鋁鑄軋板面噴涂碳黑污染防治方法

曾 虎

(洛陽萬基鋁鈦合金新材料有限公司，河南 新安 471800)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步加劇，鋁加工板帶箔產(chǎn)品的加工費(fèi)不斷下降，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，特別是表面質(zhì)量有特殊要求的產(chǎn)品，如PS板、鏡面板、部分容器、裝飾和包裝用箔等對(duì)黑絲、黑條、黑斑及色差缺陷更是零容忍。鑄軋料因其有比熱軋料更大的成本優(yōu)勢(shì)，逐漸被很多廠家用來替代部分熱軋料生產(chǎn)高端產(chǎn)品。在鋁鑄軋板被下游工序加工時(shí)，產(chǎn)品表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)位置無規(guī)則、長(zhǎng)短不一的黑絲缺陷，隨著軋制道次的增加，此種缺陷顏色變淺、長(zhǎng)度有延展，但不會(huì)全部消失，到鋁箔工序時(shí)就會(huì)出現(xiàn)針孔超標(biāo)、斷帶增加等問題，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響極大。因此，對(duì)鋁鑄軋板表面產(chǎn)生黑絲缺陷的原因進(jìn)行探究，并針對(duì)性的防控，對(duì)鋁帶材產(chǎn)品質(zhì)量提升有重要意義。

1 黑絲缺陷分析

對(duì)缺陷樣品進(jìn)行分析，黑絲缺陷沿軋制方向無規(guī)律分布，長(zhǎng)短不一，肉眼可見，無手感；經(jīng)酸堿腐蝕，晶粒組織正常；觀察顯微組織，缺陷處表面粗糙，有可見雜質(zhì)。對(duì)冷軋工序觀察發(fā)現(xiàn)，坯料頭部最容易出現(xiàn)，其他位置出現(xiàn)無規(guī)律；對(duì)鑄軋工序進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)鑄軋板在卷取中表面偶爾會(huì)出現(xiàn)無規(guī)律的小黑點(diǎn)，特別是在帶坯剛開始卷取的頭部位置更容易出現(xiàn)，密度較大；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤并仔細(xì)對(duì)比出現(xiàn)黑點(diǎn)位置的鑄軋板在冷軋各道次加工后存在的位置和樣貌，有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢源_定，鑄軋板表面的黑點(diǎn)即碳黑污染，是引起下游工序黑絲缺陷的原因之一。

2 鑄軋工序碳黑污染分析

在鋁鑄軋生產(chǎn)過程中需要使用噴涂裝置，用于對(duì)鑄軋輥工作區(qū)域進(jìn)行潤(rùn)滑，避免粘輥。常用的噴涂介質(zhì)有水基石墨和液化氣兩種，通過噴槍的往返運(yùn)動(dòng)將介質(zhì)均勻噴到對(duì)應(yīng)輥面。液化氣燃燒產(chǎn)生的煙灰和石墨通稱為碳黑。在噴涂時(shí)，如果噴涂量合適，部分碳黑不可避免地噴在輥面軋制區(qū)外，位于輥面軋制區(qū)內(nèi)的適量碳黑在鑄軋過程中被消耗掉，起到很好的防粘輥?zhàn)饔?，而位于輥面軋制區(qū)外的碳黑則不斷集聚形成碳黑層，是污染源之一。如果噴涂量過大，輥面軋制區(qū)上的過量碳黑經(jīng)軋制后會(huì)直接顯現(xiàn)在鑄軋板面上，是引起污染的又一原因。在使用液化氣介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生的碳黑還會(huì)在噴槍管壁上、軋機(jī)牌坊內(nèi)側(cè)壁上以及噴涂上方軋機(jī)頂棚的內(nèi)壁集聚，生產(chǎn)中因車間內(nèi)環(huán)境改變或設(shè)備異常引起的機(jī)械振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致碳黑集聚層的部分大顆粒脫落，一部分直接飄落到鑄軋板面上，還有部分落在鑄軋輥的工作面上。工作面的碳黑經(jīng)軋制后壓入板面，也是引起碳黑污染的原因，特別是在成品卸卷時(shí)，需切斷帶坯并剪切樣板，剪切時(shí)振動(dòng)較大，對(duì)上卷后的鑄軋板頭部位置的表面仔細(xì)觀察，幾乎都能找到黑點(diǎn)存在。

3 防治措施

根據(jù)以上分析可知，在鑄軋工序中噴涂量過大，工作輥面的過量碳黑被直接壓入板面和輥面軋制區(qū)外、噴槍管壁上、軋機(jī)牌坊內(nèi)側(cè)壁上以及軋機(jī)頂棚內(nèi)壁集聚的碳黑容易落入或被壓入板面，從而形成鑄軋板面碳黑污染，被碳黑污染的鑄軋板經(jīng)下游工序軋制后就會(huì)出現(xiàn)黑絲問題。針對(duì)問題并結(jié)合生成實(shí)踐，我們采用以下措施進(jìn)行防控。

3.1 鑄軋生產(chǎn)前的控制

(1)噴涂量的控制[1]。石墨或液化氣噴涂的穩(wěn)定工作離不開壓縮空氣，在石墨乳液或液化氣供應(yīng)穩(wěn)定的前提下，壓縮空氣的氣源壓力和流量對(duì)鑄軋生產(chǎn)所需的噴涂量起關(guān)鍵作用。對(duì)此，我們?cè)阼T軋各種牌號(hào)、規(guī)格產(chǎn)品立板后各項(xiàng)工藝參數(shù)調(diào)整至正常狀態(tài)時(shí)，做好原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過在壓縮空氣管路加裝減壓閥、壓力表、氣體流量計(jì)和在水基石墨或者液化氣管路加裝計(jì)量閥件，在生產(chǎn)相應(yīng)牌號(hào)和規(guī)格產(chǎn)品時(shí)可以很好的對(duì)各種介質(zhì)的供給進(jìn)行控制，從而保證鑄軋生產(chǎn)中噴涂量的穩(wěn)定，避免噴涂量過大造成的碳黑污染。

(2)軋輥軋制區(qū)外碳黑的清理[2]。在立板生產(chǎn)前先對(duì)軋輥軋制區(qū)外的碳黑集聚層進(jìn)行清理，具體方法如下：準(zhǔn)備一塊彈性橡膠板，彈性橡膠板的厚度比輥縫厚3mm～6mm，寬度比碳黑集聚帶寬10mm～30mm，長(zhǎng)度比鑄軋輥周長(zhǎng)長(zhǎng)20mm～50mm；在鋁鑄軋機(jī)處于軋制狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)雙輥按常規(guī)速度運(yùn)行，在軋輥軋制區(qū)外，即兩邊部碳黑集聚處往軋制方向插入彈性橡膠板，使橡膠板在碳黑集聚區(qū)域被軋制3次及以上，直至碳黑集聚層消失；每次軋制后對(duì)橡膠板上下面粘附的碳黑進(jìn)行清理；最后使用潔凈的抹布對(duì)軋輥上軋后區(qū)域擦拭干凈。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，此種方法能在軋前省時(shí)省力高效去除輥面上的碳黑集聚層，且彈性橡膠板可反復(fù)使用，可節(jié)約成本。

3.2 設(shè)計(jì)制作并安裝輥面吹掃裝置[2]

3.2.1 吹掃裝置的結(jié)構(gòu)

為保證吹掃效果，輥面吹掃裝置設(shè)計(jì)為由吹掃管、供氣軟管和氣體壓力調(diào)節(jié)閥組成。其中，吹掃管設(shè)置有用于遮擋氣孔的伸縮遮孔罩，伸縮遮孔罩設(shè)置在吹掃管靠近封閉端的外部，包括支座、滑道、伸縮罩和密封體；其中，支座連接在吹掃管的封閉端，滑道設(shè)置在吹掃管的外管壁上，伸縮罩與滑道滑動(dòng)連接，伸縮罩的一端與支座連接，另一端與密封體連接，吹掃管的長(zhǎng)度可伸縮至與鑄嘴寬度一致，便于在生產(chǎn)各種寬度的板坯時(shí)使用。吹掃氣管根據(jù)不同的輥身長(zhǎng)度相應(yīng)設(shè)置有N個(gè)氣孔，氣孔從進(jìn)氣端至遠(yuǎn)端依次增大，可保證吹掃壓力均勻，并且氣孔排列成一字型；吹掃管一端封閉，另外一端通過供氣軟管通入吹掃氣體，吹掃氣體為壓縮空氣，通過壓力調(diào)節(jié)閥來控制壓力，可保證吹掃氣體壓力合適；氣孔的開設(shè)能保證吹出的氣流涵蓋軋輥的工作區(qū)域，避免軋輥工作面上粘附的碳黑被吹掃時(shí)有遺漏。吹掃管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1-吹掃管；101-進(jìn)氣端；102-氣孔；103-滑道；104-支座； 105-伸縮罩；106-密封體圖1Fig.1

3.2.2 吹掃裝置的安裝

吹掃裝置需在鑄嘴組裝完成后，吊裝至軋機(jī)前安裝，在鑄嘴的上下夾具外表面設(shè)置夾緊裝置，用于固定吹掃管；吹掃管設(shè)置兩根，分別安裝在鑄嘴夾具的上下面、且靠近唇口的位置，要保證吹掃管吹出的氣流與對(duì)應(yīng)鑄軋輥的輥面相切，以此來保證生產(chǎn)中飄落在輥面軋制區(qū)的碳黑被吹掃干凈。吹掃裝置安裝示意圖如圖2所示。

1-鑄嘴夾具；2-吹掃管；3-吹掃氣流；4-鑄軋輥圖2Fig.2

在鑄嘴夾具上安裝吹掃管，并使吹掃氣流與輥面相切，避免了生產(chǎn)中因吹掃氣流方向設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致的碳黑吹不掉。吹掃管上設(shè)置的氣孔不僅能保證吹掃壓力的均勻，而且可以涵蓋軋輥的工作區(qū)域，使吹掃無死角。生產(chǎn)中連續(xù)吹掃可以始終保證軋輥工作面清潔，并且吹掃氣源壓力可控，氣源經(jīng)過過濾，進(jìn)一步提升了吹掃效率，避免環(huán)境及輥面受到污染。吹掃管可伸縮，能適配各種規(guī)格寬度的鑄軋板。通過應(yīng)用自主創(chuàng)新的吹掃裝置，可有效解決輥面上飄落的碳黑對(duì)所軋制板坯造成污染，并且吹掃裝置具有制作簡(jiǎn)單，操作方便，制作成本小，吹掃效果好的特點(diǎn)。

3.3 增加上卷前對(duì)板面的檢測(cè)工序

在每次切卷后上卷前對(duì)鑄軋板面進(jìn)行檢測(cè)，如鑄軋板面有碳黑，查找輥面對(duì)應(yīng)位置并處理，同時(shí)對(duì)有碳黑的板頭進(jìn)行連續(xù)切除直至板面干凈，然后再上成品卷，從而保證成品質(zhì)量。對(duì)板面的檢測(cè)可以配置板面在線檢測(cè)儀器，也可使用人工檢測(cè)，通過增加此工序，做到了事前把關(guān)，避免了被碳黑污染的板坯流入下游工序，引起質(zhì)量問題。

3.4 對(duì)軋輥工作區(qū)外及噴槍、軋機(jī)牌坊、頂棚的集聚碳黑清理

3.4.1 軋輥工作區(qū)外集聚碳黑的清理[3]

為清理軋輥工作區(qū)外集聚的碳黑，我們?cè)O(shè)計(jì)了專用的吸塵器頭，配合普通的工業(yè)吸塵器使用，吸塵器頭為斗形結(jié)構(gòu)，頂部為出風(fēng)口，能與吸塵器的軟管相連，吸塵器頭的吸口朝向輥面，吸口弧度與輥面弧度匹配，吸塵器頭的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有磁吸盤，可以吸附在軋機(jī)牌坊上，另一側(cè)面設(shè)置有伸縮體，能適配生產(chǎn)各種規(guī)格鑄軋產(chǎn)品時(shí)對(duì)輥面碳黑集聚層的吸除。吸塵器頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-吸塵器頭；2-強(qiáng)磁吸盤；3-排氣口；4-伸縮體；5-拉手圖3Fig.3

在吸除輥面碳黑時(shí)，把吸塵器頭的磁吸盤吸附在軋機(jī)牌坊上，把排氣口和吸塵器軟管連接，調(diào)整吸塵器頭位置，使吸塵口對(duì)準(zhǔn)鑄軋輥邊部的碳黑集聚帶，并且保持距離合適，啟動(dòng)吸塵器對(duì)碳黑層進(jìn)行收集。鑄軋輥每旋轉(zhuǎn)一周，就完成了一次吸除，鑄軋輥多次旋轉(zhuǎn)后，邊部的碳黑集聚層就吸除干凈，在上下軋輥的軋制區(qū)外設(shè)置4個(gè)此種吸塵器頭，可以在線連續(xù)對(duì)輥面碳黑集聚帶進(jìn)行清除。為了節(jié)約成本，也可視輥面碳黑集聚情況每隔3～10卷，在卸卷間隙分別對(duì)上下輥面的碳黑集聚層依次吸除。使用此種方法無需人工操作，吸除碳黑的效果好，不但降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且消除了碳黑污染源，避免碳黑集聚層脫落后被壓入鑄軋板中，進(jìn)一步消除了質(zhì)量隱患。

3.4.2 噴槍、牌坊和頂棚集聚碳黑清理

噴槍管壁上集聚的碳黑可以在每次使用吸塵器吸除輥面碳黑時(shí)，人工進(jìn)行清理。軋機(jī)牌坊內(nèi)壁和噴涂上方的頂棚內(nèi)壁在使用液化氣噴涂時(shí)，會(huì)有碳黑集聚，但均距離噴涂較遠(yuǎn)，碳黑集聚較慢，生產(chǎn)清理不僅危險(xiǎn)，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力；可在每次停機(jī)后，人工對(duì)其徹底清理，來消除碳黑脫落引起板面污染的隱患。

3.5 規(guī)范車間門窗管理

為避免車間門窗開啟引起內(nèi)部環(huán)境變化，特別是大風(fēng)天氣，造成輥面邊部、牌坊及頂棚集聚的碳黑被吹落而污染板面，需制定門窗開關(guān)制度，明確責(zé)任人和獎(jiǎng)懲標(biāo)準(zhǔn)，避免此類問題發(fā)生。

3.6 機(jī)械振動(dòng)的管理

(1)卸卷時(shí)剪切板坯的振動(dòng)能通過帶材傳輸至輥面和牌坊的碳黑集聚層，造成碳黑脫落引起污染；需定期對(duì)平動(dòng)剪的剪刃及行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，如有問題需維修，保證剪刃的鋒利性和行走的平滑性，避免振動(dòng)的加劇。提高操作工的技術(shù)水平，避免帶張力剪切，消減振動(dòng)；減少樣板的剪切數(shù)量，避免多次剪切。

(2)軋輥軸承及主傳動(dòng)減速箱潤(rùn)滑不良，在生產(chǎn)中會(huì)引起振動(dòng)，造成輥面和牌坊的碳黑集聚層脫落，需做好定期潤(rùn)滑保養(yǎng)工作。

(3)軸承損壞會(huì)引起周期性振動(dòng)，造成輥面和牌坊的碳黑集聚層脫落，需排查問題軸承并更換維修以消除振動(dòng)。

4 結(jié)束語

鋁加工生產(chǎn)中引起黑絲缺陷的原因很多，但碳黑污染問題重視不夠，本文從鑄軋生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，針對(duì)問題進(jìn)行分析，并通過對(duì)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和工序的改進(jìn)，增加輔助裝置和管理的提升等方面，對(duì)鑄軋帶坯表面碳黑污染問題給出了綜合防治措施，為廣大鋁鑄軋廠在產(chǎn)品質(zhì)量提升方面提供了新思路。