鋁及鋁合金板帶材加工新技術(shù)

張建輝，張歡歡

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

目前，鋁及鋁合金板帶材加工進入了一個快速發(fā)展、不斷創(chuàng)新的階段，一些新的工藝流程或局部改進措施逐漸出現(xiàn)，并取得了極大進展，有些新技術(shù)有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢。本文針對其中幾種典型新技術(shù)進行介紹，主要包括4輥超薄快速鑄軋技術(shù)、無酸無皂乳液技術(shù)、新型助濾劑—纖維素、新型連鑄連軋技術(shù)NEXCAST鑄機和鋁板帶邊部加熱技術(shù)等內(nèi)容。

1 4輥超薄快速鑄軋技術(shù)

1.1 研發(fā)過程

上世紀70年代初，由于受能源危機的影響，各國把鑄軋技術(shù)做為重點技術(shù)加以利用，并尋求在2輥鑄軋機的基礎(chǔ)上進行技術(shù)突破。Davy公司經(jīng)過與牛津大學的合作試驗并結(jié)合瑞典格蘭斯公司的2輥鑄軋機，1996年為盧森堡歐洲鋁箔廠設(shè)計了一臺4輥鑄軋機。2005年，華北鋁聯(lián)合其下屬設(shè)備公司對4輥鑄軋機進行專項研發(fā)，因種種原因研發(fā)工作被擱淺。其后部分民企聯(lián)合進行了此項研發(fā)，獲得技術(shù)突破，實現(xiàn)鑄軋卷超薄快速生產(chǎn)。

1.2 4輥超薄快速鑄軋機與2輥鑄軋機對比

4輥超薄快速鑄軋機與2輥鑄軋機相比，在速度、板型控制手段和卷材厚度減薄等方面均有較明顯的優(yōu)勢(表1)，同時也為企業(yè)冷軋機產(chǎn)能的釋放提供了基礎(chǔ)條件。

表1 4輥超薄快速鑄軋機與2輥鑄軋機對比表

鑄軋機采用4輥結(jié)構(gòu)設(shè)計，可提高鑄軋卷板型，使鑄軋技術(shù)朝向更薄、更快方向發(fā)展，主要基于以下4點：(1)支承輥承擔了生產(chǎn)過程中大部分的載荷，工作輥設(shè)計輥徑可以大大減小，為鑄軋卷變薄并保證板型提供了必要條件；(2)生產(chǎn)過程中，4輥結(jié)構(gòu)降低了工作輥撓度的影響，保證工作輥輥縫平行度，可改善板型及厚度偏差；(3)采用了銅鎳材質(zhì)的輥套，與鋼輥套相比，散熱性能更好，為鑄軋速度的提高創(chuàng)造了條件；(4)配備了正負彎輥系統(tǒng)，具備在線調(diào)整板型的能力。

2 無酸無皂乳液技術(shù)

無酸無皂乳液技術(shù)是近年發(fā)展起來的，其核心是將傳統(tǒng)乳液中的有機酸和皂類去除掉，采用合成酯滿足潤滑要求及其他功能。如何去除熱軋過程中產(chǎn)生的鋁粉是無酸無皂乳液需要克服的技術(shù)難題。需要特別說明的是，無酸無皂乳液已廣泛用于鋼鐵行業(yè)，這主要得益于鐵粉的去除可通過電磁鐵吸附的方式完成。

對于含有有機酸的傳統(tǒng)乳液，鋁粉的去除主要是通過有機酸和鋁粉發(fā)生皂化反應(yīng)形成金屬皂泡，利用撇油機和過濾系統(tǒng)進行撇除或過濾。

無酸無皂乳液中鋁粉的去除可用乳化劑陰離子捕獲金屬陽離子形成不溶解于水的物質(zhì)，然后通過過濾系統(tǒng)和撇除去除鋁粉。另外，也有些無酸無皂乳液中合成酯的官能團與鋁粉發(fā)生皂化反應(yīng)，然后被撇除和過濾。

無酸無皂乳液技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面：(1)乳油消耗降低，相當于傳統(tǒng)乳液的一半，一般情況下噸鋁產(chǎn)品消耗量為0.3kg～0.8kg，實現(xiàn)了能源節(jié)約利用；(2)無酸無皂乳液熱穩(wěn)定性強，只需要少量熱量或不加熱，維護成本較低；(3)無酸無皂乳液可抑制細菌生長，需要監(jiān)測的指標少，維護量小。

3 新型助濾劑-纖維素

鋁及鋁合金在冷軋或箔軋過程中，均會產(chǎn)生大量變形熱及鋁粉等固體顆粒物，對板帶材表面產(chǎn)生不利影響，通常需要以無紡布為過濾基底，以硅藻土配比相應(yīng)量活性白土作為助濾劑，通過板式過濾器對軋制油進行過濾。但硅藻土及活性白土為過濾劑，存在過濾周期短，產(chǎn)生危廢物量多，不易處理，對環(huán)境污染等缺點，因此人們致力于探索并尋找新型助濾劑，纖維素就是其中較成功的一種替代助濾劑。

纖維素是近年來應(yīng)用的一種新型助濾材料，一般從植物組織中提取，具有高純度、高化學穩(wěn)定性，不溶于水和乙醇、乙醚等有機溶劑；具有較高的原纖維結(jié)構(gòu)，納污能力強，是一種生物高分子聚合物，可再生原材料，可完全生物降解，是一種環(huán)保材料。通過活性化處理，纖維素具有吸附性，可吸附軋制油中雜質(zhì)(如金屬皂、金屬離子等)。

纖維素作為鋁板帶軋制油過濾的助濾材料，其優(yōu)勢主要有以下4個方面：(1)纖維素本身柔軟、無磨損性、具有一定的彈性性能，可承受一定的壓力波動，通過纖維之間的粘結(jié)作用，軋制油過濾所形成的濾餅更易脫離和清理，便于現(xiàn)場人員操作；(2)使用活性纖維素與硅藻土+白土相比，助濾劑消耗、軋制油消耗及產(chǎn)生的廢棄物均有不同程度的減少，節(jié)能環(huán)保，一般情況下減少量不小于5%；(3)使用纖維素后，冷軋機或鋁箔軋機的換紙周期可明顯延長，有些軋機的換紙周期甚至延長3倍以上，大大提高冷軋機或箔軋機的利用效率。

纖維素作為一種新型環(huán)保可再生材料，擴大其應(yīng)用具有重要意義。目前纖維素在有色金屬行業(yè)的應(yīng)用尚未有國家或行業(yè)標準，市場上銷售的纖維素品質(zhì)良莠不齊，加上現(xiàn)有的軋機板式過濾器多數(shù)是按照使用硅藻土和白土作為助濾劑的模式設(shè)計，這些因素都會對纖維素使用的穩(wěn)定性和可靠性造成很大影響。因此建議在使用纖維素前先進行必要的試驗，避免出現(xiàn)大面積影響軋制油使用的現(xiàn)象。

4 新型連鑄連軋技術(shù)-NEXCAST鑄機

連鑄連軋技術(shù)與鑄軋技術(shù)類似，因其短流程、低成本的優(yōu)勢廣泛受到人們青睞，NEXCAST鑄機就是其中一項(圖1)，由西馬克和美國的一家鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)共同合作開發(fā),目前已經(jīng)在科羅拉多州鋁廠成功運行。

NEXCAST采用配有大銅塊的兼顧設(shè)計，極大提升了結(jié)晶器的穩(wěn)定性，為更寬、更快和更廣的厚度范圍提供了前提條件，使其具備更廣泛的市場空間，例如罐體料、汽車用鋁等均可通過NEXCAST工藝方式進行生產(chǎn)(表2)。

表2 NEXCAST鑄機可以生產(chǎn)的合金品種及用途

NEXCAST鑄機的優(yōu)勢可以歸納為以下3個方面：(1)NEXCAST鑄機生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時間較短，從接單到發(fā)貨只需2周時間，這是一項足以引領(lǐng)行業(yè)的周轉(zhuǎn)時間，具備零庫存供貨的實力，可以快速響應(yīng)客戶的需求變化；(2)采用模塊化設(shè)計和靈活運營，能夠按市場機遇來調(diào)整生產(chǎn)規(guī)模，按量需實現(xiàn)彈性生產(chǎn)；(3)可以用于多種合金的生產(chǎn)，滿足更多終端市場的多樣性需求。

5 鋁冷軋、箔軋帶材邊部板形控制技術(shù)-邊部加熱技術(shù)

在鋁冷軋、箔軋生產(chǎn)過程中，尤其是帶材厚度較薄時，存在一個普遍的板形問題，邊部帶材偏緊。究其原因，主要是由于軋輥工作溫度不均，尤其是帶材邊部溫度變化梯度大造成的。如果不加以控制，會產(chǎn)生以下后果：(1)生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，易引起斷帶；(2)制約生產(chǎn)速度，直接影響生產(chǎn)效率；(3)廢邊寬度大，影響成材率。

在以往軋機設(shè)計過程中，往往采用邊部熱噴技術(shù)應(yīng)對邊部過緊的問題，但從筆者走訪的幾家鋁板帶廠來看，使用效果不理想。近幾年，國內(nèi)外的軋機設(shè)計廠家采用邊部加熱的技術(shù)加以解決。邊部加熱技術(shù)主要包括感應(yīng)加熱技術(shù)及裝置、移位控制技術(shù)及裝置和加熱及移位控制系統(tǒng)集成、人機界面、加熱控制、位置控制、安全保護等，對邊部區(qū)域的小范圍快速溫升，補償此區(qū)域的溫度梯度問題。圖2為感應(yīng)加熱裝置。

在山東南山、遼寧忠旺、廣東乳源和中鋁瑞閩等鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)的冷軋機或鋁箔軋機已使用此技術(shù)，筆者選取了一家企業(yè)使用此技術(shù)后的板型效果對比(圖3)，邊部偏緊的問題得到了明顯改善。

6 結(jié)束語

在整個行業(yè)不斷創(chuàng)新的大背景下，板帶材加工新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，有些新技術(shù)已完成生產(chǎn)實踐，具有較高的推廣價值。企業(yè)可以根據(jù)自身情況和現(xiàn)有資源等，選擇性的利用一些新技術(shù)或完成部分升級改造。同時建議企業(yè)做好自我創(chuàng)新，培育自己的“拳頭產(chǎn)品”或核心技術(shù)，朝著更薄、更環(huán)保、更節(jié)能、高質(zhì)量的方向發(fā)展。