薄板坯连铸连轧无头轧制技术的应用

薄板坯连铸连轧无头轧制技术的应用

叶茂

商丘阳光铝材有限公司 河南 商丘 476000

摘要：当前，国内铝板和带材主要通过半刚性铸造热轧和双轧制铸造轧辊提供。前者采用水冷棒材干燥、铣削和加热，然后送到热轧厂或磨工厂和多脚手架热轧厂，厚度不超过3-10毫米。该半刚性热轧模式(或1 + 1 ~ 4热轧板)具有设备投资高、工程建设时间长、占地面积大、工艺复杂、能耗高、材料消耗大、合金品种齐全、生产效率高等特点。双辊连铸结晶器生产工艺特点是设备投资少、工期短、占地面积小、能耗低、合金品种少、性能差。各铸造厂的生产能力约为10 kt / a，产品结构主要处于铸造繁殖状态，加工结构的比例很低，因此产品性能较差。连铸连轧工艺是hazelett公司开发的铝板供应方法。经过多年的开发和实际应用，已成为唱片和磁带生产领域的成熟方法。它已在世界各地许多国家得到应用，取得了值得在国内引进和推广的显着成果。基于此，本文研究了薄板坯连铸连轧无头轧制技术的应用，以供参考。

关键词：薄板坯；连铸连轧；无头轧制技术；应用分析

引言

目前，中国是世界上最大的原铝生产国。伴随着铝生产的快速增长，中国铝业也迅速发展起来。由于中国已经是世界上铝挤压材料生产能力最大的国家，国内铝加工工业的最新发展重点是支撑型卡拉胶生产，关注铝板和带材的长期疲软生产。当前，世界上铝板带坯生产过程主要有两种类型。一是热轧工艺(包括单热轧和连续热轧)；另一种是板坯连铸连轧工艺。铝板坯连铸连轧生产工艺的优点是投资较少，工期较短，生产规模相同。一个缺点是硬合金无法制造，另一个缺点是热加热厚板由于热变形不足而无法制造。如果目前的铝板坯连铸连轧工艺不能取得显着的技术突破，今后国内外铝板坯连铸机连轧工艺的发展将受到严重制约。

1铸轧技术

1.1熔体净化技术

熔体处理是铸造技术中最重要的环节，铝合金熔体中氢、碱金属和非金属夹杂物的含量对产品质量具有决定性影响。为了从源头提高铝合金产品的质量，人们开发了多种铝熔体清洗技术。根据铝熔体处理的不同位置，可分为炉前预处理、炉内处理和炉外在线处理。根据不同的清洗机制，可分为吸附清洗技术和非吸附清洗技术。吸附清洗技术主要依靠精炼剂(精炼气体)或其他介质吸附铝熔体中的氢和非金属夹杂物，达到清洗铝熔体的目的。该非吸附清洗技术依靠其他物理化学作用实现铝熔体清洗的目的。

1.2铸造技术

挤压铸造又称液态模锻，在压力作用下完成充型、凝固结晶和补缩过程，从而实现细化晶粒尺寸、改善组织形貌、调控铸造缺陷的目的，其工艺流程如图1所示。

图1 挤压铸造工艺流程

它结合了铸造液态充型和锻造塑性变形的特点，是一种绿色、近净成形的成形工艺。挤压铸造技术最早是由苏联发明的，其早期称为液态模锻，后来发展至美国将其称为挤压铸造。其主要分为直接挤压铸造和间接挤压铸造，随着科学技术的发展，又出现了双重挤压铸造等新工艺。直接挤压、间接挤压、双重挤压是当前生产实践中常采用的三种加压方式，其中双重挤压又存在多种形式。挤压铸造相较于其他固液成形最突出的工艺特点是高压凝固结晶，其工艺适用性强，适用于生产多合金(既适用于铸造铝合金又适用于锻造铝合金)材料体系且复杂形状、厚壁差大铸件，工艺过程简单，易于实现生产自动化。挤压铸造铸件组织质量好，晶粒细小，组织密实，孔隙度很低，力学性能优良，可以进行固溶及时效处理，表面质量好，尺寸精度高。基于上述特点，挤压铸造取代其他成形工艺生产的精密、优质铸件以及满足其他特殊使用要求的高强韧、高耐磨、高气密性零件在汽车、通讯、高铁、电力领域有着不小的占比。合金材料是最重要的要素，不仅决定工艺参数还会直接影响模具的使用寿命。当前挤压造铸造合金材料关注重点是铝合金及铝基复合材料，Al-Si系、Al-Cu系、Al-Zn系铝合金使用广泛，研究也较为系统，其中对铸造性能良好的Al-Si系合金研究最为成熟。充型能力、热裂敏感性和补缩能力是铸造使用合金工艺性能重要指标，分析发现挤压铸造对铝合金材料工艺性能适应能力很强，即挤压铸造对铝合金材料工艺性要求不高，只需要重点关注铝合金的使用性能。

1.3熔体温度处理的机理

在铸造过程中液态金属状态起着重要的作用。众所周知，液态金属存在不均匀性，这些不均匀的局部区域可能会溶解或成长为结晶的核心，这一特性可用于控制液态金属的微观结构，从而影响铸件的力学性能。对于液态金属微观状态的控制一般可分为以下三种基本方法：温度法（熔体过热、保温、变速冷却等）、机械法（使用机械振动、电磁场、搅拌等）和化学法（加入熔剂，例如变质剂、晶粒细化剂）。在常规铸造工艺中，熔体通常在高温下浇注，该温度比其熔点高约50~100℃。大多数液体的成核点在这个温度下消失。温度越高，液体的活性越低。因此，凝固组织中的树枝状晶粒通常较粗，这会损害铸件的机械性能。通常来说，铸态组织细化是通过增加液态金属中成核位置来实现的。临界核直径与熔体过冷度成反比，随着过冷度的增加，自由能的降低将更加明显。因此，由于临界形核尺寸的减小以及提供更大的结晶驱动力，过冷度的增加将有利于形核。在熔体温度处理期间，往往高温熔体会因与低温熔体混合或是采用某些冷却手段使其急速冷却，当熔体冷却至液相线时，其中存在许多原子团簇和高熔点非均匀相（其结构接近于固相），这些原子簇和异质相在凝固过程中成为核心，使凝固的微观结构因此而变得更精细。随着熔体过热温度的进一步升高，合金元素的热扩散将使合金元素的分布趋于均匀，这将明显影响后续的凝固过程。

1.4在线除气

当前，一种封闭式在线脱气装置在铝合金铸件生产中得到广泛应用。高纯度氩气通过石墨转子空心波导引入铝熔体。石墨转子旋转产生的离心力将氩气分解成大量微小气泡，分散在熔体中。然后，利用部分压差原理将熔体中的氢引入气泡，在气泡表面物理吸附原理的作用下吸附悬浮在熔体中的氧化物夹杂物。最后，气泡游来游去，将氢和夹杂物带到熔体表面，以达到在线清洗熔体的目的。

2连铸连轧法

连铸连轧的生产方法包括履带式和双钢索类型。双机结构复杂，维护工作在实际应用中规模较大。其中只有三个在全球安装。大规模商业生产中真正应用的唯一连铸连轧技术是双联连铸连轧工艺，其中液体铝在双联铸机中结晶，连联铸机冷却率高(高达50/s70/s)，便于获得较小的晶粒尺寸，晶体结构紧凑精细，树突距小，合金元素固溶度高。与铸造轧制工艺相比，连铸工艺可以满足生产结晶范围更广的合金品种的要求。在生产成本、节能降耗等方面，双辊铸造和连铸连轧比传统的块状轧制工艺具有优势。但是，双辊铸造产品的出口厚度要比连铸连轧工艺厚得多，随后的冷轧机需要增加。此外，大多数铸造毛坯都是As-Cast结构，这不利于进一步加工。连铸连轧，如浇铸和轧制，节省了铝块头、铣削曲面和铝块预热在传统铝块轧制过程中的能耗，而热轧带钢厚度的下限为1 mm，比传统铝块轧制工艺薄得多。并且可以节省一些冷轧。连铸辊的产量为94% ~ 96%，其他方法无法实现。综合考虑，连铸连轧工艺的优点在于生产成本和能耗显而易见。对我国连铸连轧有一些认识，主要在几个方面，就品种而言，认为连铸连轧生产的合金很少；产品地点和规格不能经常变更；关于表面质量，一些需要化学处理并具有较高表面要求的产品的质量会受到影响，因为棒材表面无法研磨或研磨。性能不能生产一些特殊产品，如易拉罐。

3薄板坯连铸连轧无头轧制技术的应用分析

3.1无头轧制简介

无限轧辊是钢铁行业常用的专业术语，但在有色金属行业很少使用或根本不使用。也就是说，在一个循环中，滚动片的长度可以无限延长，而不会中断。对于连续轧辊，可通过连铸设备连续输送棒，或在块末通过焊接工艺加热到一定温度，使胚料可以无限延长。

3.2有色金属的无头轧制

1)双辊连铸连轧生产线。这种无头生产线只连接一条线中少量变形的熔化、铸造和应用，是最简单的无头生产线，但在铝板生产中却是最普遍的。2)短距离小型连铸连轧线。这种小型轧制车间技术实际上是一种短距离无止境的铝带钢技术。其连铸机是一种双辊型，可生产各种变形铝合金。同时，与传统生产技术相比，小型铝箔车间技术的生产效率可提高80%，对环境的影响明显减少，能源减少50%，铝熔体到热轧带钢的生产周期可从20d缩短到20min。该技术适用于生产各种铝合金，可在短时间内从一种铝合金转化为另一种铝合金而不停止铸造工作，生产效率高。

3.3生产工艺

(1)铸造工艺参数对铝合金棒材的质量影响很大。该核心是通过适当地协调铸造温度、铸造速度和冷却强度，在确定熔体成分和工艺设备的条件下，制造表面质量优良、内部质量优良的棒材。不同铸造工艺设备的铸造工艺参数差异很大。对于铝箔坯的制备来说，由于熔体中精炼元素的Ti含量较低，而且只有通过添加微量Ti，才能获得铝箔坯，其晶体结构非常精细。因此，在铸造(铸造辊)时应选择较高的冷却强度。对于铝箔铝合金铸件和轧制坯，铸造工艺参数的控制要比块体生产复杂得多。铸坯铸造工艺参数包括铸造轧制区长度、铸造轧制温度、前箱液面高度、冷却条件、铸造轧制速度、轧制力和铸造喷嘴内部结构等。除表面质量和内部质量外，还有铝箔铸造板材的另一个重要质量指标，即模具控制。模具控制是指铸轧坯横向部分是否产生波浪和屈曲，对针眼、铝箔破碎带等缺陷有很大影响。因此，我们应注重以下几个方面来控制工艺参数:1)控制前罐40±0.5mm的液体状态；2)控制前箱熔化铝的温度(d .h .浇铸温度或浇铸轧制温度)在695 ~ 700℃时；3)为了保证喷嘴中化学成分、流场和温度场的均匀分布，采用三层分布的喷嘴结构；4)控制55-60 mm铸造轧制区的长度；5)在0.45 ~ 0.50mm处控制喷嘴与辊之间的间隙；6)确保辊的冷却强度不少于0.25 MPa；7)在恒定冷却强度条件下控制铸造轧制速度相对较低(1000 ~ 1050 mm / min)。(2)清洗衣物中铝液的清洗工艺。为了尽可能多地去除熔融铝中所含的气体和夹杂物，我们在洗衣过程中采用净化工艺，脱气技术目前采用气泡浮法。微气泡是由氮气气泡产生的。气泡上升时，熔融铝中所含的氢(原子状态下)不断扩散到气泡中，当气泡从液体状态流出时，氢就会排出。气泡会降低熔融铝的温度，从而使电热器添加到扫描盖中。最重要的夹杂物是氧化铝(AI203)，以保持熔炼铝在锅内的温度。将泡沫陶瓷滤光板插入衣物中。板的厚度为2Omm。考虑到浇铸过程中需要更换滤板，将其加工成双层滤砖。电动升降是通过传输机制实现的，以确保方便及时的更换。(3)铸造坯模具温度控制模具温度是指铸造坯离开铜结晶轮时的表面温度。当温度合理调节在495 ~ 510 °C时，温度过低时可达到铸造温度。温度过高时，收缩腔会容易出现在火盆中，因此铸造速度必须降低。

结束语

概括地说，采用铝带连铸辊的生产工艺后，铸造后铸件的馀量直接用于四个连铸辊，大大提高了生产效率，降低了能耗。通过在过去两年半中对工艺技术的不断探索和改进，铝带的产量终于从85%左右提高到98%以上，给企业带来了巨大的经济效益。

参考文献

[1]马银涛.薄板坯连铸连轧无头轧制技术的应用[J].河北冶金,2019(06):37-40.

[2]张策.本钢薄板坯连铸连轧生产线半无头轧制的应用[J].山东工业技术,2018(19):59.

[3]徐晓龙.连铸连轧与水平连铸连拉ER5356铝合金焊丝线杆冶金品质对比[J].焊接技术,2018,47(10):67-70.

[4]王宝明.铝板带连铸连轧机液压系统的维护和管理模式[A].中国有色金属加工工业协会.2018中国铝加工产业技术创新交流大会论文集[C].中国有色金属加工工业协会:中国有色金属加工工业协会,2018:9.

[5]杨伊萍,闪爱国.连铸连轧机生产铝板的工艺实践[J].河南冶金,2018(01):34.