铸轧铝带坯常见缺陷原因分析及消除方法

铸轧铝带坯常见缺陷原因分析及消除方法袁蔚【摘要】文章根据双辊式连续铸轧法生产铸轧铝带坯的生产工作原理,结合现场生产实践,对铸轧铝带坯的几种常见缺陷进行总结,分析了其产生的原因并提出了相应的消除方法,目的是减少废料量、提高成品率、降低生产成本,同时提高企业竞争力.【期刊名称】《有色金属加工》【年(卷),期】2018(047)001【总页数】6页(P11-16)【关键词】双辊式连续铸轧法;铸轧铝带坯;工艺参数;缺陷;原因;消除方法【作者】袁蔚【作者单位】中色科技股份有限公司,河南洛阳471039【正文语种】中文【中图分类】TG249.9双辊式连续铸轧法生产铸轧铝带坯是指液态金属直接在两旋转辊间结晶，并同时进行加工成型的板带坯料的一种生产方法。

因其生产工艺简单、建设周期短、生产成本低、投资少及占地面积小等优点，自上世纪50年代初由美国亨特公司最先开发应用以来，世界各国争先效仿研制，此技术得到了广泛发展[1-2]。

我国从上世纪60年代开始研究此技术生产铸轧铝带坯并制造铸轧机设备，经过多年的探索与研发，其核心技术及设备已达到国际先进水平。

但在铝带坯铸轧生产过程中，铸轧铝带坯仍会出现很多缺陷，而大部分缺陷主要是因工艺参数控制不当而产生的。

随着国民经济的发展以及人民生活水平的提高，各行业对冷轧铝板带箔的质量要求越来越高，这也必将对铸轧铝带坯生产厂家提出更为严格的供坯要求，不允许铸轧铝带坯出现任何缺陷。

1 连续铸轧工作原理连续铸轧过程是在两个相对旋转的内部通水冷却的铸轧辊辊缝间连续不断地输入液态金属，通过冷却、铸造，直接连续轧出铸轧铝带坯，如图1所示。

图1 连铸连轧工作原理图Fig.1 Working principle diagram of continuous casting and rolling此种工艺的显著特点是，两个内部通水冷却的旋转铸轧辊作为结晶器，铝熔体在铸轧辊辊缝间在很短的时间内完成凝固和热轧变形两个过程。

此工艺生产出的铝带坯废料损失少，成品率高，生产工序少，周期短，生产效率高。

2 影响铸轧铝带坯质量的主要因素连续铸轧生产铸轧铝带坯，铸轧铝带坯质量的好坏一般除与设备自身加工精度、配置以及辅材优劣有关外，主要取决于铸轧辊磨削工艺、辊缝大小、辊面润滑、铸轧温度(前箱内铝熔体温度)、水冷强度、前箱内铝熔体液面高度、铸轧区长度和铸轧速度等工艺参数的选配。

这些工艺参数之间相互影响，当某一参数发生变化时，其他参数也要随之进行调整。

连续铸轧各主要工艺参数之间的关系，可按下述原则进行调整控制[3]：1)当浇注温度较高时，应该相应降低其铸轧速度；相反，当浇注温度较低时，应适当地提高其铸轧速度。

由于较低的铸轧温度有利于细化晶粒度，改善铸轧铝带坯的综合性能，而较高的铸轧速度有利于提高产量。

因此，合理的工艺制度应是较低的铸轧温度配以较高的铸轧速度。

2)当供料前箱内铝熔体液面高度较低时，其静压力小，铸嘴嘴腔内的铝熔体流动性小，应该相应降低其铸轧速度；相反，当供料前箱内铝熔体液面高度较高时，其静压力大，铸嘴嘴腔内的铝熔体流动性大，则应该相应提高铸轧速度。

3)铸轧区长度增大，其轧制区相对变小，循环水带走的热量就多，则铸轧速度可以加快；相反，铸轧区长度降低，其轧制区相对变大，循环水带走的热量就少，则铸轧速度则相应减慢。

4)当降低进水口温度和增加冷却水流量来提高水冷强度时，则应该相应提高铸轧速度。

正常情况下，一般设定好水温及水量后，在铸轧过程中，不要再对其进行调整，最好让其保证在一个恒定的范围内，便于其他工艺参数的调节。

根据上述控制原理，同时结合现场生产实践经验，以某铝加工厂采用Ф960mm×1850mm铸轧机生产6～10mm铸轧铝带坯为例，将几种典型合金的主要生产工艺参数进行预设，如表1所示。

在生产过程中，根据实际情况再进行微量调整，减少缺陷，生产优良的铸轧铝带坯。

表1 主要生产工艺参数预设表Tab.1 Preset table of main production process parameters合金牌号成品厚度/mm铸轧区长度/mm前箱内液面高度铸轧温度/℃铸轧速度/mm/min1060300380116～1050～7045～5550～55前箱内的液面高度比铸轧中心线高20～30mm685～7051000～1100800～900800～9003 常见的铸轧铝带坯缺陷原因分析及消除方法在连续铸轧过程中，由于各工艺参数调整不当，铸轧铝带坯会产生各种缺陷，常见的几种缺陷为热带、孔洞或凹坑、横向波纹、气道、裂边和板型超差等。

3.1 热带热带又称为“铸带”或“铸造带”[4]，此缺陷是铝熔体在铸轧区内局部区域未完全凝固成形而被铸轧辊带出来未经轧制的板面缺陷。

热带缺陷一般不穿透带坯，其外形是较为粗糙的铸态组织，沿板面纵向延长。

这种缺陷多发生在立板到开始铸轧过程中或熔铝炉与保温炉转注过程中。

某铝加工厂采用Φ960mm×1850mm铸轧机生产1060合金时，在熔铝炉与保温炉转注过程中出现了热带，热带缺陷出现于板面中部，偶尔出现在边部，如图2、3所示。

主要参数如下：1)前箱内铝熔体温度约为720℃；2)铸轧速度为1080mm/min；3)入口水温28℃，出口水温30℃，水量为180t/h；供水压力0.55MPa(闭路循环水系统供回水)。

3.1.1 原因分析(1)前箱内的铝熔体温度相对于铸轧速度偏高，流入铸轧区内温度分布不均匀造成半凝固状态，导致局部温度过高而使液穴变深，来不及凝固即被铸轧辊带出，而形成中间热带；(2)铸轧速度过快，液穴较深的液态金属尚未完全凝固就被铸轧辊带出而产生中间热带；(3)前箱内铝熔体液面偏低，其静压力减小，液态金属局部供给不足，致使在边部区域出现热带；(4)辊面喷涂不均匀，局部润滑不够，也可产生热带。

生产1060合金时，在熔铝炉与保温炉转注过程中熔铝炉转注温度约为750℃，保温炉的温度迅速增加，其铸轧速度没变，而前箱内铝液温度达到720℃左右，正常铸轧温度为690℃左右，温度过高，从而产生了中间热带。

图2 中间热带图3 边部热带Fig.2 Middle unrolled stria Fig.3 Edge unrolled stria3.1.2 消除方法当铸轧铝带坯出现热带时，要仔细观察热带的形貌及其位置，判断其产生的原因，合理调整工艺参数。

(1)当前箱内铝熔体温度在正常工艺范围内，但相对于铸轧速度偏高时，则需适当增加铸轧速度。

(2)检查前箱铝熔体液面是否过低。

若前箱铝熔体液面偏低时，要及时清除前箱内及流槽内的浮渣，并适当调整保温炉放流口流量，将前箱内金属液面调整至合适高度；现场可事先自制一个简易浮漂放置在流槽内，并划上最低和最高液位刻度，以便随时观察调整。

(3)调整并清理好火焰喷涂喷枪，使其炭黑能均匀喷涂在铸轧辊辊面上，保证铸轧辊辊面润滑。

(4)用温度仪核查保温炉尤其前箱内铝熔体温度是否过高。

如果前箱内铝熔体温度偏高，则要重新校正设置前箱内的温度，温度过高需要快速降温。

铸轧现场的实际具体操作为，保持铸轧速度不变，或稍微调高铸轧速度，同时打开保温炉炉门进行炉内充入氮气精炼和冷却，并将过滤箱盖打开对铝熔体温度进行迅速降温，最终将其前箱内的铝熔体温度降至690℃左右，达到工艺要求的正常范围内，热带不再出现。

3.2 孔洞或凹坑在铸轧铝带坯上有时会出现穿透或未穿透板面的孔洞或凹坑。

此外，当热带出现后，进一步恶化也会出现孔洞。

这种缺陷多发生在开始铸轧时以及铸轧很长一段时间之后。

某铝加工厂采用Φ960mm×1850mm铸轧机生产1060合金时，铸轧铝带坯出现孔洞，如图4、5所示。

图4 普通孔洞图5 热带孔洞Fig.4 Ordinary hole Fig.5 Unrolled stria hole3.2.1 原因分析(1)普通孔洞或凹坑的形成，主要是铸轧区内有小气泡或夹杂物阻碍了铝熔体的流动，影响了铝熔体的连续供给；(2)普通孔洞或凹坑的形成也由于铸轧辊辊面上粘有夹杂物或铝渣，在铸轧时，对铸轧铝带坯表面造成的破坏；(3)热带孔洞的形成原因与热带形成原因相同。

3.2.2 消除方法(1)对于普通孔洞或凹坑缺陷，应加强炉内的精炼扒渣，以及加强在线精炼除气及过滤的处理；每次立板后必须更换过滤板，且生产同一合金3～5d后，过滤箱前后高度差大于70～100mm时，需及时更换过滤板；(2)观察火焰喷枪口，及时清理喷枪口处的积炭；人工加强清理铸轧辊辊面，及时调整喷枪火焰大小和位置，保证铸轧辊辊面的炭黑喷涂均匀；(3)对于热带孔洞缺陷，其消除方式与热带缺陷处理方式相同。

3.3 横向波纹横向波纹也叫“水波纹”、“斑马纹”或“虎皮纹”[5]，其铸轧铝带坯表面会出现很明显的明暗相间的横向条纹。

这种缺陷经常出现在开始铸轧时或熔铝炉与保温炉转注过程中。

如果前箱液面波动一直较大时，此种缺陷会一直出现。

某铝加工厂在熔铝炉与保温炉转注过程中，采用Φ960mm×1850mm铸轧机生产1060合金时出现了横向波纹，如图6所示。

主要参数如下：1)前箱内铝熔体温度为690℃；2)铸轧速度为1070mm/min；3)入口水温27℃，出口水温30℃，水量为180t/h；供水压力0.55MPa(闭路循环水系统供回水)；4)前箱内液面波动为±3mm。

图6 横向波纹Fig.6 Transverse ripple3.3.1 原因分析(1)由于冷却水水温、水压不稳定以及铸轧速度偏低导致铸轧时铸轧铝带坯表面冷热不均而产生横向波纹；(2)由于铸轧时嘴辊间隙处包覆铝液的氧化膜周期震荡并发生破裂，使带坯表层的凝固速度周期变化，从而使表面出现横向波纹。

铸轧1060合金，在熔铝炉与保温炉转注过程中，其液面波动大，而保温炉转注至铸轧机采用的是气动装置自动控流，其控流精度不高，导致前箱内液面波动变化大，其范围为±3mm，从而产生横向波纹。

3.3.2 消除方法(1)采用闭路循环水系统对每台铸轧机单独供回水，保持恒定的冷却水水温、水压及水流量；(2)人工精细控流或采用先进的自动控流技术(如电动装置控流)，必须保持前箱内铝熔体液面微小波动幅度。

如上述现场实例，具体做法为，在其他工艺参数不改变的情况下，在熔铝炉与保温炉转注时，将气动控流装置改成手动，依靠经验丰富的操作人员精细控流，严格控制液面波动，使其保持在±1.5mm，从而消除了横向波纹。

3.4 气道在铸轧过程中，铝铸轧带坯表面呈现连续不断的纵向白道，此种缺陷就是气道。

这种缺陷多发生在开始铸轧时以及铸轧很长一段时间之后。

某铝加工厂采用Φ960mm×1850mm铸轧机生产1060合金时出现了气道，如图7所示。

图7 气道Fig.7 Air flue3.4.1 原因分析形成气道的主要原因是由于精炼时间和精炼气体量不够，精炼效果不佳，使前箱内铝熔体内的氢气过多，来不及析出而积聚在铸嘴前沿形成气泡，在铸轧过程中，拉长的气泡沿带坯纵向延伸，从而形成一段白道。