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高质量双零铝箔工艺技术及其发展趋势

2018年06月26日 15:40:00   点击次数:777 次   作者:本站

1. 熔铸工艺技术

高质量铝箔的生产开始于轧制坯料的铸造。坯料是铝箔生产的基础,是高质量、低成本的先决条件。例如,国内某铝加工厂使用进口铝箔毛料生产的双张铝箔针孔数普遍在50/m2以下,最好时能达到10/m2,而用国内坯料生产的双张铝箔针孔数则高得多,基本在100200/m2。因此,铝箔坯料的质量必须予以充分注意。

通常情况下,铝箔坯料的生产工艺过程有两种:一种经热轧—冷轧生产成铝箔坯料;另一种是经铸轧—冷轧生产成铝箔坯料。铝箔坯料的冶金质量、板型和表面质量对铝箔的生产有着重要影响,坯料的质量低,铝箔轧制不能稳定进行,降低生产效率、成品质量和成品率,故铸造坯料质量应考虑满足下列要求:

1.1合金化因素

铝箔坯料的化学成分和内在纤维组织直接决定着双零箔的轧制性能和力学性能。铝箔坯料应保证在轧制和使用过程中具有足够的强度和韧性,以便在外力作用下承受减薄变形,防止断带或破碎,并达到光亮均匀的表面质量。

双张铝箔坯料通常采用1×××系合金牌号。其主要影响因素有Fe/Si比、固溶Si含量及化合物相的尺寸等。近来,FeSi含量有增大的趋势,如美国用于生产铝箔的工业纯铝牌号为1100114512351350,日本用于加工铝箔的工业纯铝牌号为1N301100。双张铝箔常用的1235合金牌号,一般Fe/Si比值控制在2.54.0之间,但增加FeSi含量,有利于细化晶粒,提高表面质量,改善轧制性能;铝箔坯料中的化合物以α(FeSiAl)、β(FeSiAl)、FeAl3相为主。其中α(FeSiAl)是比较理想的铸态化合物。由于双张铝箔厚度只有57μm,化合物尺寸应控制在15μm之间,大于5μm将使得针孔数增加,小于1μm将使得加工硬化率提高;固溶Si含量强烈地增大加工硬化率;{110}织构比例越高,越容易轧制较薄的铝箔。分析某国进口坯料,AA1235H14  0.3mm{110}织构比例达到4050%,固溶Si含量为0.02%

1.2冶金质量

随着铝箔厚度的减薄,轧制过程愈加困难,铝箔开裂、断带、针孔数量增加。生产高质量的0.005~0.006mm铝箔,对坯料的含氢量、非金属夹杂物含量以及晶粒度指标提出了更加严格的要求。为确保达到金属高纯净度,通常在铸造工序要采取在线炉外精炼除气和过滤方法。

残存于晶体中的氢严重地影响铝箔加工性能,是铝箔产生针孔的主要原因之一,必须严格控制其含量。自从早期的Alcoa-622在线精炼除气系统投入工业规模生产以来,铸造工序能采用的除气方法已经有了长足的发展。我们比较熟悉的、应用较为广泛的方法,如SNIF系统、MINT系统和RDU系统等,常用的精炼气体有氩气、氮气和氯气,这些在线除气系统在铝熔体的除气、碱金属的控制以及在铸造之前去除铝熔体内未被浸润的非金属粒状物方面都非常有效。氢气控制水平达到0.08~0.12ml/100gAl

铝熔体夹杂物尺寸应小于5μm,含量不超过0.003%[4]。为了除去夹杂物,除了精炼除气过程中,气泡携带一部分外,最有效的办法是采用过滤器过滤熔体。如采用孔隙度范围在2050ppi范围内不同型号泡沫陶瓷过滤板以及粒度范围为620号刚性介质粘结颗粒过滤装置。对国内某铝加工厂铝熔体检测表明,夹杂物的含量在泡沫陶瓷过滤板过滤后达0.00090.0036%,过滤效率约为50%。国外开发的将铝除气与过滤系统相结合的在线精炼系统,如DMC除气多头铸造与Aludef铝除气与过滤系统,可获得理想的除气与杂质净化效果。

铸造过程中,要控制最佳晶粒尺寸,这对铝箔轧制和精轧时的加工性能以及表面外观都将产生决定性的影响。要求达到一级等轴晶粒度。据调查,7.0mm铸轧板的晶粒尺寸一般≤70μm,进口某国的铝箔坯料的平均晶粒尺寸为63.3μm。为了控制晶粒度,除配料时控制Fe/Si比值,严格执行熔炼工艺外,电磁铸造法(EMC)可生产表面既光滑、无偏析、晶粒细小的铸造扁锭,大大提高铸锭质量。另外,添加AlTiB丝进行熔体变质处理也是目前铸轧普遍应用的晶粒细化方法。

2.冷轧工艺技术

2.1表面质量

轧制坯料表面应无裂纹、擦划伤、金属及非金属压入物、油斑及其他污物。为使表面达到干净,消除偏析层,并确保轧制表面的平整,用于加工铝箔的铸锭必须铣面;铸轧坯料进行适当的热处理,对改善组织结构,提高表面质量非常有利;精确地控制热轧温度对铝箔坯料的纤维组织及力学性能有重要影响;保持轧辊、辊道清洁,及时清除粘附碎屑;选择优质乳液、轧制油作为冷却润滑剂,并保持最佳理化指标,是防止粘铝和划伤表面的重要措施;而全自动化的运送和堆放装置能有效地防止表面损伤现象的发生。

2.2厚度公差

轧机装备AGC厚度在线测量和调整系统,可获得精确的尺寸公差。铝箔坯料的化学成份必须严格控制在规定的范围内,因其变化对X射线测厚仪的精度会产生很大影响。阿尔康公司铸轧板的纵向厚度公差:7.0±1.5%mm,理想凸度0.030.04mm0.50.6%);热轧带坯的中凸度小于0.5%,纵向厚度公差小于±0.8%;日本对冷轧铝箔坯料的纵向厚度公差要求是0.3mm±5μm,横向厚度公差为±1.7μm0.56%);南韩进口0.3mm厚铝箔坯料厚度公差实测值小于2.7%;西马克公司提供的冷轧机技术条件保证厚度公差:0.3mm±23%

2.3板型质量

精湛的板型检测和调节技术,能确保生产出平整的铝箔坯料。AFC 系统、HC系统(高凸度)、VC系统(可变凸度)、CVC系统(连续可变凸度)、HSC系统(轧辊水平位移)、UPC系统(万能板型控制)、TP系统(锥形柱塞)、DSR系统(动态凸度)的使用,使铝箔坯料的板型控制水平越来越高。热轧坯料的平直度偏差不超过30 I;西马克冷轧机在线板面平直度可达到1015 I。铸轧坯料和热精轧机轧出的带坯应具有轻微的中凸度,而不宜具有中凹度,因为带坯的中心部位能容纳多于边部的应力仍保持其平直度。对于纯铝系的材料,为防止边部上翅并保证下一步冷轧和铝箔轧制时具有良好的压延性,往往要求热轧后具有0.81.2%窄小范围的板凸度率。对宽幅铝箔坯料,为了使铝箔的压延性及分卷时卷材形状的最佳化,要求坯料凸面率在0.5%以下。

3.箔轧工艺技术

铝箔的轧制一般从0.30.6mm厚的冷轧坯料开始,经过粗、中、精轧到520μm的箔材,需要56道次,每个道次的加工率为5060%,最后一个道次需进行双合轧制。

铝箔轧制的特征是无辊缝轧制和精轧机上的双合轧制。铝箔轧制中,当厚度轧制到0.05mm以下时,处于无辊缝轧制状态,由此造成的轧制力及轧辊弹性压扁很大。这时,欲控制铝箔的厚度,主要靠调节轧制速度、张力、轧辊表面粗糙度和轧制油理化指标来进行。而调整压下装置已不能有效地改变铝箔厚度。这与冷轧变形有非常明显的区别和难点。

3.1板型控制

铝箔轧制最重要的是板型控制。因铝箔很薄,如果板型不良,轧制时张力不能均匀地加到宽度方向,引起断带、铝箔打折或起皱,严重时卷取后仍保留下来,造成铝箔轧制不能稳定进行,并导致板型指标不能满足客户的使用要求。

板型控制手段一般采用①冷却液控制;②轧制压力控制;③工作辊弯辊控制。以前是操作人员通过目视判断轧制中的板型,根据经验进行调整。现在开发了各种控制板型的装置和技术,特别是板型自动控制技术(AFC),用高灵敏度的传感器检测,为缩小实际板型和目标板型的偏差,综合各种控制方法,形成闭环的板型自动控制系统。

随着铝箔厚度减薄,特别是在中精轧制,在无辊缝轧制状态下,弯辊的作用对板型的控制已没有实际意义;轧辊表面粗糙度影响到铝箔的轧制速度和铝箔厚度,因此,除辊型凸度和锥度外,工作辊表面粗糙度的均匀性也是影响板型的主要因素;考虑轧辊热凸度的变化,在轧制过程中,轧制力的数值随之发生变化;铝箔很薄,在线板型与离线板型对应误差较大,维持较小的出口张力,采用较小的道次压下率,以利于铝箔板型的观察和控制;辊系及机械框架的平行度及同心度是造成离线板型和在线板型差异的一个因素,应及时对轧机部件的垂直度和水平度进行矫正;张力辊的适宜凸度、压平辊的稳定性以及套筒的圆柱形精度都会对铝箔的板型控制产生影响。

3.2表面质量

表面质量是高质量铝箔的重要质量指标之一。由于双张铝箔的轧制特征是在精轧机上进行双合轧制,因而形成了“光面”和“暗面”两种表面质量。双合轧制时,有在精轧机的入口侧由两台开卷机将两张合起来进行轧制的方法和用一台重卷机重合后再在精轧机进行轧制的方法。精轧完成后,用分卷机将双张分切成单张。分离后的铝箔,精轧时接触轧辊的面变成有光泽性的亮面,两张铝箔相结合的面,由于自由变形,表面粗糙度大,成为暗面。

双合轧制的暗面很容易出现“亮点”缺陷以及颜色不均现象(习惯称阴阳面)。亮点缺陷通常是由于轧制油和双合油的理化指标不合理、工作辊表面粗糙度不均匀而引起铝箔双合轧制时局部的不均匀变形,使局部暗面颜色和亮度与基体不一致造成的;阴阳面缺陷表现为双合的暗面光泽不均的带状条纹,退火处理后有减轻的趋势,其产生原因是由于双合油局部不足造成的。上述两种缺陷是铝箔轧制特有的;另外,由于坯料显微组织结构以及晶粒度的不均匀,常常暗面造成细小的不均匀条状缺陷,影响铝箔档次的提高;铝箔光面常出现通长的白带缺陷,这与轧辊磨削粗糙度的均匀性、轧制油的局部冷却润滑能力以及清辊器的材料和接触压力的大小有直接关系,改善清辊器的结构,提高轧辊(支撑辊和工作辊)的表面质量是生产高质量铝箔表面的重要措施。

3.3针孔缺陷

针孔俗称砂眼,是高质量双张铝箔重要的质量指标之一,产生的原因很多,也是比较难控制的缺陷。铝箔坯料的冶金缺陷及轧制工序均能产生。如熔体的净化程度,包括含氢量、夹渣量和化合物的尺寸及含量,热轧的粘铝,铸轧时的气道、生产环境和轧制油的污染,轧辊导路的表面擦划伤都是生产针孔的因素。铝箔越薄,针孔数量越多。铝箔轧制工序的工艺参数对控制针孔的产生有重要作用,轧辊表面粗糙度越大,轧制速度和张力越大,板型不良,压下率过大,针孔数量有增大的趋势。因此,分清产生针孔的原因,采取相应的措施,是控制针孔缺陷的关键。

4.双零箔轧制新技术的应用及其发展

4.1板型自动控制系统

板型AFC自动控制新技术正向铝箔中精轧机普及,在现代高速轧机上已成为必不可少的装备。ABB公司的stressmeter应力计系统[9],以高灵敏度板型辊为特征(Φ200303mm),在3000m/min的情况下能够检测2×0.005mm厚度铝箔的平直度。意大利Comital公司的四重铝箔轧机装备ABB应力计平直度控制系统轧制后,在轧制速度最大为1500m/min状态下,记录的平直度偏差为810 I之间。

4.2板型控制手段多样化

DSRDynamic Shaperoll)技术相对于VCCVC技术的优势,呈现较强的发展势头;而HESHot Edge Sparays)将补偿带材边部的温度降落,提供了新的板型控制技术方法。

4.3轧制油润滑冷却技术

窄馏分、低芳烃的高档轧制油对提高轧制效率,确保铝箔表面质量将发挥重要作用。轧制油净化技术迅速发展,阿亨巴赫公司为加拿大Corus集团Reycan制造的轧机,其轧制油SUPERSTACKⅡ过滤器为水平板式,确保轧制油过滤后去除大于0.5μm的固体粒子及大部分铝皂化合物;轧制油内杂质残留量由CONDUSEN传感不间断监视,这些高精度传感器安装在过滤器的脏油回路和净油回路上,过滤效果始终被监控。

4.4合金成分

铝箔合金成份范围逐渐扩大,特别是双合轧制的单零铝箔,8079、8011、8014、8021、8006牌号的铝箔的生产和使用逐步扩展。这有利于减少双零箔的针孔数量、提高力学性能和表面质量。

4.5晶粒细化技术新进展

新一代Al-Ti-C晶粒细化技术的研究与应用倍受重视。由于Al-Ti-B细化剂中的TiB2粒子容易聚集,损伤制品的表面质量,引起包装铝箔的针孔,而CrZr能引起TiB2粒子中毒,导致早期明显的效果衰减。

Al-Ti-C细化剂能克服上述缺点。国外知名的晶粒细化剂生产和铝加工企业,如LSMKBMSMCVAW等公司都先后开展了Al-Ti-C晶粒细化剂机理、生产和应用技术研究。Al-Ti-CDC铸造、薄板快速铸轧、CC铸造1XXX系产品的应用前景看好。

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