鋁箔軋制工藝影響因素的分析與探討

廖志宇，楊松濤

(1.廣西南南鋁箔有限責(zé)任公司，廣西 南寧530031；2.中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鋁箔在電線電纜、儀表、航空、食品、醫(yī)藥包裝、空調(diào)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為生產(chǎn)生活中不可缺少的材料[1]。隨著用戶對超薄、高性能、高表面質(zhì)量鋁箔需求的提高，鋁加工企業(yè)從熔鑄、均勻化、熱軋、冷軋、中間退火、箔軋、熱處理等環(huán)節(jié)，對其工藝因素和質(zhì)量進(jìn)行控制，以確保最終鋁箔產(chǎn)品的使用性能。對于鋁箔軋制工序而言，影響其生產(chǎn)工藝的因素有鋁箔坯料、軋制油的理化性能和使用性能、軋輥表面粗糙度、軋輥凸度、軋制壓力、軋制速度、前后張力等。本文針對其主要工藝因素進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為鋁箔生產(chǎn)帶來實際指導(dǎo)意義。

1 鋁箔坯料的要求

鋁箔坯料的供料分為熱軋坯料和鑄軋坯料，盡管兩種坯料的加工過程有所不同，但必須滿足一定的質(zhì)量要求才能進(jìn)行箔軋生產(chǎn)，否則將在軋制過程中產(chǎn)生針孔、斷帶、板形不良和表面質(zhì)量達(dá)不到要求等缺陷。

1.1 來料狀態(tài)及力學(xué)性能

高質(zhì)量的鋁箔坯料，必須保證合理的化學(xué)成分，表1是常見箔材的化學(xué)成分。

表1 常見鋁箔材料的化學(xué)成分(%)

生產(chǎn)實踐認(rèn)為，合金成分中要嚴(yán)格控制氧、氫以及非金屬夾雜物的含量，特別是Fe、Si含量以及w(Fe)/w(Si)的比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)；同時針對不同供料途徑的鋁箔坯料其晶粒大小、第二相化合物的尺寸也應(yīng)滿足規(guī)定要求，否則將降低鋁箔的塑性，提高針孔率，影響后續(xù)箔軋生產(chǎn)[2]。具體要求為：熱軋坯料晶粒應(yīng)為0.03～0.05 mm，鑄軋坯料晶粒≤0.09 mm；氫含量≤0.12ml/100gAl，夾雜物尺寸< 5μm；w(Fe)/w(Si)≈2～5。

為方便后續(xù)箔軋生產(chǎn)，鋁箔坯料一般須經(jīng)過退火處理，不同的來料狀態(tài)要求的力學(xué)性能也有區(qū)別，如表2所示。

表2 鋁箔坯料的力學(xué)性能

1.2 板形及表面質(zhì)量要求

鋁箔坯料的不良板形會直接遺傳到成品。熱軋卷帶材兩邊的厚差(從邊部50mm處測量)要求小于實際平均厚度的1%；板凸度要求為0～1%，不得為負(fù)值；整卷最大厚差小于實際平均厚度的1.5%。而鑄軋坯料除滿足以上熱軋坯料的厚差指標(biāo)外，還應(yīng)滿足縱向厚差≤0.05mm/100mm，橫向斜度≤0.03mm/100mm[3]。

同時應(yīng)滿足整卷(塔形≤10mm，錯層≤5mm)厚差波動≤±2%，每米厚差波動≤±1%。在高速軋制時，要求每米厚差波動±0.5%；板坯橫向厚差≤1%、中凸≤1%、板形<301。卷材兩邊不得有裂邊、毛刺，表面平整光潔、無擦劃傷、無粘鋁、無金屬及非金屬壓入物、無乳液痕、無腐蝕裂紋、孔洞等。

2 軋制油選配的工藝原則及要求

軋制油在鋁箔生產(chǎn)中起到潤滑、冷卻、承載和洗滌作用，可明顯改善輥縫區(qū)的摩擦界面狀況、降低軋制力、減少軋輥磨損、改善帶材表面質(zhì)量。軋制油通常是在基礎(chǔ)油中加入一定量的添加劑組成。因此，基礎(chǔ)油和添加劑的理化特性對鋁箔軋制起著重要的作用，不同的合金箔生產(chǎn)應(yīng)選擇合適的基礎(chǔ)油和添加劑配比，以建立穩(wěn)定的生產(chǎn)運行工況，避免因選擇不當(dāng)引起震動、打滑等現(xiàn)象。

2.1 基礎(chǔ)油

基礎(chǔ)油主要由飽和的烷烴、環(huán)烷烴組成，是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的非極性化合物。表3列出了常用基礎(chǔ)油的理化特性[4]。

表3 常用基礎(chǔ)油的理化特性

粘度直接影響軋制變形區(qū)的接觸摩擦狀況、油膜厚度和箔材的表面質(zhì)量。粘度太大不利于軋制，在退火階段會加重油斑生成，使產(chǎn)品表面光潔度變差；粘度太低形成的油膜太薄，潤滑性變差，造成軋制力增加使輥面嚴(yán)重粘鋁。目前，國內(nèi)外對鋁箔基礎(chǔ)油的粘度要求為，40℃的粘度在精軋時為1.5～1.8 mm2/s，粗軋時控制在2.4 mm2/s以內(nèi)。

基礎(chǔ)油的閃點和初餾點之間存在線性遞增關(guān)系，關(guān)系式為TS=0.61514TI-45.98451(TS為閃點，TI為初餾點)。在箔軋過程中，由于箔材受摩擦熱和塑性變形熱作用使其溫度升高，軋輥與軸承座潤滑不充分引起局部高溫或違規(guī)操作時，如果基礎(chǔ)油的初餾點較低，很有可能會發(fā)生軋機(jī)著火等安全性問題；如果基礎(chǔ)油的終餾點太高，鋁箔在退火時容易產(chǎn)生油斑或污漬，影響鋁箔表面質(zhì)量。因此，初餾點一般不能低于200℃，終餾點不能高于鋁箔的退火溫度300℃。目前箔軋基礎(chǔ)油的餾程向著越來越窄的方向發(fā)展，國外基礎(chǔ)油餾程寬度控制在30℃以內(nèi)，而國內(nèi)與國外有較大差距，餾程寬度為30～50℃。

油膜強度是反映軋制油承載能力的一個重要參數(shù)，如果軋制油在鋁箔表面能夠承受大于鋁箔屈服強度的壓力，就防止了軋輥與箔材的直接接觸，保持良好的潤滑狀態(tài)，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)并得到光潔的加工表面。因此，要求鋁箔軋制油具有一定的油膜強度。相關(guān)文獻(xiàn)指出[5]，基礎(chǔ)油的承載能力與其碳鏈數(shù)分布和平均碳原子數(shù)有關(guān)，一般隨著基礎(chǔ)油平均碳原子數(shù)的增大而增大。工業(yè)上對鋁箔軋制基礎(chǔ)油的油膜強度要求一般不能低于127N。

最后，要保證政策法規(guī)的有效落實。改革不僅要落實到政策上，更要落實到行動上，不能光是“喊喊口號，開開大會”，而是要針對地方實際和以往改革的具體實踐，把上級的政策指示摸清吃透，堅決杜絕以文件落實文件、以口號回應(yīng)口號的狀況出現(xiàn)。必須始終保持對黨的事業(yè)忠誠、對黨賦予的任務(wù)踏實干好的心態(tài)，把改革事業(yè)扎扎實實地悟透、干好。

2.2 添加劑

由于基礎(chǔ)油分子中，質(zhì)點電荷的分布過于對稱而不顯極性，形成的油膜與金屬表面只產(chǎn)生物理吸附，吸附力小、潤滑性差。鋁箔軋制過程中，為獲得高質(zhì)量的潤滑效果和加工表面，通常需要在基礎(chǔ)油中加入適量的添加劑，對添加劑的要求是，與基礎(chǔ)油有較好的相溶性；加入基礎(chǔ)油后，有適宜的粘度和較好的潤滑性能；有較好的退火等級。

箔軋常用添加劑為C12～C18的醇、酯、酸類帶有極性基團(tuán)的表面活性物質(zhì)。表4列出了常用的幾種添加劑的理化性能[6]。

表4 常用添加劑的理化特性

添加劑可增大基礎(chǔ)油的運動粘度(變化的程度與添加劑本身的粘度有關(guān)，添加劑的粘度越大，則增大的程度越大)、油膜強度(不同的添加劑對不同基礎(chǔ)油的油膜強度增加程度有所不同)，但降低了基礎(chǔ)油的退火性能，容易使帶材表面產(chǎn)生油斑或污漬。一般添加劑的用量在2%～8%。

資料表明[7]減摩效果最強的是酸，醇居中，而酯最差。孫建林[7]等通過實驗得出，醇酯復(fù)合添加劑適合“節(jié)能減排”的需要，可以使軋制油產(chǎn)生更好的減摩降壓效果，獲得表面質(zhì)量較好的板材。

3 軋輥參數(shù)的工藝要求

鋁箔冷軋中，工作輥的粗糙度、凸度直接影響鋁箔的軋制生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。特別是生產(chǎn)雙零鋁箔時，對軋輥表面粗糙度要求更加嚴(yán)格。首先應(yīng)保證粗糙度的均勻性，否則將使上下層鋁箔與上下工作輥的摩擦因數(shù)不一樣，容易引起箔材打滑。其次，軋輥的粗糙度值和凸度值應(yīng)合理，軋輥粗糙度較大，會使箔材表面的細(xì)微凹陷擴(kuò)大引發(fā)針孔，易造成斷帶，而且鋁箔表面光潔度低；軋輥表面粗糙度小，則軋制速度慢，影響生產(chǎn)率的提高，增加成本[8,9]。輥形凸度過大或過小會在箔材橫向兩端或中間出現(xiàn)板形缺陷，且容易引起針孔產(chǎn)生。為保證鋁箔生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，降低針孔數(shù)，在鋁箔軋制生產(chǎn)中，軋輥參數(shù)的設(shè)計以及磨削標(biāo)準(zhǔn)可參考表5。

表5 軋輥粗糙度和凸度參考值

4 張力軋制和速度

鋁箔軋制與鋁板帶材軋制的最大不同之處在于箔軋時輥縫處于負(fù)輥縫狀態(tài)，此時，僅靠軋制壓力來控制道次壓下率或者箔材板形已經(jīng)起不到太大作用，通過改變軋制速度和前后張力，控制最小軋制厚度、實現(xiàn)高表面質(zhì)量成為鋁箔生產(chǎn)的關(guān)鍵手段。

研究發(fā)現(xiàn)[10]，鋁箔厚度隨軋制速度的增大而減小，也就是所謂的“速度效應(yīng)”，這是因為軋制速度越高，輥縫中軋制油膜的厚度越大，越有利于箔材的變形。資料顯示，鋁箔軋制過程中第一道次軋制速度不超過700m/min；中間道次為了提高生產(chǎn)效率，最大軋制速度可達(dá)1200～1500m/min；最后道次因考慮到成品表面粗糙度，所對應(yīng)的軋制速度較小，在350～650m/min之間。

箔軋過程中，張力的作用在于拉平箔材，使卷材能展平、卷齊；從軋制力計算公式來看，張力還可以降低軋制壓力，有利于提高道次壓下率。張力大小的確定原則上應(yīng)保證鋁箔拉平、卷齊，但不能超過鋁箔的屈服強度以避免拉斷，一般為屈服強度的10%～30%。

實驗研究表明[11]：前后張力會引起工作輥凸度的變化，進(jìn)而影響到鋁箔的板形。其中，隨著前張力的增加板形變差；隨著后張力的增加，板形變好；而且前張力的變化對板形的影響幅度大于后張力。實際生產(chǎn)中，通過“速度-張力”環(huán)控制，且多采用前張力小于后張力的控制方式。

5 板形控制方式

在鋁箔軋制中，板形控制的實現(xiàn)方式有三種，分別是液壓AGC控制、液壓彎輥控制和軋制油分段冷卻控制。在這三種方式中，前兩種方式由于箔軋的特點其控制效果不明顯，而軋制油分段冷卻控制方式可根據(jù)板形儀檢測反饋信號實現(xiàn)閉合控制，能有效的控制輥身凸度變化，特別對于寬幅箔材作用更加明顯。有資料顯示[12,13]，通過控制軋制油的溫度、壓力、流量，結(jié)合出口板形精度，可實現(xiàn)軋輥凸度和板形的精確控制。帶材邊部熱噴可有效消除軋制緊邊現(xiàn)象，可減少斷帶以及由此引起的著火，對箔軋生產(chǎn)尤其重要。

高精度鋁箔軋機(jī)必須配置板形儀、測速儀、測厚儀等裝置，同時，依靠質(zhì)量流、速度流或者張力-速度等控制模式進(jìn)行閉環(huán)控制，可滿足箔材生產(chǎn)的高質(zhì)量、高速、穩(wěn)定等基本要求。

6 結(jié)束語

現(xiàn)代鋁箔軋機(jī)朝著寬幅、高速、高精度控制、高自動化水平發(fā)展，影響鋁箔軋制生產(chǎn)的工藝因素很多，但重點應(yīng)從軋制油、軋輥參數(shù)(粗糙度和凸度)、張力和速度方面進(jìn)行分析和控制。

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