冷轧铝板带材生产的板形控制

冷轧铝板带材生产的板形控制X

胥福顺1,李全1,杨钢2,杨鹏1

(1.云南铝业股份有限公司,云南昆明650502, 2.云南冶金集团总公司,云南昆明650051)

摘要:阐述了冷轧板形的定义和控制方法,研究了铝铸轧坯料板形、轧制油、轧辊粗度、道次加工率的分配、张力分配、弯辊控制、热凸度等因素对冷板板形的影响机理和相应的控制方法,通过控制达到改善冷轧板形的目的。

关键词:冷轧铝板;板形;影响因素;控制方法

中图分类号:TG33518文献标识码:A文章编号:1006-0308(2006)01-0053-03

Plate S hape C ontrol in Cold Rolling of Alu minum Sheets

X U Fu-shun1,LI Quan1,YANG Gang2,YANG Peng1

(1.Yunnan Aluminium Co.Lte.,Kunming,Yunnan650502,China

2.Yunnan Metallurgy Group Co.,Kunming,Yunnan650051,China)

A BSTRACT:The con trollin g meth od s and defin ition of plate s hape of rolling aluminu m are d escrib ed.The i nfluen ces of fac tors such as p late shape of blan k,rollin g oil,rou ghnes s of roller,dis trib ute of proces s rate on rolling pass,ten sion dis trib ution,roller bend ing,thermal crown an d corresp on din g con trol meth od s are stud ied s o as to improve the plate s hape.

KEYWORDS:cold rolli ng aluminu m plate;plate s hape;influ ential factors;con trol method s

冷轧铝板带材是建筑装饰板、PS印刷版、制罐板、铝箔等的上游产品,其板形质量好坏直接影响产品的档次,影响使用效果,特别是一些要求较高的行业,如PS印刷版、制罐板对板形质量的要求更严格,近年来铝板带应用范围的扩大和不断增强的质量需求对板形控制提出了更高的要求。我国的冷轧设备装机水平相对较低,板形控制技术水平与国外同行业存在差距。不断提高国产设备铝冷轧产品的板形控制水平,是目前铝板带加工厂家的共同追求。

我公司现有的冷轧机列为涿神公司生产的5 1400不可逆冷轧机,于2000年10月试车投产,有广泛的市场和知名度,产量突破设计能力。本文结合我公司多年来冷轧铝板带材的生产经验,对板形控制过程中所采用的主要措施进行了综合分析。

1板形概念

板形是指板带的翘曲度,是衡量冷轧板带材平整情况的重要参数。铝板带材在轧制过程中,由于受到不同的局部应力,每一部分的延伸量都不一样,这种变形量的不均匀导致板带材变得凹凸不平。如果把铝板带材切成条状,可以直观地反映出不同切条在长度上的差异。差异小则说明板形良好[1]。一般采用相对延伸分布$1/L来表示翘曲度,如图1示。

X收稿日期:2005-10-08

作者简介:胥福顺(1974-),男,云南富源人,工程师。

图1 铝板带材

Fi g.1 Plate shape of aluminum strip

根据铝板带材宽度方向上各部分的相对延伸分布$1/L,可以测量铝板带材的翘曲度。

对成品板带材的$1/L 的指数为10-3~10-4,引入单位埃I=10-5则可以更方便地来表示翘曲度。目前国内市场的铝板带板形质量情况:优良板形为7~15I,中等板形为20~40I,大于40I 为差板形。

2 板形控制的主要因素

板形不良是指板面不平直,产生原因是轧件在轧制过程中,轧辊产生了过度变形,使辊缝形状不平直[2],轧件宽向上延伸不均而产生波浪。板形控制的实质就是减少这类过度变形,因此从铸轧坯料、板形控制手段和工艺措施等主要影响因素进行分析,从而达到控制板形的理想效果。211 铸轧坯料

铸轧坯料板形对冷轧板形影响较大,衡量铸轧坯料板形主要参数有:中凸度、横向厚差、纵向厚差、翘边量等。冷轧生产理论上是纵向上延伸,横向上基本上没有金属流动,如果铸轧坯料板形不理想,冷轧时就只能相应的进行弥补性轧制,若铸轧坯料板形的偏差太大则冷轧工序也难以纠正。当铸轧坯料板形的中凸度大于1%,冷轧时易出现中部波浪过大的情况,造成板形不良;当铸轧坯料的横向厚差大于1%、纵向厚差大于1%,翘边量大于015%,根据相似性轧制原理,冷轧过程中很难通过弯辊、轧制油分段控制和轧辊倾斜值等手段来调整铸轧坯料所带有的板形缺陷,最终冷轧板易产生边部波浪,有时出现板形翘曲情况。

因此,理想铸轧坯料的中凸度应小于1%,横向厚差小于1%、纵向厚差小于1%,翘边量小于015%,这样在冷轧生产时板形较好控制,易生产出板形良好的冷轧板。212 冷轧轧制油

冷轧轧制油是冷轧时用的纯油冷却液,主要由高品质、粘温性能好的高粘度指数石蜡基础油和添加剂组成,它的作用主要是:1)冷却轧辊和铝轧制料;2)将金属颗粒冲出系统,3)起润滑作用,将摩擦降至控制范围,4)避免过多金属由轧制金属传递到工作辊[3]。它对板形的控制作用,主要是通过添加剂的影响和分段冷却的调整来体现。21211 添加剂

轧制油中添加剂的含量一般控制在4%~8%的范围。

当添加剂含量小于4%时,轧制过程中易产生的大量的热,随着轧制过程的进行,轧制系统的热量迅速上升,温度由220e 迅速上升到340e 左右,

整个轧制过程系统的热量不平衡,轧辊受热产生的热凸度变化较大,生产出的板形在1/3卷后中松程度迅速变大,难于控制;轧制系统温度过高,会使轧制油发生化学反应,产生化合物粘附在金属表面而难于除去,严重时会出现打滑或颤动现象,使板面产生横向震纹;轧制系统温度过高还会使轧制油的粘度和油膜强度降低,改变了轧制摩擦状态,严重时会形成干摩擦,使轧辊和金属直接接触,导致轧辊的粘铝,对轧辊表面和金属表面造成伤害,加剧轧辊表面的磨损。

当添加剂含量大于8%时,由于其价格昂贵,使生产成本大幅提高;同时随着轧制油添加剂含量的增加,轧制油的粘度相应提高,其在板面上的附着量增加,加剧轧制油及添加剂的损耗,加大了后续除油工序的难度,铝板带材退火后易产生大面积黄油斑。长期实验表明,添加剂含量控制在618%~712%时,冷轧生产工艺控制比较容易,对板形有利,性价比较好。21212 轧制油分段冷却

轧制油在冷轧生产中起到润滑和冷却轧辊的作用。主要通过轧制油在单位时间内高压力、高流量的喷淋,大量带走轧辊上积累的摩擦热、变形热,控制轧辊受热后产生的不均匀的热膨胀,使轧辊在轧制过程中保持相对理想的辊形。轧制油在调整使用时必须遵循一定的基准油位,这指的是在刚开始轧制时轧制油喷淋量必须处于临近中等的状态,以

便给喷淋量调整留出空间。当轧制中板形出现局部过松时)))即对应的轧辊区域局部热膨胀过大,可增大相应位置的喷淋量,严重的还可以进一步减小相邻区域的喷淋量)))增加相对差,同时把相邻区域轧松以减小局部过松的程度差。轧制油冷却对板形调整的作用比弯辊的作用体现要慢,轧制控制中要采取预见性调整,才能比较好的利用好时间差。保持好轧辊横向上的温度梯度(中略大而两侧稍小)。它对薄板的作用更明显。

213轧辊粗糙度

轧辊粗糙度是描述轧辊表面光洁度的参数。一般认为,低粗糙度的轧辊表面将会轧出高表面光洁度的轧件。当轧辊粗糙度Ra小于0135时,轧辊表面在生产过程中因不断磨损而变得光滑,轧制系统的摩擦系数也就相应减小,由于不能建立正常的摩擦条件,轧制系统也就无法正常工作,出现打滑产生震纹,甚至发生无法咬入或轧件不动而轧辊啃轧件的情况。而轧辊粗糙度Ra大于015时,轧制生产过程中会产生大量的摩擦热,导致整个轧制系统热量的不均衡,使轧辊热凸度发生大幅增加而无法有效控制,影响板形。通过生产实验分析,板带材的轧辊粗糙度Ra一般控制在0135~015之间对生产工艺控制比较有利。当然,随着设备和工艺参数配置的不同,各厂家对轧辊粗糙度的控制也应根据自身的实际情况进行相应的调整。

214张力配置

张力是指前后卷筒给带材的拉力,由卷筒出辊或入辊带材的速度差而形成。张力在冷轧生产中起到降低轧制力、加强塑性变形、建立稳定的轧制过程、使金属流动更均匀、防止跑偏等作用[4]。一般来说后张力大可以防止跑偏、断带、降低轧制力、增大中凸度;前张力大则有利于金属流动的均匀性,但易造成断带。在生产实际中,前张力大产生的板形为中部松时瓢曲较大,后张力大中部松时标曲相对要小,相对均匀性要好得多,在横氏精整时可矫性较好。为避免下一道次开卷、卷取时层间错伤,本道次卷取的张力应小于或等于上一道次的开卷张力。生产中采用的张力分配一般是在遵循以上原则的基础上逐道次递减,具体数值根据道次的多少和道次加工率的分配梯度给定。

对于普通的冷轧机列,成品道次使用较小的张力配置,操作手控制板形相对容易,前张力比后张力小5%~10%,板形调整比较理想,如果前、后张力差超过15%,会造成轧制系统的不稳定,使板带材在纵向上的厚度变化过大。

215弯辊的使用

弯辊是利用安装在轧辊轴承座内的液压缸的压力,使工作辊产生附加弯曲,实现辊形调整的方法。弯辊分为轧辊正弯、负弯两种,是对称调整板形的比较有效直接的方式。正弯是指弯辊力与轧制力的方向相同的弯辊方式,它增大了轧辊中凸度,作用的重点是板带的中部,对边部过松有直接改善;负弯是指弯辊力与轧制力的方向相反的弯辊方式,它减小了轧辊中凸度,作用重点则是对称的两个边部,对中部过松有改善。相对于轧制油冷却对板形的调整而言,弯辊的作用可以说是立竿见影的。

弯辊在板厚大于1mm时作用较明显,在板厚小于1mm时作用不如轧制油冷却效果好。弯辊值在实际生产中是不可能固定的,要根据实际板形的变化而针对性使用。在实际生产中,产品规格、性能要求的不同,使用的正弯和负弯也有所不同,正弯、负弯都是通过弯辊来控制板形方法的组成部分,在生产中把正弯或负弯割裂开来控制是不可取的,要有效的把它们组合起来使用对板形更有利。我们目前在实际生产中采用的方法是根据第一道次的板形情况给定基础弯辊值+3~+5MPa,随着道次的增加而递减弯辊值,保证每道次弯辊总量差值为1~2MPa,这样的弯辊配置取得了较好的效果。216热凸度的影响

轧辊热凸度是指由于在轧制时轧辊受高温作用而产生的凸度。轧制生产过程中由于金属塑性变形热及摩擦热在轧辊上积累而导致轧辊热膨胀局部不均匀,这是一个复杂的热传导问题。

在实际生产中,一般在卷的前1/3部分,提速刚进入稳定轧制过程时,金属塑性变形热和摩擦热刚产生并开始积累,轧辊的热膨胀相对较小,热凸度基本处于0状态,近似认为是按照轧辊的原始状态进行轧制,这段为卷芯部分,一律表现为两边松中部紧,操作手要根据实际板形使用正常弯辊配置,轧制油分段冷却系统采用基准油位进行控制;在轧制过程的2/3阶段,金属塑性变形热和摩擦热富集到一定程度,轧辊中部散热不足而开始膨胀,热凸度出现并不断增大,这段为相对稳定轧制阶段,其板形情况视给定弯辊值而定,操作手要适当增加中部轧制油冷却的喷淋量以降低轧辊热凸度;在最后的1/3阶段,轧辊富集的热量逐步增加并稳

(下转第58页)

胥福顺等冷轧铝板带材生产的板形控制

光能量和接近10000个脉冲作用下,其基本性能是稳定的,从薄膜表面看,也没有明显的被激光灼伤的痕迹,这说明该薄膜能够承受200mJ 左右能量的激光作用。开始时LITV 值和电阻值波动较大,这是由于薄膜的银浆电极在激光的作用下与薄膜接触更紧密,使薄膜的接触电阻减小所致。与未镀MgF 2保护膜时LCMO 薄膜的耐老化(该薄膜在200mJ 及200mJ 以上能量的激光作用下,将受到损坏)[6]

相比,在镀制了MgF 2保护膜后,LCMO 薄膜

耐激光打击程度得到了增强。

图3 加保护膜后探头的线性关系测量

Fig.3 Linear relationship test of probe after protective film

coating

4 线性关系测量

我们把蒸镀上MgF 2保护膜后的LC MO 薄膜进

行光刻并镀上银浆电极来进行LI TV 与激光能量的线性关系测量,测量时激光能量从200mJ 到450mJ,在薄膜前面加上一个衰减约6倍的衰减器,测量结果如图3所示。由图3可看出,镀制了保护膜后,LC MO 薄膜的LITV 与激光能量仍然成很好的线性关系(图3中数据出现一些波动是由于我们的激光器能量显示值有一定偏差所致)。

5 结 论

1)LCMO 薄膜表面蒸镀MgF 2保护膜,可以有效地透过紫外光,这对于待测激光波长为紫外及以下时,可以有效保护薄膜不被损坏、提高探头的稳定性;

2)通过对蒸镀上MgF 2保护膜后LC MO 薄膜的线性关系测量,表明其LI TV 峰值与激光能量仍然成较好的线性关系。参考文献:

[1] C.L.Chang, A.Klei nha mmes,W.G.Moulton,and L.R.

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[3]Li X H,Habermerier H.-U.,Zhang P X.1J 2.Mangn.Mangn.

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[4]Zhang P X,Wang J B,Zhang G Y,et al.1J 2.Physica C,2001,

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[5]张鹏翔,文小明,顾梅梅,张国勇.

1J 2.中国激光,2002,

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[6]杨永安,硕士论文1C 2,2005,6

(上接第55页)

定在最大值,轧辊热凸度也逐步增大到最大值并稳定,这段为卷尾部分,板形与前两段相比,中部松的程度要大得多,操作手要进一步增加中部轧制油冷却的喷淋量,适当降低两侧轧制油冷却的喷淋量,配合以相应的弯辊变化,才能有效地控制好轧辊热凸度的变化。操作手要在特定的阶段采取相应的弯辊、轧制油分段冷却来处理,才能控制(轧制油冷却)和弥补(弯辊)热凸度带来的负面影响,保证整卷板形的一致性,获得良好板形。

3 结 语

综上所述,在冷轧生产中影响板形的因素较多,这些因素相互影响、相互干扰,必须视实际生产中的具体情况,综合协调好各项控制技术,充分发挥各自的特点,合理配置各种控制参数,实现最佳组合,满足对冷轧铝板带材生产的板形控制要求。我公司通过设备改造、工艺优化、板形攻关,生产出了板形为20~40I 的优质铝板带材。参考文献:

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[3]江志邦 铝板带冷轧工艺润滑剂的研究1J 2.轻合金加工技

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[4]田荣璋,王祝堂,铝合金及其加工手册1M 2.湖南:中南大

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2006年2月第35卷第1期(总第196期) 云南冶金Y UNNAN M ETALL UR GY

Dec.2006

Vol.35.No.1(Sum 196)