铝箔轧制过程中板形控制方法的探讨

铝箔轧制过程中板形控制方法的探讨陈久霞,费三成,张启芳(丹东伟豪铝业有限公司,辽宁丹东118000)摘要:阐述铝箔轧制中板形缺陷产生的原因和板形控制原理及其方法。

关键词:铝箔;轧制;板形;分段冷却;弯辊中图分类号:TG 33515+8 文献标识码:B 文章编号:1005-4898(2007)06-0031-04收稿日期:2007-08-27作者简介:陈久霞(1967-),女,辽宁朝阳人,大学文化,工程师,从事铝箔加工质量管理。

随着铝箔产品尤其是电解电容器用铝箔向更薄、精度更高的趋势发展,客户对电解电容器用铝箔的板形/平直度的要求更加严格。

板形缺陷轻则会造成客户投诉、退货,重则失掉客户,失掉市场。

可见,在铝箔轧制过程中,板形控制是十分重要的。

1 箔材板形缺陷的产生箔材平直度的好坏取决于轧件宽度方向上各点纵向延伸是否相等,当发生不均匀变形时,变形体内的应力分布也呈不均匀分布,导致附加应力产生,变形结束后留在变形体内形成残余应力。

当变形体内残余应力间的相互作用不能抵消,且超过箔材维持箔面刚性平衡的应力水平时,轧制中的铝箔将发生形状失稳,箔面的平直度遭到破坏,出现诸如中间波浪、两边波浪、单边波浪、或二肋波浪、局部波浪等形状缺陷。

2 影响板形的因素影响铝箔板形的主要因素有:(1)坯料;(2)轧辊凸度及轧辊表面粗糙度;(3)工艺润滑及冷却;(4)液压弯辊;(5)压下量、轧制速度及张力。

下面分别加以分析与探讨。

(1)坯料铝箔的板形坯料板形与横向厚差有十分密切的关系,在轧制区内很短的时间内固体铝的流动性有限,铝坯料的不良板形往往会遗传给成品;而坯料的横向厚差不均也会严重影响箔轧产品板形,尤其是热轧坯料,因热轧过程中控制宽展,造成热轧板、带材横向边部厚于中部,产生凹形断面、楔形断面(见图1),如果热轧辊冷却不好时也有凸形断面的情况。

凹形断面的坯料,极易造成箔材两边波浪;楔形断面的坯料极易造成箔材单边波浪;凹形和楔形断面的坯料对箔材板形害处最大。

凸形断面坯料易造成箔材中间波浪;但合理的凸形断面将有利于箔材的轧制,箔轧时易控制出良好的板形。

矩形断面是理想断面,生产过程中很难获得。

来料板形平整,铝箔作均匀变形,不产生附加应力,横向厚度差只按加工率大小成比例地减少,因此只有横向厚度差小才有可能轧出板形平整、且横向厚差小的箔材,由于箔材很薄,其板形对不均匀变形极为敏感,保持轧制前后断面形状的相似性是箔轧中板形控制必须遵循的基本原则。

为了提高箔材的板形,采购坯料时应对铝板、带的板形和板凸度进行严格控制。

图1 坯料的断面#31#5铝加工6 2007年第6期总第178期 技术工程(2)轧辊凸度及轧辊表面粗糙度铝箔轧制过程中,轧辊必须有合适的原始辊型,并在轧制过程中进行正确的控制和调整,才能使轧制过程顺利进行,遵循变形的相似原理,即铝箔轧机两个工作辊之间形成的辊缝必须与坯料的板形相匹配,但是由于诸多变形条件的影响,如:轧辊受力后所产生的挠度、工作辊辊身温差所造成的热膨胀、工作辊的弹性压扁、合金种类、道次压下量等等,工作辊的原始辊型应根据轧制力引起辊身中部与边部的挠度差、轧辊的弹性压扁量、轧辊热膨胀造成的热凸度代数和来确定,但这些计算比较繁琐,技术人员根据实际经验,磨出初步辊型后,经生产试用,配合弯辊作用的范围,反复比较实际效果,作出适当的修正,确定轧辊凸度最佳值。

目前轧辊基本弧度曲线的有两种:抛物线型曲线和正弦曲线,抛物线型曲线与轧辊挠度曲线相近,对板形控制较为有利;正弦曲线有利于消除改善二肋浪;企业应根据自身设备情况、工艺习惯确定,同时因加工材料不同、道次加工率不同,轧制力不同,产生的变形热不同,造成轧辊的热膨胀不同,工作辊采用一种固定的原始辊型是无法满足这一要求的,必须根据不同的合金、不同的原始板形、不同的宽度、不同的加工率磨制不同凸度的辊型,根据实践经验,箔轧工作辊凸度为0103~ 0108mm。

轧辊表面粗糙度的均匀性对板形控制相当重要,粗糙度不均匀,辊与铝箔间的摩擦不均匀,造成铝箔变形不均,易造成局部波浪,严重时易产生压折,使轧制过程不能继续,同一根轧辊辊面粗糙度必须均匀一致。

粗糙度越精细、轧辊表面越光亮,其不均匀性对铝箔板形越敏感,大的粗糙度对板形控制有利。

目前常采用粗糙度测定仪或铝箔表面反光的方法对轧辊粗糙度进行定量、定性检查。

根据铝箔成品厚度、品种不同,一般轧辊粗糙度为0108~014L m。

(3)工艺润滑及冷却轧制过程中,铝箔变形产生大量的变形热,轧辊与铝箔摩擦产生摩擦热,轧辊吸收这些热量而辊温上升产生热膨胀,要获得良好的板形,必须对辊型的变化给予及时有效的纠正,轧制油的分段冷却控制是在线调整轧辊热凸度,以达到控制板形的有效手段之一,据报导[1]板形控制70%靠轧制油冷却,尤其在铝箔进入负辊缝轧制时,板形控制100%靠轧制油冷却轧辊不同部位来完成。

轧制油一方面起到润滑作用,减小轧辊摩擦力,使板形稳定;另一方面起冷却作用,带走工作辊中热量,降低产生波浪处过高的辊温,使轧辊的弧度和形状符合板形控制的要求。

图2工作辊分段冷却喷油嘴横向分布图3喷油、轧辊和支承辊的分布现代铝箔轧机采用分段冷却控制轧辊辊身各段的热凸度,轧制油带走热量多少与喷射流量、压力有关,通过控制各喷油嘴流量,控制轧辊各段的热凸度,进而控制相应段上的箔材延伸率,最终达到控制箔材板形。

一般四辊箔轧机工作辊和支持辊共设有6排喷油嘴,上、下支承辊各有一排喷油嘴;上、下工作辊各有2排喷油嘴,每排设有一定数量(如:31个)的喷油嘴,每个油嘴分多种压力和流量控制,每个油嘴控制约50㎜的辊面,生产过程中,操作手根据经验选择基本冷却模式,根据板形辊测量的结果和实际操作经验,通过控制各喷油嘴的压力和流量,来控制铝箔板形。

根据热传导的规律,油温与辊温温差越大,热传导速度越快,因此降低轧制油温度会提高分段冷却的反应速度;而轧制油温度高些会增加轧辊的热容,对轧辊辊型的稳定有利,一般箔轧轧制油控制在30~60e范围内。

#32#陈久霞,等:铝箔轧制过程中板形控制方法的探讨技术工程据报导[1],国外已有喷射热油的办法,来提高边紧部位轧辊的热膨胀率。

目的也是保持轧辊弧度及形状符合板形的要求,总之轧制油的分段冷却控制是提高铝箔板形质量的重要手段。

(4)液压弯辊液压弯辊是控制铝箔板形的又一重要手段,工作辊弯辊装置设在工作辊两端的轴承座内,在弯辊力作用下,通过改变轧辊的挠度来改变工作辊凸度。

正弯时,减小了工作辊挠度,相当于增加了工作辊原始凸度;负弯时,增加了工作辊挠度,相当于减小了工作辊原始凸度。

液压弯辊反应迅速,弯辊力可在一定范围内调整,在线轧制时,只要正确选择正、负弯即可快速有效在补偿轧辊辊型的变化。

生产实践表明,在第一道次轧制时,轧辊温度低,热凸度小;道次变形量大,轧辊弹性变形大,因此采用较大正弯辊力,随着道次的增加,轧辊热凸度增大,为抵消热凸度对板形的影响,应逐渐减小正弯辊力,直至采用负弯辊。

铝箔轧制过程中常采用负弯控制,当边部松,中间紧时,应减少负弯来调整;当两边紧,中间松时,应增加负弯来调整,装有板形仪的轧机还可实现弯辊自动控制。

图4 液压弯辊示意图液压弯辊能迅速消除铝箔对称性近边波浪,对中间(宽度方向)板形纠正能力有限;对有辊缝轧制时,与工作辊、支承辊的凸度结合使用,能迅速调整板形,但当箔材进入负辊缝轧制时,液压弯辊就不起作用了。

(5)压下量、轧制速度及张力道次压下量对板形的影响较大,一方面,道次压下量不同,则轧制力不同,引起轧辊挠度变化不同,另一方面,道次压下量过大,轧制过程中产生的变形热多,使轧辊的热凸度增大;道次压下量太小,变形热少,轧辊热凸度小。

道次压下量过大或过小板形都难以控制。

在生产实践中应根据铝箔的化学成分、状态合理分配道次压下量,一般来说,铝箔道次压下率的控制在40%~60%范围内。

过高或过低都不便于板形的控制。

在铝箔轧制过程中,轧制速度的增加,会使轧制变形区的温度变化加快,从而轧辊辊型发生变化,轧制出的铝箔板形也会随着辊型的变化发生改变,轧制速度越高辊形变化越快,板形控制反应速度跟不上,板形就越难控制。

一般手动控制板形,速度不会超过800㎜/m i n ;超过800㎜/m in 的速度,为了获得良好的板形必须采用板形自动控制系统。

生产过程中,有经验的操作手在轧制速度低时,先让铝箔产生轻微的边部波浪,然后提高轧制速度,通过提高轧制速度来提高轧辊热凸度,以此来实现高速轧制条件下的板形控制。

调整轧制过程中的张力,可以改变铝箔在变形区内受力情况,铝箔越薄张力对板形的影响越大。

箔材在张力的作用下,尤其是张力较大的情况下,在线板形也许是良好的,而离线后在剪切过程中发现,箔材存在严重的板形缺陷,因此在铝箔生产过程中,在保证产品质量的情况下,应尽量采用小张力轧制,确保轧制过程中最大程度地反映产品的真实板形,以便可以及时采取相应的调整措施,提高板形控制水平。

3 结束语板形技术是铝箔轧制过程中的核心技术,是提高箔材成品率实现高速轧制的基本条件,在铝箔轧制过程中,受坯料材质、板形、横向厚差及轧辊表面粗糙度、轧辊热凸度、轧辊弹性压扁、轧辊弯曲等因素的影响,随着轧制速度、张力、道次压下量的变化,板形不断变化,在生产过程中板形控制方法主要有:¹控制坯料板形和横向厚差;º控制轧辊表面粗糙度的均匀性和轧辊原始凸度;»采用分段冷却来控制轧辊热凸度;¼采用液压弯辊等方法控制轧辊挠度;½控制压下量、轧制速度及张力。

在铝箔高速轧制过程中,变形区条件瞬息万变,采用目测观察板形质量,手动方式调节弯辊、分段冷却等手段控制板形,很难跟踪在线板形的快速变化,为摆脱手动控制响应迟缓的缺点,满足日益提高的客户的质量要求,现代铝箔轧机安装了板形自动控制(AFC)系统对铝箔板形进行自动控制。

#33#但板形仪只是靠板形辊测量板形情况,最终靠调整弯辊、分段冷却和轧制力来消除铝箔的不均匀变形。

在负辊缝轧制时,板形的好坏取决于轧辊分段冷却装置的控制能力。

根据板形辊测量的结果,自动控制轧辊各段轧制油的流量的来调整轧辊的热凸度,使实际板形与目标板形相吻合。

为获得更好的板形质量,有关报导[2]采用轧辊横移、轧辊交叉等方法抵消轧制过程轧辊的有害变形,来实现铝箔轧制过程中均匀变形,尽可能获得平直的箔材。

参考文献[1]项志量.铝箔轧制中的板形控制[J].轻合金加工技术,2007,35(4).[2]肖亚庆.铝加工技术实用手册[M].北京:冶金工业出版社,2005.D iscuss on A l u m i nu m Fo il Flatness ControlM ethod in Rolli ngC HEN Jiu-xia,FEI San-cheng,ZHANG Q i-fang(Dandong W eihao A l u m inum Co.,Ltd.,Dandong118000,China)Abstract:T he defec t cause o f flat ness dur i ng a l um i nu m fo il ro lli ng and contro lling pr i nci p le and m et hods were i ntroduced i n this paper.K ey W ords:al um inu m f o i;l ro lli ng;flatness;subsec tion coo ling;bend i ng ro ll e r通润铝材公司一期工程进展顺利(本刊讯)青铜峡铝业股份有限公司与德正资源控股有限公司共同出资组建的通润铝材有限责任公司于2007年8月12日奠基建设,设计铝板带箔生产能力150kt/a,其中板材30k t/a、带卷100kt/a、厚箔20kt/a。