铝板铸轧工艺

铝合金铸造工艺简析

一、 铸造的分类

重力铸造、低压铸造、压力铸造，我厂主要为重力铸造，利用重力自行流入模具，通过结晶器进行梯度降温，让铝合金按顺序凝固的铸造方式铸造铸棒。

二、 铝液的熔炼

铝合金熔炼简单知识

影响铝液质量的主要因素：铝液中的含气量和氧化夹杂物。在铝合金熔体（铝液）中溶解的气体有：𝐻2、CO2、CO、N2、C𝑛H𝑚（碳氢化合物）等气体；其中以𝐻2为主。分析铝合金中的气体成分，证明𝐻2占85﹪以上，因而铝合金的“含气量”可以近似地视为“含氢量”。铝液中的氢主要来自高温铝液和溶解在其中的水发生化学反应生成氢。

铝液中气体的主要来源：

１.燃料：火焰反射炉熔炼铝合金时，煤气中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体（铝液）；

２.大气：熔炼过程中，大气中的水蒸气被熔体（铝液）吸收；

３.炉衬：烘炉不彻底时，炉衬表面吸附的水分以及砌制时泥浆中的水分在熔炼头几个班次时对熔体（铝液）中的气体含量将有明显的影响；

４.炉料：吸附在炉料（包括铝锭和辅料）表面上的湿气，在熔

化过程中起化学作用而产生的氢将被溶解，如果炉料放置过久，且表面有油污，对熔体（铝液）的吸气量尤有影响；

５.熔炼工具：如果熔炼工具干燥不好，易使熔体（铝液）的吸气量增加；

６.倒料过程中：如果熔体（铝液）落差大或液流翻滚过急时也会使气体及氧化夹杂卷入熔体（铝液）；

高温时铝和水汽的反应：

2Al+3H2O Al2O3+3H2 （溶入铝液中）

当在水汽比较多的环境下，剧烈反应，引起爆炸，造成事故。

当在干空气条件下（水分较少），水汽也能和铝液起反应，因此在铝液中总是含有一定数量的氢。

铝液中的氧化夹杂：

铝液与空气中的氧气O2、氮气N2、在高温下发生化学反应生成氧化夹杂物，其中以生成的氧化膜（Al2O3)对铝液的污染最大。这些氧化夹杂的熔点都较高，如氧化铝的熔点约为2050℃，所以铝液中的氧化夹杂主要以固态形式存在，严重影响我们熔炼的铝液质量。氧化夹杂表面疏松，能吸附空气中的水汽和氢，增加了铝液中的气体含量。

1 第一章 铸轧的基本原理 第一节 铸轧原理的简单介绍 连续铸轧工艺是液体铝连续通过旋转的结晶器（铸轧机）制成毛坯同时轧制成为板带的一种金属铸轧方法。 铝带坯连续铸轧工艺是八十年代从国外引进的一种先进的生产工艺连续铸轧即铸造和轧制的过程，通过供料嘴从铸轧辊的一侧源源不段地供应液体金属铝，经过铸轧辊的连续冷却，铸造，轧制，从铸轧辊的另一侧铸轧出铸轧板，同时进，出铸轧区的金属量始终保持平衡，使之达到连续铸轧的稳定过程，具体内容如下。 液体金属铝通过供料嘴进入到铸轧区时，立即与两个相转动的铸轧辊相遇，液体金属铝的热量不段从垂直于铸轧辊辊面的方向传递到铸轧辊中，使附着在铸轧辊表面的液体金属铝的温度急剧下降，因此，液体金属铝在铸轧辊表面被冷却、结晶，凝固。随着铸轧辊的不段转动，液体金属铝的热量继续向铸轧辊中传递，并不段被铸轧辊中的冷却水带走，晶体不段向液体中生长，凝固层随之增厚。液体金属铝与两个铸轧辊基本同时接触，同时结晶，其结晶过程和条件相同，形成凝固层的速度和厚度相同，当两侧凝固层厚度随着铸轧辊的转动逐渐增加，并在两个铸轧辊中心线以下相遇时，即完成了铸造过程，并随之受到这两个铸轧辊对其凝固组织的轧制作用，并给以一定的轧制加工率，使液体金属铝被铸造，轧制成铸轧板，这就是连续铸轧的基本原理。 第二节 铸轧的工艺流程 铝水→静置保温炉→除气箱→过滤箱→供流系统→铸轧机→喷涂系统→剪床→卷取。 1.2.1 熔炼 铝锭装入圆炉中，加以高温融化，待熔融后有一定温度时在其中加入金属溶剂并搅拌，使金属溶剂达到一定的含量既可倒炉，将铝水倒到静置炉内。 1.2.2 保温 静置炉内的液态铝并不是马上就进入下一道工序需要一点点流过去，因此在静置炉内保温。 1.2.3 除气 铝水从静置炉流出在除气箱内除气保温，继续流往下一工序。除气箱有两个腔体，一个是除气用一个是加热或保温。 1.2.4 过滤 过滤是在过滤箱内完成的，过滤箱腔中安装有过滤片，有来过滤，此工序的质量直接关系铸轧板的质量，过滤彻底则无夹渣，不彻底则会有质量问题。 2 1.2.5 铸轧 这个过程在两轧辊中完成，是浇注与轧制的连续进行，在60-70mm之间完成浇注，待凝结后对刚凝固的金属进行轧制。 1.2.6 中间机组 这一过程主要以剪切为主，也有的机组配备有铣床，对边部进行铣削。 1.2. 7 卷取 将轧机前端生产的连续的铝板带卷取成卷。 铸轧工艺流程图见 图1.1 第三节 铸轧过程中的一些参数 1.3.1铸轧区长度 铸轧区是连续铸轧工艺的关键地方，铸轧区长度不仅影响其工艺参数，而且是对铸轧板质量起决定性作用。在铸轧区中，只经过几秒钟的时间就连续完成了铸造与轧制两个过程。当铸轧区长度偏小时，铸轧速度变慢，铸轧板的加工率小，其他工艺参数的调整范围也小。增大铸轧区长度，即可提高铸轧速度，又可增大加工率，提高铸轧板的组织性能，其他工艺参数的调整范围较大，从而担高劳动生产率。 1.3.2铸轧速度 在实际生产中，铸轧速度是指铸轧板的速度，铸轧过程中某一工艺参数发生变化时，必Ar 图 1.1 铸轧生产工艺流程图 1- 除气系统 2- 过滤系统 3- 液面控制 4- 铸咀 5- 铸轧机 6- 喷涂系统 7- 剪切机 8- 板卷 1 2 3 4 5 6 7 8 3 须改变其它工艺参数，以保持连续铸轧的稳定性，其中以铸轧速度与其他工艺参数之间的关系最为密切，而且在实际操作中，铸轧速度最便调整铸轧速度更是重要，调整铸轧速度，主要是使铸轧速度与液体金属在铸轧区的凝固速度成一定比例。 1.3.3铸轧辊的冷却强度 铝水冷却是由铸轧辊辊套的蓄热来保证的，当辊套与铝水接触后，辊套将铝中热量吸收，使铝水冷却，凝固，随即辊套温度升高，热量由辊套传递到循环冷却水中然后再由循环冷却水带走。因此，在单位时间内辊套的吸热能力和冷却水带走的热量对铸轧速度有很大的影响。影响铸轧辊的冷却强度的因素有：辊套的吸热和导热能力，辊套的材质和厚度等。影响冷却水在单位时间内带走热量的因素有：冷却水的水质，在铸轧冷却水的入口处水的温度，压力和流量。 1.3.4前箱温度 前箱温度又称浇注温度，在生产中经常用热电偶测前箱中液体金属温度来控制浇注温度。温度的稳定直接影响铸轧过程中结晶速度的恒定，因此，前箱温度要尽量减少波动保证稳定的前箱液面高度，才能保证生产出纵向厚差合格的铸轧板。 1.3.5前箱液面高度 前箱液面高度为铸轧区内结晶瞬间的液态金属提供流量和所需压力，从而保证了金属结晶的连续性，并且能获得致密的组织结构，对铸轧板的质量有好处。如液面偏低，就会使静压力减小供流量不足，满足不了铸轧速度的要求易出现热带。液面偏高时，铝液的静压力增大，结晶速度跟不上轧制速度，致使多于的液体从耳子的间隙中挤出把耳子一起冲出去，使得铝液大量流出造成生产中断。 4 第二章 铸轧板质量的研究 第一节 常见问题的研究 在连续铸轧生产中，因熔体质量差和工艺参数调整不当及其它一些原因，将会产生以下几种缺陷。下面将对这些缺陷生产原因加以分析，并探讨其解决办法。 2.1.1 热带 这种缺陷是液体金属铝在铸轧区内某局部地区只完成了结晶过程而没有受到铸轧辊的轧制作用，呈凝固状态被铸轧辊带出来。 （1） 产生原因 a.由于前箱内液体金属温度偏高，在流入铸轧区时，温度分布不均匀，在局部温度过高处，液穴偏深，当液穴深度等于或超过铸轧区时，铸轧板表面在该处出现热带； b.前箱液面偏低时，静压力小，使液体金属在铸轧区内局部地区供给不足，产生热带； c.铸轧速度过快，使液体金属在铸轧区内局部地区尚未完全凝固就被铸轧辊带出来，形成热带； d.石墨喷涂或火烤辊火焰调整不当； e.供料嘴局部发生堵塞，造成该处铸轧区内液体金属供给不足； f.铸轧辊套局部有组织缺陷，使该处有渗水现象，当水汽进入铸轧区内时，蒸发变成汽体，阻碍了液体金属供给的连续性，产生热带。 （2） 消除方法 要仔细地观察产生的热带的形貌，判断其产生的原因，针对其产生的原因，调整相应的工艺参数，对前四个原因产生的热带，要调整石墨喷涂量或火烤辊火焰，降低铸轧速度，降低前箱熔体温度，提高前箱液面高度。对第四个原因产生的热带，则要提高前箱熔体温度，断板跑渣，并用薄钢条(或锯条)插入嘴腔内将堵塞物处理掉。第五个原因产生的热带，具有周期性，并始终出现铸轧辊的同一位置上，这时，只有停机换辊，重新立板生产。 2.1.2 裂纹(裂口) 铸轧板表面的裂口缺陷呈横向月牙形，现场称之为“马蹄形裂口”这种缺陷分布不规 5 则，连续出现。 （1） 产生原因 产生裂口的主要原因，就是在铸轧区内进行铸造与轧制过程中，表面与中心处的温差比较大，表面层温度低不易变形，中心处温度高容易变形，从铸造区进入到变形区时，金属受轧制作用，表面金属与铸轧辊表面粘着，无滑动，板材中心部分金属相对于表面金属发生向后的滑动，这样，由于变形流动的不均匀，致使在液穴的凝固壳外层，受到拉应力的作用，在铸造区，当液穴较浅时，凝固层较坚厚，不易产生裂纹，而当液穴较深时，凝固层不紧固，当变形不均匀而产生的拉应力足够大时，在凝固层的薄弱处开裂，进而扩展，形成裂口。 当熔体过热，或熔体停炉时间长时，熔体内形核质点减少，在晶界处容易产生裂口。当铸轧速度较快或前箱温度较高、铸轧区较大、供料嘴唇部破损，使液穴较深时，在铸轧板表面易产生裂口。 （2） 消除方法 a.使用Al-Ti-B晶粒细化剂，细化晶粒组织，改善加工性能； b.在熔炼过程中避免熔体过热； c.尽量缩短熔体停留、保温时间； e.适当降低铸轧速度，降低前箱温度； f.当供料嘴损坏时，及时更换供料嘴； j.如果没有Al-Ti-B晶粒细化剂，在开始对嘴子时，要控制好铸轧区，不易过大。 2.1.3 气道子 这种缺陷可分为轻微和严重两种情况。在铸轧板的横断面上，轻微者出现微孔压合，不是连续结晶，严重者出现孔洞。 气道子是铸轧板生产板材、箔材危害较大的缺陷。 （1） 产生原因 产生气道子的主要原因是熔体中氢含量过高，在结晶前沿，由于氢在固体铝中的溶解度很小，致使结晶前沿的熔体中含氢量更高，此时如果晶粒粗大，树枝状晶发展，形成补缩不好的空隙，或者其它夹杂物帮助氢气形核，熔体中的氢便在此处析出成为氢气泡。由于铸轧工艺是铸造和轧制相连续，受轧制作用，气体不易进入到固体中去，在生产过程中，气泡不断接受结晶时排出的过饱和的氢气而逐渐长大，长大到一定时，过饱和氢便源源不断地析出形成气道子。 （2） 消除方法 a.加强精炼，降低熔体中的氢含量，使其在0.15ml/100gAl以下。并使用Al-Ti-B晶粒细化剂细化晶粒； b.使用过滤装置，滤除铝液中的杂质，减少氢的形核质点； c.切卷时跑渣放气。 2.1.4 粗大晶粒 6 粗大晶粒的铸轧板，其表面经过侵蚀即可看见花纹状组织，它严重影响板材的表面质量和内在质量。 （1） 产生原因 a.在熔炼和静置保温时，金属熔体温度过高； b.熔体在炉内停留保温时间过长； c.铸轧辊冷却强度低，冷却水温度偏高，冷却水压力偏低。 （2） 消除方法 a.使用Al-Ti-B晶粒细化剂； b.在熔炼和静置保温过程中，防止熔体过热，并尽量缩短熔体保温时间，以保存熔中的大量的自发晶粒； c.提高冷却强度，使铸轧区中的晶粒尚未长大即完成凝固过程。 2.1.5 粘辊 （1） 产生原因 a.铸轧速度过快，前箱温度高； b.冷却强度低； c.清辊器工作状态较差； e.石墨喷涂系统故障，或所用石墨配比不当，石墨乳失效； f.火烤辊火焰调整不当，火焰形成的炭黑附着在辊面较少； j.铸轧辊辊套局部堵塞。 （2）消除方法 a.降低铸轧速度或前箱温度； b.提高冷却强度，增大冷却水的流量和压力，降低冷却水温度； c.改善清辊器的工作状态； e.保证石墨喷涂系统正常工作，按工艺要求配制石墨乳，使用良好的石墨乳液； f.调整火烤辊火焰，使附着在辊面炭黑适当； j.清洗铸轧辊内部冷却水通道，防止辊套局部结垢堵塞； 2.1.6 大裂边 （1）产生原因 a.铸轧区太大； b.石墨喷涂量太大； c.供料嘴边部有金属凝块，或耳子损坏。 e.环境温度偏低，耳子保温性能不好； f.石墨耳子不对中或耳子磨损； （2）消除方法 a.缩小铸轧区； b.调整石墨喷涂； 7 c.提高前箱温度，提高铸轧速度或断板跑渣，用薄锯条将凝块带出；更换供料嘴。 e.改善耳子保温性能； f.立板时确保耳子对中，生产时发现耳子磨损及时调整，必要时拔板重立； 2.1.7 错层 实际生产中，铸轧板常会出现错层现象，带有错层的铸轧板，因其两侧所受轧制力不同，铸轧板的机械性能会有所差异，从而导致最终产品性能变化，甚至产生废品。同时，带有错层的铸轧卷，因两侧加工变形量不同，铸轧卷两侧松紧程度不同，下工序轧制时会产生边部“起浪”现象，严重时，造成报废。 Q/HN101-2002规定：铸轧板允许有局部错层，但错层不得超过15mm，头尾四圈错层不得超过30mm。 （1） 产生原因 a.铸轧板两侧铸轧区不同； b.卷取机与铸轧机不平行； （2） 消除方法 调整铸轧区：如铸轧板向操作侧偏，说明驱动侧铸轧区偏大，进驱动侧铸轧区或退操作侧铸轧区，反之亦然。 第二节 铸轧板型对质量的影响及研究 在板带箔生产中，铸轧板型的好坏是影响产品质量的关键因素之一。影响铸轧板板型的因素很多，其中铸轧辊热装质量，铸轧辊磨削精度和铸轧生产中主要工艺参数的建立是影响铸轧板板型最关键因素。在实际生产中要想获得良好的铸轧板板型，只有从这几方面着手考虑。 目前，国内采用铸轧板作为生产铝箔，板带坯料的厂家有几十家。二十多年来的生产实践证明，采用连续铸轧工艺生产的铸轧板做铝箔坯料不仅在产能上可以满足生产要求，而且质量上也能保证铝箔居国内先进水平。但是随着铝加工业市场竞争的日益激烈，用户对最终产品质量的要求越来越高，铸轧板型对最终产品质量的影响越来越突出。为了提高产品质量，就需要对铸轧板型对质量的影响及控制方法进行深入的研究。 2.2.1板型术语，定义及其分类 纵向厚差：铸轧带材沿同一纵向长度测得的任意两点厚度的最大差值。 中凸度：带材任一横断面上，中心点厚度与两个边部厚度平均值的差值相对于中心厚度的百分比。按公式（1）计算： 中凸度={[H0-（H1+H2）/2]/H0}X100% 公式（1） 式中：Ｈ０－中心测量点的厚度，单位为毫米（ｍｍ） 边部测量点的厚度，即带材宽度方向上距两个侧边５０ｍｍ处的厚度，单位为毫米． 中凸度偏差：在一个轧辊周长最大与最小中凸度的差值．

铝板铸轧工艺

铝板铸轧是一种生产铝板的常用工艺，简称铸轧，是将铝锭经过熔化，然后倒入轧机的连铸辊道中，再经过多次轧制，最终成为需要的铝板。下面我们将从铝板铸轧工艺原理、生产工艺流程及技术控制等方面介绍。

铝板铸轧工艺就是先将铝锭加热至熔化状态，然后将熔化铝倒入轧机的轧辊间隙中，利用轧辊的压力将熔化铝轧制成所需厚度和宽度的板材，最后冷却，然后进行加工或直接使用。

铝板铸轧工艺的主要设备有：铝锭熔炼炉、倾轧机、轧机、冷却设备、剪切设备、输送装置等。

铝板铸轧的生产工艺流程一般包括以下几个环节：

1、铝锭熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，加热熔化。

2、连铸浇注：熔化的铝液经过熔液处理后倒入倾轧机中，形成铝息，然后由轧机轧制出所需的铝板材料。

3、轧制过程：将铝坯通过轧机轧制成所需要的铝板尺寸，如厚度、宽度、长度等。

4、冷却处理：经过轧制的铝板材料经冷却处理，降低温度，使其达到可以下机的温度。

5、表面处理：将铝板材表面进行去污、清洗等处理，使其表面平整、光滑、无油污等。

6、剪切分板：将处理好的铝板根据所需长度进行剪切分板。

三、铝板铸轧技术控制

铝板铸轧技术控制是在生产过程中保证铝板质量和生产效率的关键环节。主要包括以下几个方面：

1、加热温度控制：加热温度是影响铝板质量的重要因素，加热温度控制应能确保铝锭熔化均匀，铝液温度均匀。

2、流速控制：铝液流速的不同会影响铝板表面光洁度和内部均匀性，所以需要合理控制铝液流速。

3、轧制压力控制：轧制压力是影响铝板厚度和表面质量的关键因素，轧制压力的控制应能确保轧制后铝板厚度和表面光滑。 4、冷却水温度和速度控制：冷却是保证铝板质量的关键环节，冷却水温度和速度的不同会影响铝板的冷却效果，所以需要合理控制冷却水温度和速度。

5、表面质量控制：铝板的表面质量是影响其用途的重要因素，应注意表面处理，减少表面缺陷，确保铝板表面质量。

铝带连续铸轧工艺的现状及研究进展

高性能铝板带材广泛用于航天、交通运输、信息、包装、印刷、建筑等领域,市场需求巨大.铝板带材坯料主要生产方式为热轧和连续铸轧<1> .热轧产品深加工性能好,可轧制各系铝合金,其最先进的方式是热连轧,但投资巨大,我国尚无铝

热连轧生产线,已有的最好的生产方式为双机架热轧,在产品精度、性能上均有一定局限.相比热 轧,连续铸轧投资大幅减少,流程短、能耗低.二十世纪八十年代以来在我国迅速发展,成为我国 主要的铝板带材坯料生产方式.但是常规铸轧板组织不均匀、深加工性能差,可铸轧的合金品种少 ,主要用于铝箔毛料和对深加工性能要求不高的部分薄板.我国高性能铝板带材仍需大量进口.1 连续铸轧工艺所面临的关键问题铝带坯连续铸轧是一种低投入、低成本、节能型的短流程生产工艺,其铸轧区的熔体受到激烈的冷却,冷却速度可达10 2～1 0 3℃s,比常规水冷半连续铸锭约高2个数量级<1> .它的组织具有快速凝固与定向结晶的特点,晶体生长的方向性很强.目前用这种方法生产的铝板带 各向异性严重,深加工性能远比热轧板差,这就限制了铸轧板的使用范围.连续铸轧是一个很复杂 的过程,金属一方面连续散热与凝固,另一方面还受到轧制,而不是铸造过程与热轧过程的简单混 合,它们互相影响着.在连续铸轧过程中金属凝固涉及到的学科有材料学、热力学、动力学、振动理论、流体理论、晶体生长理论等问题.它们涉及到两个重大科学问题:(1)铝在连续轧制过程中的凝固规律;(2 )金属凝固过程中的晶体生长与控制.金属凝固过程主要由两部分组成,一是形核过程,它对金属材 料晶粒的大小起着至关重要的作用.受金属熔体结构复杂性以及人们对其认识程度的限制,形核理 论与控制形核过程的手段还没有达到人们所想象的程度,故金属凝固中的形核问题仍然是金属凝固 行为研究的前沿课题之一.金属凝固过程中另一个重要问题是形核后的晶体生长,它关系到凝固后 金属组织组成物的形态.由于组成金属材料的晶体形态直接与金属材料的性能有关,如何控制晶体生长,已经成为控制金属材料性能的一个重要手段<2> .因此研究在铸轧过程中铝溶液的晶体凝固规律,对提高铝带材的组织性能与机械性能都具有非常重 要的意义.铝带坯连铸技术作为冶金及材料研究领域内的一项前沿技术,目前在工业化应用方面面 临的一个主要间题是薄带的质量较差和质量不稳定.其中,薄带的凝固组织对薄带的质量有非常重 要的影响,但目前国内外还不能定量阐明工艺因素变化对薄带凝固组织的影响.由于双辊薄带连铸 过程中工艺参数间的匹配较复杂,如果采用实验的方法来研究工艺因素变化对薄带凝固组织的影响 ,则难度高、工作量大.而采用数值模拟的办法,则可以大幅度减少工作量.此外,双辊薄带的凝 固组织结构(晶区的几何特征)以及不同晶区内晶粒的几何特征还在很大程度上决定着薄带的工艺 性能和使用性能.因此,对双辊薄带凝固组织的数值模拟和薄带凝固组织中各晶区的分布特征、晶区内晶粒几何特征的尺寸表征展开研究具有重要的理论意义和实用意义.2 国内外研究现状195 1年,美国亨特—道格拉斯(Hunter-Douglas)公司首次铸轧成了铝带坯,制成了双 辊式连续铸轧机.随后,法国彼西涅(Pechiney)公司研制的3C水平式双辊铸轧机也获 得成功,从那以后,铝带坯双辊连续铸轧技术和设备得到了迅速的发展.根据Frishchknecht和Maiwald统计目前世界上约有20 %的铝带材的坯料由双辊连续铸轧法生产,大约有1 70多台双辊铸轧机正在工业上应用,其中约有60 %是在北美和欧洲<3> .在2 0世纪70年代以前,铸轧机多为标准型,铸轧辊直径为Φ60 0～70 0mm ,铸轧带坯厚度7mm左右,铸轧速度小于1 .5m min .80年代以后出现了超型铸轧机,铸轧辊直径可达1