轉/分鐘以上，輔助電機驅動速度通常在700轉/分鐘以上。這樣的轉速條件下，控制軋輥冷卻水壓和水流量十分重要。首先要確保冷卻水量充足且連續(xù)，軋輥溫度過高時要及時更換冷卻水箱的水。實際生產中，軋輥冷卻水壓一般不低于0.8Mpa，冷卻水流量不低于3500L/h。

冷卻水溫度：冷卻水溫過高會影響軋輥冷卻速度，冷卻水過低會造成軋輥表面和內部溫差過大引發(fā)軋輥出現裂紋，而且軋輥表面和軋件的溫差過大還會影響軋件材料結晶不均勻從而影響產品質量。冷卻水溫度變化對軋輥冷卻造成影響，極冷或極熱都會使軋輥加速疲勞，從而縮短使用壽命。實際生產中，軋輥冷卻水溫度一般在40℃～60℃之間。

冷卻水水質：冷卻水中懸浮物、鹽類及其他雜質含量情況會對軋輥冷卻帶來影響。雜質含量超標會影響軋輥冷卻效率，同時容易堵塞噴水裝置出水孔，此外，還會影響軋輥和軋件表明光滑度。為此，冷卻水進入系統(tǒng)前先進行過濾處理，去除原水中的雜質，保障冷卻水水質，提高冷卻效果。

冷卻水噴入位置：冷卻水直接噴在軋輥表面，隨著軋輥高速旋轉，冷水在旋轉力的作用下有很大一部分被甩到周邊，有效的冷卻水量很少，從而使冷卻效果降低。為了使冷卻效果更加集中，將冷卻水噴入位置設置在軋輥受力部位的工作區(qū)，這部分區(qū)域是溫度突變區(qū)域，冷卻水噴入效果更加集中，軋輥降溫速率更快。

冷卻水循環(huán)利用：為節(jié)約水資源消耗，冷卻用水采用閉環(huán)循環(huán)方式，減少新鮮水用量。

潤滑油：在冷卻水循環(huán)噴入的過程中，不僅起到了冷卻軋輥的作用，而且還具有潤滑作用。在銅制品軋制時，軋輥和管坯之間不可避免會出現摩擦阻力，適當的摩擦阻力是軋件軋制工藝不可或缺的，但是一旦摩擦阻力過大反而會導致軋輥接觸疲勞，縮短軋輥使用壽命，同時給軋件產品質量控制增加難度。為此，應使用適合的潤滑油對軋輥及部件接觸部位進行潤滑。采用的潤滑油需要進行配方試驗，在試驗基礎上優(yōu)化潤滑油性能，使軋輥和管坯之間接觸部位保持合理的潤滑性能。在潤滑油使用量上，如果使用量過多，會降低接觸面摩擦力，是軋輥打滑;如果使用量太少，會增加接觸面摩擦力，使生產功率增大，造成電能增加，且容易超負荷運行導致線路跳閘。因此，技術人員應注意控制潤滑油使用量，滿足生產工藝中對摩擦力的實際需求。

五、結語

綜上所述，銅加工軋輥運行過程中經常會因材質、工藝條件參數等因素的影響而造成設備使用壽命縮減，軋件產品質量降低的問題。通過對軋輥冷卻工藝參數進行控制，使軋輥能夠正常穩(wěn)定運行，提升軋輥性能，保障軋件產品質量。

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