拉矯工序生產(chǎn)工藝研究

劉 楠，位艷艷

(1.龍口南山鋁壓延新材料有限公司，山東 龍口 265706；2.山東南山鋁業(yè)股份有限公司，山東 龍口 265706)

近年來，鋁及鋁合金板帶材料在建筑、印刷等方面應(yīng)用越來越廣泛，根據(jù)使用要求的不同，加工工藝開始多樣化，客戶對(duì)鋁合金帶材要求也逐漸提高，對(duì)軋制后的帶材進(jìn)行拉彎矯直及清洗而提高產(chǎn)品質(zhì)量也成為了不可缺少的加工流程，拉彎矯直工序可有效改善帶材板形及帶材表面污染程度，更有利于提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭力。

1 拉矯工序的設(shè)備構(gòu)造

拉矯由入口段、清洗段、拉彎矯直段及出口段四個(gè)部分組成；入口段即帶材生產(chǎn)準(zhǔn)備段，包括備卷鞍座、上卷小車，套筒存放架、開卷機(jī)、外支撐、伸縮導(dǎo)料板、入口夾送輥、縫合機(jī)、去毛刺輥；清洗段包括2個(gè)堿洗槽、2個(gè)水洗槽（去離子水），用于帶材漂洗，去除冷軋后帶材表面攜帶的鋁粉及軋制油等表面污染物；矯直段即改善帶材板形段，包括入口S輥組、矯直機(jī)、出口S輥組；出口段即帶材生產(chǎn)結(jié)束收卷段，包括出口夾送輥、卷取機(jī)、外支撐、皮帶助卷器、卸卷小車、套筒存放架、鞍座。

2 拉矯工序的工作原理

拉彎矯的核心部分為清洗段、矯直機(jī)，帶材經(jīng)過清洗段去除帶材表面攜帶軋制油及鋁粉等污染物，滿足后續(xù)生產(chǎn)或下游客戶使用要求；清洗后帶材進(jìn)入矯直機(jī)，通過矯直機(jī)作用在一定程度上改善來料原有板形，為后續(xù)加工生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

（1）清洗段工作原理（堿洗工藝）。鋁帶材在冷軋制過程中，因軋輥與鋁帶材表面摩擦和碾壓，其表面會(huì)產(chǎn)生細(xì)微氧化鋁粉脫落吸附，軋制油及其它懸浮成分也會(huì)殘留在帶材表面，對(duì)板帶后續(xù)生產(chǎn)使用造成不利影響。矯直時(shí)由于帶材在矯直輥上產(chǎn)生嚴(yán)重彎曲變形，伴隨發(fā)熱，且張力輥與帶材間相互受力作用而形成摩擦力帶動(dòng)輥組，如果帶材表面未經(jīng)清洗，變形時(shí)氧化鋁粉脫落，隨著油污一起粘附在矯直輥的輥面上，使輥面產(chǎn)生磨損并造成帶材表面硌傷，因此必須通過專門的清洗裝置進(jìn)行清洗[1]。

清洗段包括2個(gè)堿性清洗槽、2個(gè)漂洗槽。鋁帶材進(jìn)入清洗段首先進(jìn)行堿性清洗，堿液由上下噴淋管噴出對(duì)帶材上下表面進(jìn)行沖洗，以達(dá)到均勻脫脂處理，同時(shí)帶材表面形成一層氧化膜。帶材從堿槽中出去時(shí)由擠干輥組以達(dá)到槽液之間的有效隔離。堿性清洗后帶材進(jìn)入水槽進(jìn)行漂洗（去離子水清洗），經(jīng)過兩道漂洗后帶材經(jīng)過熱風(fēng)吹掃，保證帶材表面水分蒸發(fā)，避免帶材長期存放導(dǎo)致表面發(fā)生腐蝕。清洗過程中要求保持堿性清洗點(diǎn)數(shù)控制在3%～5%之間，通過液體取樣進(jìn)行檢驗(yàn)監(jiān)控，每2個(gè)小時(shí)取樣1次，通過檢測(cè)結(jié)果對(duì)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，偏低時(shí)加入堿液，偏高時(shí)進(jìn)行適當(dāng)排放同時(shí)加入去離子水進(jìn)行稀釋。堿液通過循環(huán)泵打入，在槽內(nèi)進(jìn)行充分循環(huán)攪拌，使槽內(nèi)成分均勻，避免表面處理不一致而造成帶材表面色差或者過洗等表面質(zhì)量缺陷。去離子水通過檢測(cè)電導(dǎo)率進(jìn)行監(jiān)控，每2h取樣1次，電導(dǎo)率要求＜100ppm，超出時(shí)將槽液適當(dāng)導(dǎo)出加入去離子水或者全部排放后重新加入；槽液控制是為了滿足生產(chǎn)清洗效果，同時(shí)槽液也要具備一定溫度，堿槽溫度60℃左右，水槽溫度50℃左右，更有利于鋁帶材表面清洗。

（2）矯直段工作原理。矯直機(jī)主要包括兩部分即矯直單元、入口與出口張力S輥組，矯直單元通過矯直輥上下垂直調(diào)整提供應(yīng)力用于消除縱向及橫向延伸不均勻；利用兩組S輥之間的拉力使帶材產(chǎn)生一定的塑性變形，從而達(dá)到消除或減小鋁帶材內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使帶材平整。鋁板帶經(jīng)軋制后在寬度方向延展不均，在縱向表現(xiàn)為長度差異，要想得到平整的帶材板形，需根據(jù)材料的塑性變形理論，通過矯直機(jī)前后S輥組生產(chǎn)速度差使帶材產(chǎn)生一定張力，過入口S輥后帶材連續(xù)通過上、下交錯(cuò)布置的多組小輥徑矯直輥，在拉伸及矯直的聯(lián)合作用下使帶材在長度方向上產(chǎn)生塑性變形，從而達(dá)到縱向延伸，且減小帶材內(nèi)部縱向應(yīng)力的分布不均勻性，從而保持帶材內(nèi)部縱向組織纖維長度及應(yīng)力趨于方向一致。

鋁板帶不是理想的彈塑性變形材料，因此矯直機(jī)的矯平效果與帶材的原有板形及硬化模量的大小有關(guān)，模量越小材料越容易矯平[2]。經(jīng)過矯直機(jī)矯平后的帶材板形會(huì)有很大改善，但不可能完全消除板形內(nèi)部應(yīng)力，從而達(dá)到改善板形的目的，按目前實(shí)際生產(chǎn)狀況評(píng)估，來料板形值100I左右，經(jīng)矯直改善后可達(dá)到10I以下，以滿足現(xiàn)有設(shè)備后續(xù)生產(chǎn)要求。

3 拉矯工序相關(guān)質(zhì)量缺陷

帶材經(jīng)過拉矯后會(huì)產(chǎn)生一些工序特征性缺陷，因來料板形遺傳性因素、矯直機(jī)矯平能力的限制等，帶材常有的缺陷如端頭翹曲、波浪等，對(duì)后續(xù)生產(chǎn)造成一定影響或無法使生產(chǎn)順利進(jìn)行。

（1）端頭翹曲。鋁帶材在張力S輥組及矯直的相互作用下產(chǎn)生塑性變形，消除內(nèi)部縱向組織纖維長度差異，但帶材在反復(fù)矯直變形過程中，不僅受到厚度方向的應(yīng)力作用，在寬度方向同樣也存在應(yīng)力作用，這就導(dǎo)致了帶材在寬度方向上會(huì)出現(xiàn)橫向翹曲。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐可知，帶材出現(xiàn)翹曲主要與帶材來料板形、內(nèi)應(yīng)力分布時(shí)效性有關(guān)，帶材經(jīng)過矯平后檢測(cè)翹曲狀況良好，但經(jīng)放置或進(jìn)行縱向剖分后再測(cè)量發(fā)現(xiàn)端頭翹曲值超標(biāo)；通常來料帶材板形邊緊中松，經(jīng)矯直后帶材邊部應(yīng)力狀以改善，但經(jīng)縱向分切后，帶材邊部應(yīng)力再次得以釋放，帶材會(huì)再次出現(xiàn)翹曲缺陷，切片時(shí)隨著剪切位置的變化，可能出現(xiàn)下扣或者上翹。現(xiàn)有材料回復(fù)能力較強(qiáng)，也就是說帶材矯平后，經(jīng)過自然時(shí)效的作用，帶材內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生改變，使其板形也隨之發(fā)生變化，再次取樣測(cè)量時(shí)帶材會(huì)出現(xiàn)翹曲狀況。

（2）波浪。鋁帶材軋制時(shí)因軋輥受熱膨脹及局部冷卻不均，導(dǎo)致輥縫大小不一致，會(huì)導(dǎo)致帶材縱向及延伸長度不同，從而導(dǎo)致鋁帶材不同位置的波浪情況(如圖1)。

矯直機(jī)在矯平過程中因來料波浪的嚴(yán)重程度不同及矯平能力的限制，而導(dǎo)致成品仍存在波浪；來料頭尾波浪程度不一致，矯直機(jī)在調(diào)整過程中適應(yīng)帶材開卷板形，但料尾板形突變時(shí)，可能導(dǎo)致成品卷材尾部波浪無法完全改善而不滿足生產(chǎn)要求。因矯直機(jī)延伸率設(shè)置不當(dāng)時(shí)也會(huì)使帶材產(chǎn)生波浪問題，當(dāng)延伸率設(shè)置過大時(shí)，帶材延伸過度，出現(xiàn)邊部大波浪。而延伸率設(shè)置過小時(shí)，原有波浪無法矯平改善。因此帶材波浪問題不僅取決于帶材原有板形問題還與設(shè)備生產(chǎn)能力及板形波動(dòng)有關(guān)，想要得到理想板形務(wù)必要關(guān)注軋制過程中板形控制及輔助調(diào)節(jié)矯直機(jī)，同時(shí)注意矯直機(jī)延伸率設(shè)定值的控制。

圖1 鋁帶材軋制受熱溫度變化

4 結(jié)束語

鋁帶材板形及表面質(zhì)量通過拉彎矯直后可得到有效改善，但實(shí)際生產(chǎn)過程中需根據(jù)上游工序?qū)嶋H來料狀況進(jìn)行反復(fù)調(diào)整測(cè)試，以使帶材矯平效果達(dá)到最佳。拉矯工序已得到越來越多的生產(chǎn)廠商應(yīng)用，且設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也在不斷優(yōu)化，使其達(dá)到更優(yōu)的矯直及表面處理效果。