鑄軋板縱向條紋原因分析及消除方法

李曉龍

(中國(guó)鋁業(yè)西北鋁加工分公司，甘肅 隴西748111)

目前，用戶對(duì)板帶箔材的表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，在鑄軋生產(chǎn)過(guò)程中，鑄軋帶坯表面縱向條紋是影響鋁箔成品表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。試驗(yàn)表明，適當(dāng)提高鑄軋立板時(shí)澆注溫度、前箱液面高度、嘴輥間隙大小等工藝參數(shù)以及嘴子內(nèi)部的分配結(jié)構(gòu)，可有效減少鑄軋帶坯表面縱向條紋，獲得高質(zhì)量的鑄軋帶坯。

1 立板時(shí)澆注溫度的影響

試驗(yàn)在4#機(jī)列進(jìn)行，1235合金，板寬1045mm，輥縫6.5mm，板厚7.0 mm。立板時(shí)，工藝一靜止?fàn)t熔體溫度750℃，澆注溫度695℃～705℃，工藝二靜止?fàn)t熔體溫度760℃，澆注溫度715℃～725℃；前箱液面高度15mm，冷卻強(qiáng)度0.4MPa，出板速度900 mm/min，鑄軋區(qū)50mm。兩種工藝參數(shù)各立板3次，取立板第一卷檢查表面質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

(1)立板時(shí)，澆注溫度過(guò)低，液體金屬在嘴腔內(nèi)流動(dòng)緩慢，無(wú)法沖過(guò)嘴腔內(nèi)的阻流壩，會(huì)使金屬在嘴腔內(nèi)凝固，導(dǎo)至立板失敗。

表1 澆注溫度影響試驗(yàn)結(jié)果

(2)立板時(shí)，澆注溫度較低，液體金屬在嘴腔內(nèi)流動(dòng)性差，金屬溫度分布不均勻，使金屬熔體中的Fe、Si、Ti等元素在結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生成份的表面偏析，F(xiàn)e、Si元素在偏析部位的含量明顯升高，Ti元素含量明顯降低(表2)，這種表面偏析形成組織條紋。其在鑄軋帶坯的上下表面都可能出現(xiàn)，位置和寬度不一定，但有明顯規(guī)律，即一旦出現(xiàn)后，則在同一位置不間斷地出現(xiàn)，延續(xù)幾個(gè)卷，直至嘴子拆下為止。又因?yàn)闈沧囟容^低，在跑渣過(guò)程中，嘴腔內(nèi)極易形成極小的結(jié)渣物，從而改變了金屬凝固條件，當(dāng)金屬液體在此處凝固時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生成分不均勻，造成成分表面偏析，形成組織條紋。這是因?yàn)樽烨粌?nèi)結(jié)極小的結(jié)渣物，在剛結(jié)晶的鑄軋板表面形成一道凹溝，經(jīng)軋制變形，兩側(cè)的金屬匯合在一起，但未能焊合，從而形成一道筆直的條紋。由于其是在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的，經(jīng)冷軋、箔軋生產(chǎn)無(wú)法消除，在箔材生產(chǎn)中最終反映為暗紋及縱向條紋。

表2 鑄軋板表面化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

(3)立板時(shí)，澆注溫度較高，金屬的流動(dòng)性增大，使金屬在嘴腔內(nèi)通過(guò)阻流壩會(huì)更加順暢，整個(gè)嘴腔內(nèi)溫度場(chǎng)會(huì)更加均勻，結(jié)晶組織均勻，表面偏析很少，且不易在嘴腔內(nèi)形成細(xì)小的結(jié)渣物，在鑄軋板表面很少形成組織條紋和縱向條紋。立板出板后，若沒(méi)有組織條紋及縱向條紋，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，只要工藝參數(shù)配合得當(dāng)，是不會(huì)再出現(xiàn)組織條紋和縱向條紋。因此，立板成功后，可適當(dāng)?shù)貙沧囟认抡{(diào)至695℃～705℃，以免在鑄軋正常生產(chǎn)時(shí)，出現(xiàn)其它廢品影響鑄軋板質(zhì)量，同時(shí)還可提高鑄軋速度，提高產(chǎn)量。

(4)若澆注溫度過(guò)高，由于熔體容易吸氣、造渣，使鑄軋時(shí)產(chǎn)生氣道和夾渣等。且立板成功后，會(huì)出現(xiàn)晶粒粗大、粘板等缺陷，而要將澆注溫度降至695℃～705℃，需要較長(zhǎng)時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生一些工藝廢品，一般不主張澆注溫度過(guò)高。

從試驗(yàn)結(jié)果和分析來(lái)看，工藝二立出的板面質(zhì)量比工藝一的板面質(zhì)量好。

2 立板時(shí)前箱液面高度的影響

試驗(yàn)在4#機(jī)列進(jìn)行，1235合金，板寬1045mm，輥縫6.5mm，板厚7.0 mm。立板時(shí)，工藝一前箱液面高度13mm，工藝二前箱液面高度18mm；靜止?fàn)t熔體溫度750℃，澆注溫度710℃，冷卻強(qiáng)度0.4MPa，出板速度900 mm/min，鑄軋區(qū)50mm。兩種工藝參數(shù)各立板3次，取立板第一卷檢查表面質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)3。

表3 前箱液面高度影響試驗(yàn)結(jié)果

(1)立板時(shí)，前箱液面高度過(guò)低，金屬在前箱內(nèi)的靜壓力很小，通過(guò)嘴腔內(nèi)的阻流壩時(shí)困難，且時(shí)間較長(zhǎng)，容易在嘴腔內(nèi)凝固，造成立板失敗。

(2)立板前箱液面較低時(shí)，由于靜壓力小，金屬通過(guò)阻流壩的時(shí)間長(zhǎng)，使金屬的流動(dòng)性差，造成嘴腔內(nèi)的金屬溫度分布不均勻，跑渣料較薄，極易在嘴子前端形成細(xì)小的結(jié)渣物，產(chǎn)生組織條紋和縱向條紋。

(3)適當(dāng)?shù)靥岣吡鍟r(shí)的前箱液面高度，原則上在保證不破壞嘴輥間隙之間氧化膜的條件下，前箱液面越高越好。這是因?yàn)樵谝貉ㄖ幸簯B(tài)金屬對(duì)結(jié)晶面的壓力大，不僅能保證金屬的連續(xù)性，并能獲得致密的組織，同時(shí)也會(huì)增加靜壓力，跑渣過(guò)程中，能夠一次性地充滿嘴腔，增加了金屬的流動(dòng)速度，使嘴腔內(nèi)的金屬溫度分布更趨向均勻，減小嘴腔內(nèi)細(xì)小結(jié)渣物的形成和成份表面偏析的幾率。因此，出板后的鑄軋板面很少有組織條紋和縱向條紋出現(xiàn)。

(4)立板時(shí)，前箱液面過(guò)高，會(huì)使鋁液從兩側(cè)耳子邊流出、凝固，將耳子帶出造成鑄板超寬，裂邊增大等，嚴(yán)重時(shí)，造成立板失敗。

3 立板時(shí)嘴輥間隙的影響

試驗(yàn)在4#機(jī)列進(jìn)行，1235合金，板寬1045mm，輥縫6.5mm，板厚7.0 mm。工藝一，嘴輥間隙分別為上0.30mm、下0.20mm，工藝二，嘴輥間隙分別為上0.70mm、下0.60mm；靜止?fàn)t熔體溫度750℃，澆注溫度710℃，前箱液面高度15mm，冷卻強(qiáng)度0.4MPa，出板速度900 mm/min，鑄軋區(qū)50mm。兩種工藝參數(shù)各立板3次，取立板第一卷檢查表面質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 嘴輥間隙影響試驗(yàn)結(jié)果

(1)嘴輥間隙較小，在立板跑渣過(guò)程中，一些細(xì)小的鑄嘴粉末、灰塵及鋁毛刺會(huì)粘附在軋輥上，雖經(jīng)清輥器清理，還會(huì)有一些進(jìn)入嘴輥之間，嵌入嘴皮，形成一道較亮的條紋，有一定深度。且由于嘴子在跑渣時(shí)，鋁液經(jīng)過(guò)嘴腔，嘴子受熱膨脹，也會(huì)減小嘴輥間隙，部分嘴皮會(huì)磨到輥面，出板時(shí)，會(huì)受到一定的軋制力作用，使該處供料嘴局部掉渣，造成局部熔體先和鑄軋輥面接觸，比其它地方先結(jié)晶，形成一種冷凝殼，并產(chǎn)生體積收縮。冷凝殼下面的熔體，在軋制時(shí)無(wú)阻力，冷凝硬殼與鑄軋輥面間形成間隔(將液體金屬與鑄軋輥面隔開)，阻礙熱量正常導(dǎo)出，液穴中高溫熔體將凝殼加熱，枝晶間共晶組織可加熱到熔點(diǎn)以上變?yōu)橐后w，在前箱靜壓力作用下，高成分的熔體可滲出凝殼表面凝結(jié)成點(diǎn)狀缺陷，這些點(diǎn)狀物反映到鑄軋板的表面，就是鑄軋表面形成的帶狀缺陷，即組織條紋。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)通條、粘鋁等缺陷。

(2)適當(dāng)增加嘴輥間隙，可明顯減少鑄嘴粉末、灰塵及鋁毛刺嵌入嘴皮的現(xiàn)象，可使嘴子受熱膨脹后，也會(huì)與輥面有一定間隙，不接觸輥面，出板在受一定軋制力時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生掉渣或破損，從而減少了鑄軋帶坯表面上的組織條紋和縱向條紋。

(3)若嘴輥間隙過(guò)大，在鑄嘴與軋輥表面上形成的氧化膜，很難“包”住鋁液而破裂，造成立板時(shí)返鋁，使立板失敗。

4 立板時(shí)鑄嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

試驗(yàn)在4#機(jī)列進(jìn)行，一種采用二級(jí)分配鑄嘴，另一種采用三級(jí)分配鑄嘴；1235合金，板寬1045mm，輥縫6.5mm，板厚7.0 mm；前箱液面高度15mm，靜止?fàn)t熔體溫度750℃，澆注溫度710℃，冷卻強(qiáng)度0.4MPa，出板速度900 mm/min，鑄軋區(qū)50mm。兩種工藝參數(shù)各立板3次，取立板第一卷檢查表面質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 鑄嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響試驗(yàn)結(jié)果

(1)使用二次分配的供料嘴時(shí)(圖1，圖中箭頭為金屬流動(dòng)的方向)，金屬?gòu)娜肟谔幜魅耄艿谝粚幼枇鲏蔚淖璧K，一部分金屬向兩側(cè)流動(dòng)，另一部分金屬繞過(guò)阻流壩從中間流動(dòng)，在受到下一層阻流壩分開后，匯合到供料嘴前沿流出。在實(shí)際生產(chǎn)中，金屬?gòu)墓┝献斐隹谔幜鞒龅臅r(shí)間不相同，總是從中間流出的速度快些，這樣就使整個(gè)嘴腔內(nèi)的金屬溫度分配產(chǎn)生不均勻，中間的金屬流動(dòng)快且溫度高，越向兩側(cè)溫度越低。跑渣時(shí)，就會(huì)造成金屬在嘴腔內(nèi)流動(dòng)不均勻、溫度分配不均勻性或在嘴腔內(nèi)結(jié)有細(xì)小的結(jié)渣物，產(chǎn)生組織條紋和縱向條紋，在鑄軋板面上形成縱向條紋。

圖1Fig.1

(2)使用三級(jí)分配的供料嘴時(shí)(圖2，圖中箭頭為金屬流動(dòng)的方向)，金屬?gòu)娜肟诹魅霑r(shí)，受第一級(jí)阻流壩的阻礙向兩側(cè)流動(dòng)，中間沒(méi)有金屬流動(dòng)；金屬進(jìn)入二級(jí)通道時(shí)，受二級(jí)阻礙壩的阻礙又向兩側(cè)流動(dòng)；進(jìn)入三級(jí)通道后，再向兩側(cè)流動(dòng)，再?gòu)娜?jí)通道流出時(shí)，由于是受同一靜壓力的作用，使金屬的流動(dòng)速度幾乎一致。這樣，使整個(gè)嘴腔內(nèi)的金屬溫度分布比較均勻，中間溫度與兩側(cè)溫度相差明顯減少。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)配合合理的前箱液面高度時(shí)，金屬?gòu)墓┝献炝鞒鰰r(shí)間(即流動(dòng)速度)大致相同，且金屬的流動(dòng)和溫度的分配較二級(jí)分配供料嘴的要平穩(wěn)和均勻。因此，在鑄軋板表面不易產(chǎn)生成分偏析，很少形成組織條紋，最終產(chǎn)品箔材也很少有暗紋及縱向條紋出現(xiàn)。

圖2Fig.2

5 結(jié)論

(1)從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出，縱向條紋主要由兩方面產(chǎn)生，一是嘴腔內(nèi)形成極小的結(jié)渣物，當(dāng)金屬液體在此匯合時(shí)產(chǎn)生化學(xué)成分不均勻，造成成分偏析，形成組織條紋，在箔材生產(chǎn)中最終反映為暗紋及縱向條紋；二是由于嘴輥間隙小，在跑渣過(guò)程中，嘴輥間夾有細(xì)小鋁屑或嘴子受熱膨脹后破損形成的組織條紋和縱向條紋；

(2)適當(dāng)提高立板時(shí)澆注溫度以及前箱液面高度，可使鋁液在嘴腔內(nèi)的金屬流動(dòng)性更好，溫度分布更均勻，減少了組織條紋的形成，在最終箔材產(chǎn)品中減少暗紋和縱向條紋的出現(xiàn)；

(3)在保證鑄嘴與軋輥表面上形成的氧化膜不破裂的情況下，適當(dāng)增加嘴輥間隙，減少嘴輥夾有細(xì)小鋁屑和嘴子局部掉渣現(xiàn)象，直接改善鑄軋板面出現(xiàn)組織條紋和縱向條紋的傾向；

(4)采用三級(jí)分配的供料嘴在立板和連續(xù)鑄軋生產(chǎn)過(guò)程中，鑄軋帶坯的表面質(zhì)量比二級(jí)分配的有明顯提高，特別是縱向條紋和組織條紋明顯減少；

(5)試驗(yàn)表明，立板時(shí)采用工藝二和三級(jí)分配供料嘴的鑄軋板表面質(zhì)量?jī)?yōu)于采用工藝一和二級(jí)分配供料嘴的鑄軋板表面質(zhì)量。

鑄軋生產(chǎn)主要是各工藝參數(shù)的配合，若立板出板后，板面沒(méi)有條紋，在后續(xù)生產(chǎn)(除跑渣外)中，不會(huì)再出現(xiàn)條紋。