寬幅超薄鋁箔軋制設(shè)備及工藝分析
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范培卿
（煙臺(tái)南山學(xué)院，南山輕合金有限公司，山東龍口265713）
摘要：為了提高寬幅超薄鋁箔的表面質(zhì)量，改進(jìn)了鋁箔軋制的關(guān)鍵設(shè)備，制定了合理的軋制工藝參數(shù)。反復(fù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)結(jié)果，確定了軋制寬幅超薄鋁箔的最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)。實(shí)踐證明，所制定的生產(chǎn)工藝合理，而且軋制的寬幅超薄鋁箔材表面質(zhì)量明顯提高，滿足了用戶要求。
關(guān)鍵詞：寬幅鋁箔；軋制；設(shè)備；工藝
近些年來(lái)市場(chǎng)對(duì)鋁箔產(chǎn)品的板形精度要求越來(lái)越高，同時(shí)隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求和設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平的提高，鋁箔軋機(jī)也不斷向?qū)挿l(fā)展，這就使得壓延過(guò)程中鋁箔的板形越來(lái)越難控制。
1 寬幅超薄鋁箔軋制設(shè)備改進(jìn)
寬幅超薄鋁箔的生產(chǎn)工藝流程為：鑄軋坯料(7.0 mm)一冷軋到0.6 mm一坯料退火一箔軋到0.006 5 mm一分切一成品退火一檢驗(yàn)一包裝一交貨。根據(jù)工藝流程我們對(duì)寬幅超薄鋁箔軋制的主要設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。
1.1開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)
采用疊軋的鋁箔軋機(jī)帶有雙開(kāi)卷機(jī)。開(kāi)卷機(jī)具有卷筒及鋁卷寬度與軋機(jī)中心線自動(dòng)對(duì)中的功能，設(shè)有卷徑測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量初始卷徑，以便計(jì)算張力及速度斜率。開(kāi)卷、卷取機(jī)可通過(guò)電樞電流及弱磁調(diào)節(jié)保持張力恒定，帶有加、減速?gòu)埩?dòng)態(tài)補(bǔ)償，張力、速度極限控制，動(dòng)態(tài)卷徑測(cè)量計(jì)算以及各種安全保護(hù)。
1.2液壓壓上缸
液壓壓上缸作用是提供軋制力，一般位于軋機(jī)下支承輥軸承座的下方。液壓壓上缸設(shè)置有壓力傳感器、位置傳感器，提供軋機(jī)位置、壓力控制內(nèi)環(huán)的檢測(cè)信號(hào)。液壓壓上缸采用伺服閥控制，為提高響應(yīng)速度，伺服閥裝在壓上缸上或附近。鋁箔軋機(jī)每米鋁箔寬度上的最大軋制力可達(dá)4 MN。
1.3測(cè)厚儀
測(cè)厚儀系統(tǒng)用于測(cè)量并提供出口鋁箔厚度反饋信號(hào)。主要有兩種形式：X射線測(cè)厚儀及核放射測(cè)厚儀。前者響應(yīng)快，重復(fù)精度高，體積小，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性好，對(duì)軋制線波動(dòng)不敏感，維護(hù)方便。因此，現(xiàn)代鋁箔軋機(jī)多采用X射線測(cè)厚儀，為保證測(cè)厚儀的穩(wěn)定工作，應(yīng)帶有空氣吹掃及乳液冷卻。
1.4板形測(cè)量裝置
板形測(cè)量輥位于軋機(jī)出口側(cè)，通過(guò)測(cè)量鋁箔橫向的張力分布來(lái)獲得鋁箔的板形偏差及控制信號(hào)。通常安裝在鋁箔粗、中軋機(jī)上，條件好的話，可在粗、中、精軋機(jī)上均裝備板形輥。目前用于鋁箔軋機(jī)的板形測(cè)量輥主要有兩種形式：空氣軸承式和實(shí)心輥式�？諝廨S承式板形輥，通過(guò)測(cè)量輥環(huán)內(nèi)部的空氣壓力連續(xù)地測(cè)量張力分布，靈敏度高。輥環(huán)通過(guò)壓縮空氣支承在固定軸上，在空氣潤(rùn)滑下作無(wú)摩擦力轉(zhuǎn)動(dòng)且輥環(huán)質(zhì)量慣性小、不打滑，不會(huì)造成鋁箔表面的擦傷。目前，廣泛認(rèn)同空氣軸承式板形輥是用于鋁箔軋機(jī)上的靈敏度最高的板形輥，它一般由寬度為100 mm或50 mm的測(cè)量環(huán)組成，但由于其工作原理的限制，最小測(cè)量輥環(huán)寬度不得小于50 mm，對(duì)于邊部板形的測(cè)量真實(shí)度略低。實(shí)心輥式板形輥一般由寬度為52 mm或26 mm測(cè)量環(huán)組成，通過(guò)輥表面的機(jī)械彈性變形以及輥環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)信號(hào)來(lái)測(cè)量張力分布，靈敏度相對(duì)較低，慣性大，必須通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)工作。板形輥每轉(zhuǎn)一圈，發(fā)出14個(gè)信號(hào)不連續(xù)的測(cè)量信號(hào)從而影響了低速使用性能，但其邊部板形的測(cè)量真實(shí)度較高。
1.5軋輥位置自動(dòng)校正
在軋輥凸塊上安裝有工作輥位置校正缸，這是以往的設(shè)備所沒(méi)有的。設(shè)備工作時(shí)，該位置校正缸頂緊工作輥軸承箱，保證了在軋制過(guò)程中工作輥位置的固定，避免了高速軋制時(shí)由于工作輥位置傳動(dòng)所造成的斷帶或帶材質(zhì)量方面的影響，從而提高了鋁箔的產(chǎn)品質(zhì)量，降低了斷帶幾率。
1.6卷取機(jī)壓平輥
卷取機(jī)壓平輥的作用是將軋制后的帶材壓緊在卷取套筒上，在卷取前趕走層間空氣，使卷取的成品率提高，防止卷材起皺、串層。壓平輥由帶有減震裝置的擺臂支承，壓平輥對(duì)卷材的壓力由比例減壓閥調(diào)節(jié)，操作人員根據(jù)卷取的實(shí)際情況，通過(guò)操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)該壓力的控制調(diào)節(jié)，保證了鋁箔卷材邊部整齊，卷取松緊適宜。為了提高壓平輥的壓平效果，要避免壓平輥的甩輥( bounce)現(xiàn)象。粗軋機(jī)配備了兩根不同材料的壓平輥（鋼輥和膠輥），對(duì)于厚道次軋制采用鋼輥，對(duì)于出口厚度小于70um的鋁箔軋制采用膠輥。
1.7 VC輥的采用
VC輥是英文Variable Crown的縮寫(xiě)，即可變凸度輥，是一種組合式軋輥。軋輥由芯軸和輥套裝配而成，在芯軸和輥套之間有一液壓腔，腔內(nèi)充以壓力可變高壓油。隨著軋制過(guò)程工藝條件的變化，不斷調(diào)整高壓油的壓力改變軋輥的膨脹量，從而改變軋輥凸度，以獲得良好的板形。VC輥在軋機(jī)中作為上支承輥用。由于工作輥彎輥對(duì)應(yīng)鋁箔中部的板形偏差基本上沒(méi)有調(diào)節(jié)效果，過(guò)度使用彎輥容易導(dǎo)致鋁箔的四分之一波浪，而VC輥可在輥身全程形成均勻的機(jī)械凸度，對(duì)于鋁箔中部的板形偏差有很好的控制能力，即使在負(fù)輥縫軋制狀態(tài)下對(duì)板形的控制仍然有效。通過(guò)VC輥與軋輥彎輥系統(tǒng)相結(jié)合的方式，提高了板形控制精度，使軋機(jī)加減速性能更好，箔材板形更符合工藝要求。
由于負(fù)輥縫軋制的原因，軋輥傾斜和液壓彎輥對(duì)板形的控制作用已不明顯，同時(shí)由于工作輥與支承輥輥徑比的關(guān)系及軋機(jī)輥面較寬，彎輥控制對(duì)于軋輥中部的機(jī)械凸度控制基本無(wú)效。VC輥是一種組合式支承輥，由芯軸、軸套和旋轉(zhuǎn)接頭裝配而成（見(jiàn)圖1），在芯軸和軸套之間的輥身中心區(qū)域有一個(gè)流體室，室內(nèi)充以壓力可變的高壓油。輥頸兩端的軸套均收縮，收縮接頭用作內(nèi)部壓力油的外部密封件。并用于軋輥傳動(dòng)裝置的自由滑移轉(zhuǎn)矩傳輸。其工作原理是通過(guò)液壓伺服控制將高壓液壓站內(nèi)的液壓油經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭送入膨脹的流體室以脹開(kāi)軸套，在輥身全長(zhǎng)形成均勻的機(jī)械凸度來(lái)補(bǔ)償軋輥在工作時(shí)產(chǎn)生的撓度。由于VC輥直徑脹大與腔內(nèi)的油壓在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，且可無(wú)級(jí)調(diào)整，因此可以參與到閉環(huán)板形控制系統(tǒng)中。我公司VC輥的正常工作壓力范圍為0—50 MPa，當(dāng)油壓在該范圍內(nèi)增加時(shí)，軋輥凸度也相應(yīng)成比例增加，以得到合適的數(shù)值（見(jiàn)圖2）。
式中：
由圖1可知，當(dāng)流體室內(nèi)的液壓油壓力改變時(shí)，可以改變作為支承輥的vC輥凸度，井由此而改變鋁箔的板形因此在寬幅鋁箔軋機(jī)上VC輥有著顯著的特點(diǎn)
1)改善板形控制，ve輥不僅控制板凸度能力較大，在與液壓彎輥配合使用時(shí)，還可以控制較復(fù)雜的板形缺陷；提高軋機(jī)生產(chǎn)靈活性（對(duì)窄料適應(yīng)性好），板形控制精度高，減少斷帶，提高軋機(jī)生產(chǎn)能力。
2)町在線改變凸度，在鋁箔軋制過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò)改變流體室內(nèi)油的壓力來(lái)改變輥凸度，減少要求的輥身原始凸度量。同時(shí)也減少了對(duì)T作輥的磨削頻率，增加其使用壽命。
3)改善冷啟動(dòng)，當(dāng)軋機(jī)停機(jī)一段時(shí)間之后重新開(kāi)機(jī)投AT作時(shí)，一般要對(duì)軋輥進(jìn)行預(yù)熱．ve輥可以消除對(duì)軋輥預(yù)熱的需要，冷啟動(dòng)時(shí)只許增大流體室的油壓，隨著軋輥熱凸度的形成逐漸將油壓降低，從而使軋機(jī)能順利地從冷態(tài)過(guò)渡到穩(wěn)態(tài)軋制，并在穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)板材得到好的板形。
4)響應(yīng)速度快，由于現(xiàn)代軋機(jī)的軋制速度非�？欤ǔ５陌逍握{(diào)整手段在發(fā)現(xiàn)扳形缺陷后的響應(yīng)相對(duì)滯后比較多，而ve輥町以做出瞬間的反應(yīng)。大大減小了滯后時(shí)間。
5)降低每卷的頭、尾廢料，提高成品率。通常軋制時(shí)由于加減速階段造成的料頭、尾部分厚度超差或板形不好而成為廢品。ve輥的使用使得在加減速階段的帶材頭、尾超差部分降至最少，大大提高丁成品率。軋制速度變化引起的軋制力波動(dòng)和輥凸度變化，通過(guò)ve輥的動(dòng)態(tài)嗣整得到有效補(bǔ)償。
6)3VC壓力對(duì)鋁箔板形的影響由于生產(chǎn)中ve輥的頻繁使用，對(duì)Ve油壓的控制直接影響到鋁箔的板形質(zhì)量，油壓過(guò)小將使帶材產(chǎn)生邊部波浪，油壓過(guò)大將使帶材產(chǎn)生中IW波浪，只有適巾的油壓才能獲得平直的帶材。vC汕壓與帶材平直度的總體相關(guān)性見(jiàn)圖3。但是通常牛產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)較復(fù)雜的非對(duì)稱板形缺陷，因此板形自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)使vC輥系統(tǒng)和其他的控制手段中的一種或幾種同時(shí)參與調(diào)整，如液壓彎輥、軋輥傾斜、軋制力、軋輥冷卻系統(tǒng)等。當(dāng)vC輥和液壓彎輥配合使用時(shí)就可得到多種不同的輥縫形狀，動(dòng)態(tài)輥縫設(shè)定系統(tǒng)的影響范圍就是由這兩套系統(tǒng)組合得出的。只在一種原始輥型條件下，彎輥?zhàn)饔弥皇窃谀骋痪�性范例內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)VC輥參與作用時(shí)，增大ve壓力可使得整個(gè)彎輥?zhàn)饔梅秶蛴蚁路揭苿?dòng)，從而整個(gè)控制窗口可適應(yīng)的范圍變得更大。
VC輥系統(tǒng)的參與可對(duì)帶材平直度做出相當(dāng)大的改進(jìn)，從而能滿足用戶對(duì)最小平直度公差的要求。我公司的VC輥系統(tǒng)就是直接參與閉環(huán)板形控制系統(tǒng)。并在板形控制過(guò)程中會(huì)與其他的控制手段同時(shí)使用來(lái)控制比較復(fù)雜的板形。
2 寬幅超薄鋁箔軋制工藝分析
軋制生產(chǎn)時(shí)，保證箔坯表面無(wú)腐蝕及可見(jiàn)的非金屬壓人、明暗條紋、松樹(shù)枝狀花紋、橫紋、磨削刀痕、折痕等缺陷，表面潔凈基本無(wú)瑕疵；允許有單面直徑不大于2 mm無(wú)手感不密集成行的點(diǎn)狀印痕、單面單個(gè)長(zhǎng)度不大于5 mm無(wú)手感不密集成行的輕微針狀粘鋁印痕、擦劃傷和壓過(guò)劃痕；無(wú)明顯的單邊、雙邊、二肋、中間波浪；箔坯端面不允許有大于5 mm塔形、串層、深度不小于lmm的裂邊、碰傷以及翹邊、松卷、燕窩、鐓傷等缺陷。
2.1軋制速度
軋制速度從兩個(gè)方面影響著鋁箔的軋制。提高軋制速度，可顯著增加變形區(qū)油膜厚度，減少摩擦因數(shù)，且高速軋制的熱效應(yīng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)恢復(fù)使箔材發(fā)生顯著的加工軟化。故提高軋制速度是加大道次加工率和提高生產(chǎn)效率的一個(gè)有效途徑。但是，速度過(guò)高不利于板形的控制，且箔材表面光亮度變差。因此，軋制鋁箔成品時(shí)速度應(yīng)小于500 m/min。
2.2退火工藝
坯料退火的目的是消除冷變形過(guò)程中產(chǎn)生的冷作硬化。通過(guò)加熱，使材料獲得完全再結(jié)晶組織，提高其塑性以利于箔材軋制。具體的坯料退火制度為150℃裝爐，升溫Sh至460℃后保溫2h，降溫2h至420℃后保溫13 h，降溫3h至250℃時(shí)出爐。成品退火后獲得較好的力學(xué)性能，表面刷水試驗(yàn)達(dá)到A級(jí)要求。成品寬度為601 mm~ 800 mm的鋁箔退火制度為：80℃裝爐，升溫12 h到180℃，保溫15 h：再升溫8h到210℃，保溫40 h；降溫20 h到30℃出爐。
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的改進(jìn)和制定出合理的軋制工藝參數(shù)，成功軋制出寬幅超薄鋁箔。實(shí)踐證明，所制定的生產(chǎn)工藝合理可用，而且軋制的寬幅超薄鋁箔材表面質(zhì)量明顯提高，滿足了用戶要求。填補(bǔ)了國(guó)以前不能夠生產(chǎn)成品寬幅超薄鋁箔的技術(shù)空白，為企業(yè)的良性發(fā)展和擴(kuò)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。
