鋁合金鑄軋板板形控制技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐

李曉龍

（中國(guó)鋁業(yè)西北鋁業(yè)有限責(zé)任公司，隴西 748111）

0 前言

隨著我國(guó)鋁箔工業(yè)的飛速發(fā)展，鋁板帶箔的產(chǎn)量、產(chǎn)能快速發(fā)展，我國(guó)雙零箔的需求日益增加，年平均增長(zhǎng)率在26%以上，尤其是高檔包裝用雙零箔，市場(chǎng)前景更加廣闊。

鑄軋鋁板帶的斷面形狀對(duì)冷軋板帶材產(chǎn)品的板形影響極大。盡管冷軋機(jī)有彎輥、傾斜和冷卻位置控制等板形調(diào)節(jié)手段，鑄軋坯料的斷面形狀若不理想，也無(wú)法軋出好的板形。一般常用的判別鑄軋坯料斷面形狀優(yōu)劣的指標(biāo)是板凸度和同板差[1]。

本文針對(duì)某廠Ф650 mm×1600 mm雙輥傾斜式鑄軋機(jī)生產(chǎn)的鑄軋板板形超差的原因，對(duì)影響鑄軋板的主要因素進(jìn)行了分析，并對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)工藝提出一些修改方案，以便獲得更加優(yōu)良的板形。

1 鑄軋板形控制技術(shù)分析

為了保證鋁板帶箔材的質(zhì)量，除了控制鑄軋坯料的表面質(zhì)量、化學(xué)成分、晶粒組織之外，還有一個(gè)重要的指標(biāo)就是板形控制。鑄軋坯料的板形在后續(xù)的板帶箔軋制過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。鋁材冷軋時(shí)，以縱向延伸為主，如果鑄軋板坯的同板差和凸度太大，用于生產(chǎn)板帶材時(shí)，會(huì)造成單邊、中間波浪超標(biāo)，矯直時(shí)產(chǎn)生壓折等缺陷；用于生產(chǎn)箔材時(shí)，會(huì)產(chǎn)生起皺、斷帶、壓折、嚴(yán)重帶油等缺陷。鑄軋坯料的板形指標(biāo)一般包括：凸度、同板差、厚度及其厚度均勻性（不能有突變的厚度，否則會(huì)影響板形的控制）等等。

目前，鑄軋板坯厚度經(jīng)過(guò)冷軋工藝可以較大程度地消除超差的現(xiàn)象，但是厚度超差勢(shì)必會(huì)引起冷軋張力波動(dòng)。另外鑄軋板坯厚度變化反過(guò)來(lái)也會(huì)影響同板差和中凸度，厚度的波動(dòng)使得同板差和中凸度難以保證。所以鑄軋板的縱向厚度差也必須嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)。同時(shí)冷軋軋制工藝并不能從根本上消除鑄軋工藝所留下的板坯板形缺陷，它只能有限地改善鑄軋板坯的板形。因此，只有對(duì)鑄軋板坯等比例的壓下，才能使冷軋生產(chǎn)獲得良好的板形。所以要想徹底解決好板形問(wèn)題首先得從鑄軋工藝著手。

鑄軋立板過(guò)程中，隨著跑渣到立板的速度降低，軋輥冷卻強(qiáng)度提高，軋制變形抗力增大[2]。當(dāng)變形抗力超過(guò)了壓上缸的預(yù)置力，輥縫增大，軋出的板坯也會(huì)因此增厚。隨著超負(fù)荷程度有所不同，有時(shí)正常軋制過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)壓力增大現(xiàn)象，這時(shí)的壓力表不指示預(yù)置力，反映的是軋制變形抗力的大小[4]。軋制變形抗力過(guò)大，會(huì)使軋輥發(fā)生彈性壓扁過(guò)大，嚴(yán)重的還導(dǎo)致非彈性壓扁，使軋輥原有凸度消失，出現(xiàn)凹度。同時(shí)也使得軋輥撓曲過(guò)度，使得厚度增加，凸度超標(biāo)。另外，由于給壓上缸保壓的液控單向閥在額定負(fù)荷以上工作時(shí)間太長(zhǎng)，致使單向閥不能很好地工作，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)泄壓，導(dǎo)致輥縫變大，板坯厚度增加，也使同板差產(chǎn)生變化。

1.1 冷軋板帶材對(duì)鑄軋板的要求

冷軋板板形理想曲線如圖1所示。

圖1 冷軋板板形理想曲線

冷軋板板形對(duì)鑄軋帶坯的要求是：凸度適中且同板差小，所以要求鑄軋帶坯厚度穩(wěn)定。同板差、凸度、厚度構(gòu)成了板形的三要素[3]。

1.2 同板差的控制

一般來(lái)說(shuō)，同板差的控制是板形最關(guān)鍵的一項(xiàng)，部分企業(yè)的廠標(biāo)是控制在0.07 mm以內(nèi)。用于冷軋時(shí)，軋制材橫向延展很小，主要以縱向延伸存在，所以鑄軋板的同板差較大，而在進(jìn)一步冷軋時(shí)卷材就會(huì)出現(xiàn)單邊波浪的缺陷。

1.3 鑄軋板凸度的控制

恰當(dāng)?shù)蔫T軋板凸度控制為后續(xù)的生產(chǎn)提供有效的板形基礎(chǔ)。因?yàn)槔滠堖^(guò)程中軋制變形抗力使得軋輥不可避免地產(chǎn)生中部撓曲，導(dǎo)致兩邊輥縫小，中間輥縫大。若鑄軋板坯為平板坯和負(fù)凸度板坯就會(huì)出現(xiàn)兩邊波浪的現(xiàn)象。同樣，凸度太大會(huì)出現(xiàn)中間波浪。所以鑄軋板凸度規(guī)定在板厚的1%~2%之間。廠標(biāo)對(duì)常用的幾種合金的板形指標(biāo)規(guī)定見表1。

表1 鑄軋板指標(biāo)控制值

2 影響鑄軋板形的主要因素及分析

鑄軋板生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的板凸度超差和同板差超差直接導(dǎo)致冷軋過(guò)程中的軋制變形抗力，從而使軋輥不可避免地產(chǎn)生中部撓曲。當(dāng)鑄軋板的同板差超差0.07 mm以上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩邊波浪的現(xiàn)象，而凸度超差0.12 mm以上時(shí)就會(huì)出現(xiàn)中間波浪。影響鑄軋板形的主要因素有輥縫、板形超差、冷卻強(qiáng)度等。

2.1 輥縫對(duì)鑄軋板形的影響

（1）生產(chǎn)中初始輥縫的調(diào)定尤為重要。某廠Φmm 650×1600 mm傾斜式鑄軋機(jī)有兩個(gè)液壓?jiǎn)蜗蜷y分別控制操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的兩個(gè)壓上缸。調(diào)整輥縫時(shí)首先將兩個(gè)壓上缸的壓力表設(shè)定一致（通常設(shè)定為17 MPa），然后頂起壓上缸，待壓上缸行程到位后測(cè)量上下輥操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)輥縫，若兩邊輥縫達(dá)不到要求的板厚值或兩邊輥縫大小相差大于0.02 mm，那么就重新調(diào)整直至達(dá)到要求值。輥縫調(diào)定后，上下軋輥處于自由狀態(tài)，軋輥只承受自重。由于軋輥軸承間隙的測(cè)量誤差和軸承隔離環(huán)磨損量的不同，會(huì)使上輥兩軸承實(shí)際間隙產(chǎn)生0.01 mm左右的差值，板坯也會(huì)由此出現(xiàn)0.01 mm左右、甚至>0.01 mm的同板差。所以生產(chǎn)前須將單側(cè)輥縫調(diào)大。

（2）壓上缸產(chǎn)生的力叫預(yù)置力，這個(gè)力使機(jī)架伸長(zhǎng)。當(dāng)軋機(jī)在額定負(fù)載下工作，即軋件變形抗力不超過(guò)預(yù)置力時(shí)，由于軋制變形抗力的作用，上軋輥向上移動(dòng)，下軋輥位置保持不變。此時(shí)機(jī)架伸長(zhǎng)量保持不變，但上輥軸承徑向間隙上移會(huì)造成板厚增加。若軋件的變形抗力超出預(yù)置力時(shí)，機(jī)架進(jìn)一步伸長(zhǎng)，板坯進(jìn)一步變厚。

2.2 板形超差對(duì)鑄軋板形的影響

生產(chǎn)過(guò)程中，保持前箱液面高度穩(wěn)定和控制軋制速度兩者對(duì)鑄軋板形超差的改善非常重要。其一，在生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)凸度太小，甚至為負(fù)值和二肋薄的板形（見圖2）。這主要是因?yàn)殍T軋區(qū)過(guò)小，前箱液面高度偏低造成的。在正常生產(chǎn)中，前箱液面高度以嘴子和軋輥間不發(fā)生返鋁為準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)靥岣咔跋湟好?，使供料嘴前沿軋材厚度增大，這樣一方面加大了壓下量，使軋制過(guò)程中的變形抗力增大，另一方面使軋輥?zhàn)冃卧龃螅率雇苟仍黾?。其二，生產(chǎn)中適當(dāng)降低主機(jī)速度會(huì)改善供料嘴前沿熔體厚度，能產(chǎn)出符合工藝要求的鑄軋板形。

圖2 二肋薄的板形

以一副Φ652 mm×1600 mm軋輥為例，上輥凸度0.04 mm，下輥為平輥，生產(chǎn)合金為1A35，規(guī)格為7.0 mm×1 045 mm，立板時(shí)鑄軋區(qū)為52 mm。生產(chǎn)1＃、2＃鑄軋卷時(shí)出現(xiàn)二肋薄的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)調(diào)整鑄軋速度參數(shù)， 生產(chǎn)3＃卷時(shí)二肋情況好轉(zhuǎn)（見表2）。

表2 鑄軋卷參數(shù)表

由此可見，為了得到良好的板形，保持前箱液面高度穩(wěn)定并合理控制軋制速度是非常重要的。

2.3 冷卻強(qiáng)度對(duì)板形的影響

軋輥冷卻強(qiáng)度是由冷卻水流量和溫度的大小決定的[6]。

鑄軋輥在正常鑄軋時(shí)還起著結(jié)晶器的作用。由于鑄軋生產(chǎn)的連續(xù)性和輥芯多年磨損和修復(fù)，這使原本就不大的冷卻水槽通道更小，更容易堵塞，造成軋輥表面冷卻溫度差值過(guò)大，軋輥局部溫度過(guò)高。軋輥的這種局部熱膨脹導(dǎo)致軋出的板坯板形復(fù)雜，如表3所示軋輥軸向五點(diǎn)在軋輥周向八點(diǎn)的溫度測(cè)量值，它們之間的溫差在鑄軋區(qū)還會(huì)增大，由表3和表4可見在冷卻水槽堵塞的部位（周向4點(diǎn)），軋輥熱凸度變大，板坯凸度減小，從而影響到板材的同板差、凸度和縱向差。

表3 軋輥輥表溫度測(cè)量表

表4 鑄軋板形測(cè)量點(diǎn)厚度/ mm

軋輥冷卻強(qiáng)度太大會(huì)造成軋制變形抗力變大。但軋輥冷卻強(qiáng)度也不能太小，因?yàn)檐堓佒胁康臒崃勘葍蛇叺臒崃扛灰妆焕鋮s水帶走，它使軋輥中部熱膨脹大于兩端，也就是熱凸度太大，使軋出的板坯變成平板或負(fù)凸度。所以必須使冷卻強(qiáng)度控制在一定范圍內(nèi)。建議在回水管路中安裝溫度表以便更直觀地控制冷卻強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）合理、穩(wěn)定的工藝參數(shù)對(duì)鑄軋板的生產(chǎn)至關(guān)重要，并且能把生產(chǎn)效率提升23%。

（2）有效合理地調(diào)整軋輥輥縫、冷卻強(qiáng)度及軋輥凸度等工藝參數(shù)才能使得鑄軋板形得到有效改善。實(shí)踐驗(yàn)證，在下列工藝參數(shù)下鑄軋板形可以得到較好控制：同板差控制在0.7 mm以內(nèi)，板形凸度超差控制在0.12 mm以下，冷卻水壓控制在0.5 MPa。

在生產(chǎn)過(guò)程中，要得到良好的板形，就必須合理控制鑄軋工藝參數(shù)，嚴(yán)肅工藝紀(jì)律，這樣才能保證生產(chǎn)出合格的板坯，為下道工序生產(chǎn)的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。