淺談Hazelett連鑄連軋產(chǎn)品的特性與應(yīng)用

邢俊紅，程遠(yuǎn)鵬，韓成藝

（洛陽(yáng)龍鼎鋁業(yè)有限公司 河南 洛陽(yáng) 471300）

Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)工藝作為一種新型的生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)在鋁帶生產(chǎn)的商業(yè)應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代。但在中國(guó)的應(yīng)用和研究時(shí)間較短：2009年，由洛陽(yáng)豫港龍泉高精度鋁板帶有限公司（現(xiàn)由洛陽(yáng)龍鼎鋁業(yè)有限公司托管）引進(jìn)了中國(guó)首條Hazelett連鑄連軋線(xiàn)，并于2011年3月投產(chǎn)；2013年，內(nèi)蒙古聯(lián)晟新能源材料有限公司引進(jìn)了中國(guó)第二條Hazelett連鑄連軋線(xiàn)，并于2018年4月投產(chǎn)。目前兩條生產(chǎn)線(xiàn)均已實(shí)現(xiàn)批量、穩(wěn)定、連續(xù)性生產(chǎn)。

近年來(lái)，林道新、馬道章等[1,2]結(jié)合國(guó)外生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)在中國(guó)的推廣與應(yīng)用做了大量努力，并該技術(shù)的工藝特性及其產(chǎn)品特性做了大量論述介紹。鄭州大學(xué)楊永昌[3]、關(guān)紹康等人也對(duì)Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了大量研究。2017年，中國(guó)工程院毛新平毛新平院士率隊(duì)到洛陽(yáng)龍鼎實(shí)地考察了這條生產(chǎn)線(xiàn)。2018年，由鄭州大學(xué)和洛陽(yáng)龍鼎合作研究的《高通量連鑄連軋鋁合金板材關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用》項(xiàng)目獲得了中國(guó)有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。但是，由于該技術(shù)引入中國(guó)鋁加工行業(yè)時(shí)間較短且只有兩條生產(chǎn)線(xiàn)，目前市場(chǎng)上對(duì)該產(chǎn)品的工藝特性及應(yīng)用情況仍然存在較多疑慮。本文將結(jié)合筆者近10年來(lái)對(duì)Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)的管理與產(chǎn)品應(yīng)用研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該產(chǎn)品的特性與應(yīng)用進(jìn)行論述。

1 國(guó)內(nèi)Hazelett生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行情況

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于鋁帶加工的Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)共2條，分別位于河南省伊川縣和內(nèi)蒙古霍林郭勒市?，F(xiàn)有2條生產(chǎn)線(xiàn)，設(shè)備寬度均為2100mm，綜合設(shè)計(jì)產(chǎn)能40萬(wàn)噸。2018年，兩條生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)量25萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2019年，可實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)量35萬(wàn)噸。

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，洛陽(yáng)龍鼎主要以生產(chǎn)各種單零箔、電纜帶、裝飾板帶、深沖料、汽車(chē)散熱器料等產(chǎn)品坯料為主，近三年來(lái)，年產(chǎn)量穩(wěn)定在16-18萬(wàn)噸之間，產(chǎn)品質(zhì)量在同行業(yè)中，享有較好的口碑。內(nèi)蒙古聯(lián)晟自2018年4月份安裝調(diào)試完成后，立即進(jìn)入到穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，且當(dāng)年即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量8萬(wàn)噸，其產(chǎn)品主要以雙零箔、單零箔、空調(diào)箔、汽車(chē)散熱器料等產(chǎn)品坯料為主。

2 Hazelett連鑄連軋線(xiàn)的構(gòu)成

Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際上是由熔爐組、在線(xiàn)除氣除渣裝置、Hazelett鑄坯機(jī)、熱三連軋等共四部分組成，其中Hazelett鑄坯機(jī)是該工藝的核心工序，也是區(qū)別于其他工藝技術(shù)的典型標(biāo)志。圖1是典型的Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)組成示意圖。

圖1 Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)組成示意圖

作為核心部位，Hazelett鑄坯機(jī)是由一副完全張緊的低碳鋼帶作為上下表面，兩條根據(jù)寬度需要可移動(dòng)的矩形的金屬塊鏈隨著鋼帶運(yùn)行以形成邊壁，由此組成鑄造模腔。其中，在鋼帶的內(nèi)表面上安裝有若干根鋼棍作為支承輥，并噴射定量的水流來(lái)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻。生產(chǎn)時(shí)，前箱和鑄嘴被精確地安放在鑄模的入口處，鋁液通過(guò)鑄嘴進(jìn)入到兩根鋼帶之間，通過(guò)水冷作用，鋁液發(fā)生凝固并形成矩形的15～20mm厚的鑄坯，以此完成鑄造工作。

鑄造工作完成后，鑄坯會(huì)直接送入熱連軋機(jī)組，以此形成不間斷的連續(xù)鑄造和連續(xù)軋制，從而達(dá)到高效、批量化生產(chǎn)的目的。

一般而言，鑄坯機(jī)在生產(chǎn)不同的合金種類(lèi)時(shí)，各種如溫度、速度等參數(shù)也不盡相同[4]，以8011合金為例，其鑄造速度為7～9m/min，鑄造溫度為690℃～700℃之間，鑄坯溫度在450～550℃之間，初軋溫度為400℃～500℃之間，終軋溫度為120℃～250℃之間。一般8011合金的再結(jié)晶溫度在300℃～350℃之間，由此可知，按照寬度1650mm，厚度19mm計(jì)算，其生產(chǎn)能力可達(dá)35～45噸/h，且在此工藝條件下生產(chǎn)的8011合金鋁帶卷，具有類(lèi)似于熱軋卷的工藝效果。

3 合金種類(lèi)

Hazelett鑄坯機(jī)在生產(chǎn)時(shí)冷卻速度約30-80℃/S，從其冷卻速度和冷卻強(qiáng)度來(lái)看，其可以生產(chǎn)大部分合金含量在5%以下，或者結(jié)晶溫度區(qū)間＜60℃以?xún)?nèi)的變形鋁及鋁合金。從進(jìn)8年來(lái)國(guó)內(nèi)技術(shù)人員對(duì)Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)工藝的研究經(jīng)歷與經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在現(xiàn)有技術(shù)能力下，該生產(chǎn)線(xiàn)可適用生產(chǎn)的合金種類(lèi)主要包括如表1所述的以下幾種。

表1 Hazelett連鑄連軋線(xiàn)可生產(chǎn)的合金種類(lèi)

4 表面質(zhì)量

Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)由于其工藝特點(diǎn)，其鑄造是鋼帶表面粗糙度達(dá)到Ra15.5-16μm之間，造成鑄坯的表面存在較多的麻坑，以及因冷卻的相對(duì)不均勻會(huì)造成化學(xué)成分的表面偏析；傳統(tǒng)的輥式鑄軋技術(shù)，作為結(jié)晶冷卻器的鑄軋輥表面粗糙度一般在Ra0.6-1.0μm之間，且在高速冷卻條件下，表面偏析程度更低；而傳統(tǒng)的熱軋技術(shù)，雖然在鑄造過(guò)程中，鑄坯表面同樣存在更嚴(yán)重的氧化皮、偏析等缺陷，但由于鑄坯在進(jìn)入熱軋工序前會(huì)進(jìn)行銑面，從而得到表面質(zhì)量更優(yōu)的熱軋坯料。因此，Hazelett連鑄連軋坯料的表面相對(duì)于輥式鑄軋與熱軋坯料而言，表面質(zhì)量存在相對(duì)不足，主要缺陷表現(xiàn)在鋁卷表面光澤度差、明暗條紋明顯，嚴(yán)重的會(huì)伴隨黑絲線(xiàn)的存在等缺陷[4]。

近年來(lái)，通過(guò)國(guó)內(nèi)技術(shù)人員不斷的研發(fā)與摸索，已經(jīng)總結(jié)出了一些減輕Hazelett連鑄連軋產(chǎn)品表面缺陷的技術(shù)方案和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，雖然未能徹底消除，但已經(jīng)可以基本滿(mǎn)足絕大部分板帶箔產(chǎn)品的質(zhì)量需求。包括：

（1）改善鑄機(jī)支撐輥與鋼帶間隙，調(diào)整冷卻水壓等手段，從鑄造技術(shù)上減少偏析物的產(chǎn)生；

（2）調(diào)整后續(xù)軋制工藝，包括提高粗軋軋輥粗糙度，中間增加一次高溫退火是表面偏析物完全析出等。

通過(guò)上述技術(shù)手段的實(shí)施，目前國(guó)內(nèi)兩條Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)所生產(chǎn)的坯料，除對(duì)表面要求極為苛刻的CTP版基、鏡面鋁、氧化板等產(chǎn)品外[5]，已經(jīng)可以滿(mǎn)足其他絕大多數(shù)鋁板帶箔產(chǎn)品的質(zhì)量要求，尤其是對(duì)一些后續(xù)需要噴漆、涂層處理的鋁材產(chǎn)品。

5 力學(xué)性能

如前文所述，Hazelett鑄坯機(jī)在生產(chǎn)時(shí)，其鑄造冷卻速度控制在30～80℃/s之間，而熱軋鑄錠的冷卻速度一般為1～3℃/s，輥式鑄軋的冷卻速度則可達(dá)到100～300℃/s。由此可見(jiàn)，Hazelett鑄坯機(jī)所得到鑄坯的晶界偏析程度及過(guò)飽和固溶體量應(yīng)介于二者之間；Hazelett鑄坯出口溫度一般為500-550℃之間，在進(jìn)入熱連軋時(shí)鑄坯溫度仍然保持在450-500℃之間，其軋制溫度仍然在材料的再結(jié)晶溫度以上，仍然屬于熱軋范疇。綜上，Hazelett連鑄連軋坯料在力學(xué)性能方面，應(yīng)該是介于傳統(tǒng)熱軋與輥式鑄軋之間的。

而從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，采用Hazelett連鑄連軋坯料在經(jīng)過(guò)一系列的壓延、熱處理等工藝后，確實(shí)能夠獲得由于輥式鑄軋、接近于熱軋坯料的力學(xué)性能。例如，采用Hazelett連鑄連軋技術(shù)生產(chǎn)的3003合金坯料，在經(jīng)過(guò)一系列的壓延、熱處理工序至1.0mm厚度O態(tài)時(shí)，其延伸率可以達(dá)到40%甚至更高。因此，一些對(duì)成型性能要求較高的產(chǎn)品，如鋰動(dòng)力電池殼、軍用水壺、高壓鍋內(nèi)膽等產(chǎn)品，就完全可以采用Hazelett連鑄連軋坯料加工。

另一方面，從軋制性能來(lái)看，Hazelett鑄坯原始厚度為19mm，經(jīng)過(guò)三機(jī)架的熱連軋，鑄坯在鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的組織缺陷，大部分在熱連軋過(guò)程中得到了消除，可以得到組織更為致密、均勻的坯料，同時(shí)材料內(nèi)部的過(guò)飽和固溶體量也比輥式鑄軋坯料要少的多，加工硬化速度相對(duì)較慢。因此，與輥式鑄軋坯料相比，Hazelett連鑄連軋坯料擁有了更好的軋制特性，既可以增大加工率，提高生產(chǎn)效率，也可以很好地解決鑄軋坯料在生產(chǎn)雙零鋁箔時(shí)容易出現(xiàn)的針孔、氣道、表面白條等缺陷。

6 結(jié)論

從工藝技術(shù)的對(duì)比來(lái)看，Hazelett連鑄連軋工藝是一種介于熱軋與傳統(tǒng)輥式鑄軋工藝之間的新型鋁帶坯生產(chǎn)技術(shù)。其具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）Hazelett連鑄連軋工藝流程短，效率高，能耗低。其產(chǎn)量可以達(dá)到普通輥式鑄軋工藝的20倍以上。

（2）與輥式鑄軋工藝相比，Hazelett連鑄連軋技術(shù)可以生產(chǎn)的合金種類(lèi)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于輥式鑄軋，很適合生產(chǎn)一些輥式鑄軋技術(shù)無(wú)法生產(chǎn)、熱軋生產(chǎn)成本過(guò)高的產(chǎn)品種類(lèi)。

（3）與傳統(tǒng)熱軋和輥式鑄軋工藝相比，Hazelett連鑄連軋技術(shù)所得到的坯料表面質(zhì)量相對(duì)較差，但仍可滿(mǎn)足除CTP版基、鏡面鋁、氧化板等產(chǎn)品以前的絕大多數(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量需求。

（4）與輥式鑄軋工藝相比，Hazelett連鑄連軋技術(shù)所得到的坯料擁有更好的軋制性能、退火性能和深沖性能，非常適合于深沖成型產(chǎn)品、3×××系產(chǎn)品的生產(chǎn)，也有利于后續(xù)加工成本的降低。