鋁合金連續鑄軋立板控制實踐*

王義仁，肖燕華，施念文，楊紅存，李光林，惠世源，趙澤燦

（云南浩鑫鋁箔有限公司 云南 昆明 650502）

鋁合金連續鑄軋立板是將液態鋁液從靜置爐爐眼引出經過流槽、除氣箱、過濾箱、前箱和鑄咀等澆注系統進入兩旋轉的水冷軋輥，在一定的軋制力下軋制成板坯，并將板坯引過偏導輥、牽引機、剪切機，進行正常卷取的操作過程。連續鑄軋法生產鋁合金鑄軋坯料，以出板方向可分為有水平式、下注式和傾斜式三種鑄軋方式，國內鋁加工連續鑄軋企業采用的方式主要是傾斜式。某公司為提高立板成功率和立板質量，通過對立板準備過程、放鋁出板操作過程、立板晶粒度控制、立板板型和表面質量控制進行研究，達到保證立板成功率和立板質量的目的。

1 鑄軋立板準備過程

1.1 鋁液及溫度控制

鑄軋立板用鋁量控制是保證立板正常進行的前提，每次立板保溫爐須提前準備好≥4 t鋁液；并按要求控制好保溫爐內立板鋁液溫度以及除氣箱、過濾箱和軋輥各點溫度，避免立板操作時出現缺邊、熱帶等缺陷，損壞鑄嘴，各點溫度的控制是影響立板的關鍵因素，具體見表1和圖1。

圖1 立板時軋輥冷卻水溫度及過濾箱溫度控制Fig.1 Cooling water temperature of roller and filter box temperature control of vertical plate

表1 立板準備各點溫度控制要求Tab.1 Temperature control requirements of each preparation point for vertical plate ℃

1.2 立板所需工器具的準備

立板前檢查液壓系統、潤滑系統、剪刀、卷取機、主機等設備機列確保運行正常；準備好鋁液爐外連續凈化所需除氣箱和安裝好過濾板的過濾箱；準備好鋁箱、渣鏟、撬棍、堵頭、堵套、釬子、干氈、前箱、穩流器、鋁挖、大錘、掃把和活動溜槽等立板輔助工器具，并擺放到指定位置便于使用。避免因工器具準備不充分在立板操作時，由于工器具準備不到位，以及出板后由于主機、液壓系統、剪刀和卷取機等設備故障，造成立板失敗。

1.3 立板鑄嘴、耳子、鑄軋區安裝

控制好安裝時鑄嘴、耳子與軋輥的嘴輥間隙、鑄軋區是保證立板成功率及質量的關鍵。鑄嘴和耳子是將鋁合金由液態變成固態所組成結晶器中重要的組成部件，鑄嘴和耳子材料要求具有較高的熱沖擊能力、較高的耐融融金屬的腐蝕性能、較小的熱膨脹系數及材料便于機械加工和打磨[1]；在安裝前，按生產產品規格制作好鑄嘴，操作手對已待使用鑄嘴的制作質量進行驗收，將驗收合格的鑄嘴放入干燥爐在（200～400）℃下烘烤≥2 h，充分預熱排除鑄嘴內的水氣，避免鑄嘴與高溫鋁液接觸時產生爆炸，影響立板成功；根據生產鋁合金系列的特點，安裝前要先對輥面進行處理，調整好滿足產品厚度所需輥縫；設置好立板軋制預壓力；控制鑄嘴和耳子安裝質量是確保立板成功和表面質量達到產品要求的關鍵因素，嘴輥間隙控制要根據生產鋁合金系列的要求進行調整。嘴輥間隙過大會出現漏鋁、翻鋁和飛邊，造成立板失??；過小，鑄嘴熱膨脹變形與輥面接觸產生摩擦亮條紋和掛鋁現象。板面產生亮條，影響板面質量，條紋嚴重的情況下還會導致立板失敗，見圖2。

圖2 鑄軋坯料板面亮條紋Fig.2 Light stripes of casting and rolling billet board

鑄嘴安裝時鑄軋區的精準確定和安裝是立板控制關鍵，是后續產品質量控制的關鍵因素。鑄軋區是指鑄嘴前端到軋輥中心線之間的距離，是鋁液由液態到固態的轉變區域，對產品的內部組織、力學性能和板型有重要影響[2]。因此根據所生產的產品規格、厚度、鋁合金成分、軋輥直徑大小及凸度和立板后鑄軋生產預期的帶材速度目標值、張力目標值、軋制壓力目標值來綜合考慮最終確定所需鑄軋區。對輥縫及鑄軋區實測值實行雙人復核制，確保輥縫和鑄軋區符合生產要求，避免立板后板厚和板型偏差較大無法調整，最終導致立板失敗，見圖3。

圖3 鑄嘴安裝時鑄軋區測量Fig.3 Surveying of casting and rolling area when installation of casting nozzle

1.4 前箱、活動溜槽安裝

前箱、活動溜槽是連續鑄軋生產時液態鋁流經澆注系統的組成部分，在安裝時保證各接觸處緊密，確保鋁液正常通過。如出現漏鋁嚴重，立板供鋁不足，則影響立板成功和帶來安全隱患，見圖4。

圖4 前箱安裝Fig.4 Front box mounting

2 鑄軋放鋁立板操作過程

立板前各項準備工作就緒后，班長再次對溫度、工器具、潤滑系統、液壓系統、機列運行情況進行檢查，確認機列運行正常、工器具到位后，開始組織放鋁立板，班長負責對參與人員進行具體、明確分工和安全交底，機長負責整個立板過程協調和指揮，對跑鋁溫度、鈦絲添加啟動、進過濾箱鋁液溫度、跑渣溫度、跑渣質量、前箱液面、出板溫度、出板速度、板頭牽引和潤滑系統啟動等進行現場實時把控。立板跑鋁量應大于1 t，可充分預熱清潔溜槽、除氣箱、過濾箱和前箱等過鋁通道的水氣和夾渣，減少鋁液的含氣、含渣量；鋁液進入除氣箱后，在線精煉凈化、鈦絲添加啟動并設置好添加量，這將對后續鑄軋坯料晶粒細化取到關鍵作用；跑渣時間和跑渣量控制主要是對鑄嘴和軋輥上水氣進行充分預熱排除，出板時要控制好出板速度和前箱液面高度，出板板坯在局部形成輕微熱帶和孔洞現象，可將高溫鋁液與水冷軋輥接觸時瞬間由液態變成固態所釋放出的氣體從該部位排除，避免因釋放出的氣體和軋輥輥面的水氣接觸高溫鋁液氣化后氣體在鑄軋區內快速集結膨脹，發生爆炸現象，導致立板失敗[3]；鋁液在鑄軋區內氣體的來源主要是來自鋁液自身帶來含氣量和鑄嘴、軋輥與高溫鋁液接觸產生。為避免出板鋁液爆炸，及時啟動除氣箱對鋁液進行精煉凈化，保證軋輥輥面溫度≥35℃，適當增加跑鋁量，延長跑渣時間和采用低液面，高速出板方式。把控好以上幾點操作，確保立板正常安全完成。放鋁立板參數設置見表2，出板控制見圖5。

表2 放鋁立板參數設置Tab.2 Parameters setup for aluminum vertical plate

圖5 出板操作控制Fig.5 Operation control for plate production

3 立板晶粒度控制

晶粒度對鑄軋坯料在下道工序的加工力學性能和表面質量有較大影響。鋁液結晶時存在均質形核和異質形核兩種方式，但以異質形核為主，鋁液結晶時晶核越多，晶粒就越細小。晶粒形成的過程就是晶核不斷形成和長大的過程[4]，控制晶核數和抑制晶核長大的速度就能保證鑄軋坯料晶粒度達到產品要求。

鑄軋立板操作過程中由于鋁液溫度較高，鋁液中活性結晶核心活性鈍化和減弱，不利于立板后鑄軋坯料晶粒細化[5]，故立板時各點溫度按下限控制；除氣箱進鋁后及時啟動鈦絲添加進行變質處理，加大鈦絲添加量和出板后鈦絲采用階段添加量控制，從而增加鋁液中的結晶核心；出板后帶材速度適當高于工藝要求上限和對保溫爐高溫鋁液的及時處理，對立板后鑄軋坯料晶粒細化都會取到重要作用[6]，如控制不好會導致立板后出現晶粒粗大或形成5級晶粒度（見圖6），且難以調整并導致鑄小卷率增加，影響鑄軋正常生產和產品質量穩定。晶粒度的控制，在鋁液進入除氣箱時立即啟動鈦絲添加，并增加添加量至4 kg。出板后帶材速度比工藝要求大于0.1 m/min進行生產一段時間后再降至工藝速度，同步對保溫爐過燒鋁液進行投冷料處理，從而在冷料和鋁液接觸的表面急冷區域形成較多的結晶核心，增加鋁液中的晶核數，細化晶粒[7]。鈦絲添加量按4 kg生產半小時后，降至工藝規定帶材速度，卸立板卷頭，取樣做鑄軋坯料低倍組織晶粒度腐蝕實驗，內部組織晶粒度達到技術標準1級，見圖7。

圖6 鑄軋板面出現5級晶粒度圖Fig.6 5 class grain fineness diagram occurred on casting and rolling plate

圖7 1060成分（6.3×1270）mm規格，上下板面晶粒度：1級Fig.7 The specification of 1060 composition （6.3×1 270）mm，the grain fineness of upper and lower plate：class 1

4 立板板型和表面質量控制

1）鑄軋板型不良，下道工序在軋制時會產生波浪、中松等缺陷影響冷軋軋制時的板型控制。鑄軋產品技術要求鑄軋坯料中凸度、同板差要控制在一定范圍。鑄軋立板時鑄軋區確定和安裝的精準度，決定了出板后鑄軋坯料中凸度是否在產品驗收標準范圍，是影響板型的重要因素。中凸度標準為板厚的1%，根據生產測出的值在此標準范圍，才達到立板質量要求；

2） 出板后鑄軋坯料板面不能有影響下道工序冷軋產品表面質量的明暗條紋和色差。在鑄嘴安裝時控制嘴輥間隙，避免鑄嘴和高溫鋁液接觸產生熱膨脹變形后與軋輥摩擦產生條紋，控制軋輥輥面質量、跑渣質量和出板操作過程，及時清理輥面鋁刺避免損壞鑄嘴，出板后對條紋及時進行處理。

5 結語

綜上，某公司通過對鋁合金連續鑄軋立板的立板準備過程、放鋁出板操作過程、立板晶粒度控制、立板板型和表面質量控制的分析研究，經生產實踐確定了相應的操作步驟和控制參數，制定規范控制要求，達到保證立板成功率和立板質量的目的。