3.3 工艺的优化

　　为了在凝固时控制晶粒的大小，控制过冷度，提高形核率，采取以下措施

　　1)控制温度不大于750℃

　　2)对于辊径960mm，坯料厚度7.0mm的铝板坯，铸轧区长度为65~70mm。

　　3)前箱温度过高或过低都会产生不好的影响，控制在680~685℃。

　　4)前箱液面高度为10~20mm。

　　5)限定铸轧辊粗糙度Ra0.65~0.75μm，防止石墨大颗粒压入铝板中

　　6)轧辊轴承选用精度较高的进口SKF轴承

　　7)铸轧速度太快会使金属结晶不充分，太慢会降低冷却效果，导致金属内部

　　8)晶粒粗大。设定铸轧速度为1100±50mm/min

　　9)带坯速度可以根据以下公式控制[6]：

　　(3-6)

　　式中 —带坯离开铸轧区的速度，mm/s;

　　—铸轧辊的圆角线速度，mm/s;

　　—外摩擦系数;

　　—铸轧辊直径，mm;

　　—带坯厚度，mm;

　　—带坯进入轧制区时的厚度，mm;

　　—咬入角，(°)。

　　3.4 铸轧板板形的控制

　　3.4.1 板形控制指标

　　衡量铸轧板带的板形指标有同板差、中凸度、纵向厚差、两边厚差、相邻两点后差。以下是每个指标的行业标准《铝及铝合金铸轧带材》规定：

　　1)同板差是指在带材任意横截面上沿宽度方向，与中心对称两点的厚度差的绝对值中心点厚度的比值，根据行业标准，同板差不大于厚度的0.6%

　　2)中凸度是指中间点的厚度与距离左右边部50mm的较薄一点厚度差，行业标准规定任何一处的中凸度不允许为负，也不能大于板厚度的1%

　　3)纵向厚差是衡量板形质量优劣的一项重要指标，规定应小于0.15mm

　　4)两边厚差是指带材任一横截面上沿宽度方向距两边部50mm所测的厚度的差值(绝对值)，应小于0.04mm

　　5)相邻两点厚差是指带材任一横断面上沿宽度方向相邻两点的厚度差，这两点间隔100mm，行业标准规定小于或等于0.02。

　　3.4.2 控制板形的措施

　　可以采取以下措施降低对铸轧板形的影响：

　　1)一般辊径越大，坯料尺寸精度越好，将铸轧辊辊径定为960mm，中凸度和同板差可以得到良好的控制

　　2)决定铸轧辊预磨凸度时考虑轧辊热凸度的影响，因为磨削时热膨胀会对板厚度、中凸度、同板差有一定的影响

　　3)控制好冷却强度

　　4)不断地利用辊缝调节系统进行调节，保证轧制压力恒定

　　5)辊套内径与辊芯装配过盈度选择适度，防止辊芯与辊套之间发生相对错动，导致铸轧辊变形不均匀

　　3.5 铸轧板缺陷分析及控制方法

　　PS版基这种产品合格的标准比较严格，要求表面没有任何缺陷而且内部组织必须均匀，而采用铸轧法作为一种新方法，容易出现意外因素导致质量缺陷，直接导致生产出来的是废品，而为了提升PS版基的质量和提高成品率，就必须对可能出现的缺陷进行预防。对于铸轧工艺的分析，发现用铸轧法生产PS版基常见的缺陷有夹渣、黑条、表面条纹、偏析和粘辊。

　　3.5.1 夹渣

　　a产生原因：原辅材料、熔炼、铸轧条件控制不当，容易在铸轧板当中出现随机分布的夹杂缺陷，尺寸较小，大约在几十微米，从而导致铝版基出现微孔、疏松的缺陷，在后面的加工工序中引起断带、针孔。夹杂中有金属元素，也含有非金属元素。

　　b控制方法：原辅材料确保洁净，防止掺入其他杂质;加强精炼的除气和铝熔体过滤净化，保证过滤箱的密封性;热喷涂时确保喷涂均匀，并调整好喷涂量;立板前清理干净供流系统，将辊面铝屑清扫掉。

　　3.5.2 黑条

　　a产生原因： 黑条缺陷指的是呈黑色、长条形的划痕，出现缺陷的地方无法电解形成正常的砂目。由于尖锐物在带材表面发生相对滑动划出条状痕迹或者物体面与面之间的相互错动造成束状的划痕，就会出现黑条缺陷。

　　b控制方法： 本次设计中采用的是1052工业纯铝，控制了有害元素的含量，在熔炼时采用了先进的SNIF除气法，控制氢含量低于0.12ml/100gAl，提高了铝纯度。可以从根本上防止黑条缺陷。另外，在加工过程中应当仔细，调整好各设备和工艺，防止其他杂质在加工过程中进入板面，造成划痕。

　　3.5.3 表面条纹

　　a产生原因：嘴辊间隙太小、铸嘴变形不一致以及铸嘴局部破损会导致纵向条纹，一般会贯穿整个板面。铸轧速度过大以及前箱液面高度不稳定会导致水平条纹

　　b控制方法：保证合理的嘴辊间隙，尽量避免嘴辊处的摩擦，可通过调整铸嘴的位置来解决突然出现纵向条纹的问题;适当降低铸轧速度、保持前箱液面稳定可以防止出现水平条纹。

　　3.5.4 偏析

　　a产生原因：在铸轧板中心面或者表面富集大量的杂质元素或者粗大的金属化合物，形成偏析，有中心线偏析和表面偏析以及分散性偏析

　　b控制方法：适当降低铸轧速度;及时地清理轧辊沟槽里的异物;保证冷却水的冷却强度足够;避免熔体过热

　　3.5.5 粘辊

　　a产生原因：铸轧辊辊套里有堵塞，或者热喷涂时火焰没有调整适当，形成的碳附着在辊面较少。铸轧板出现粘辊时板面组织会受到破坏，板面局部粘辊还会引起板面厚度缺陷，严重影响到铸轧板的品质[7]。

　　b控制方法：增大冷却强度，通过加大冷却水流量和压力;调整好热喷涂的火焰，使碳附着在辊面较为均匀适当;清理铸轧辊内部循环水的通道，防止辊套局部有堵塞的情况。

　　第4章 冷轧工艺及中间退火

　　冷轧是生产PS铝板基非常重要的一道工序，经连续铸轧后，带坯的厚度较大，需要经过冷轧进一步加工，并且利用热处理增强组织的性能，才能达到我们需要的高质量PS版基。主要的工艺流程：

　　铸轧带坯→冷轧→切边→中间退火→冷轧→拉弯矫→包装

　　铸轧生产出来的PS版基带坯的厚度控制为7.0mm。

　　4.1 冷轧机的选取

　　按结构划分冷轧机有二辊、四辊和多辊，一般来说，块式铝板材的生产常采用二辊不可逆轧机，带式板材的生产，如PS版基，采用的是四辊不可逆轧机较为普遍，另外还有箔材轧机，可以使用多辊式，以及平整轧机，即精轧机，对带材进行抛光和平整，其压下量极小。对于PS版基这种带材，决定采用四辊不可逆式冷轧机，它也是铝合金冷轧加工应用最广泛的机型，在无论是生产效率、尺寸精度还是表面质量控制上都明显优于传统的二辊冷轧机。然后，利用支撑辊进行传动，这样在冷轧过程中可以承受更大的扭矩，而且换辊较为方便。轧机有可逆式和不可逆式两种，不可逆式虽然只是单向，但可以保证轧制过程的稳定性，用输送装置返回，进行下一步的轧制，与不可逆轧制相比提高了轧制速度，带材的质量也更稳定。

　　表4-1 冷轧机参数表

参数	西南铝业1850四辊不可逆冷轧机
来料厚度/mm	0.25~7.5
来料宽度/mm	950~1700
最大卷重/kg 成品厚度/mm	11000 0.15~2.0
成品宽度/mm	950~1700
工作辊直径/mm 工作辊长度/mm 支撑辊直径/mm 支撑辊长度/mm 最大轧制速度/m·min－1 最大轧制压力/kN	410~450 1850 600~700 1600 1200 19000
辊缝调整	用轧辊组下面的液压差动式缸和辊组上面的调整垫
厚度控制 板形控制	出口厚度仪在线检测厚度 板形辊测量在线板形情况，自动控制轧辊倾斜
主传动电机功率kw	4×1500
电动机转速rad/s	95

　　4.2 轧机工作辊参数的确定

　　轧辊粗糙度定为Ra0.2~0.4μm

　　1)工作辊辊身长度、直径

　　根据工作辊长度与宽度相适应的原则，可以用以下公式确定各参数：

　　(4-1)

　　其中，L是指辊身长度，BMAX指的是带材最大宽度，a是余量，随带材宽度不同而有所不同，这里BMAX是1600mm，相应的a可取为50mm

　　所以L=1600+50=1650mm

　　工作辊辊身直径可以通过以下公式计算

　　L/D1=3.7~4.4

　　D1=Φ375~Φ446mm

　　带张力轧制时需满足D1≤(1500~2000)hmin，其中hmin=1,符合要求，又考虑到轧辊的最大重车率，冷轧机为3%~6%，最后确定D1=Φ400~Φ420mm

　　2)工作辊辊径长度、直径

　　由于采用的滚动轴承，辊径直径不能取得很大。根据公式

　　(4-2)

　　取d=220mm

　　辊径长度l =(1.0~1.2)D

　　式中D是辊身直径

　　l=(1.0~1.2)D=420~504mm

　　取l=550mm

　　圆角半径r=(0.05~0.12)D=21~50.4mm

　　3)支撑辊的辊身长度、直径

　　支撑辊辊身长度设为1600mm

　　由公式

　　(4-3)

　　D2=Φ640~Φ800mm

　　取D2=700mm

　　考虑到轧机轧辊的最大重车率问题，3~6%

　　所以D2=660~700mm

　　4)支撑辊的辊径直径、长度

　　与工作辊的计算同理

　　d=(0.5~0.65)D2=350~455mm

　　取d=400mm

　　辊径长度l=(0.8~1.0)D=560~700mm

　　取l=600mm

　　4.3 冷轧数据计算

　　工艺制度：

　　7.0mm→3.3mm→切边→1.8mm→中间退火→1.0mm→0.7mm→0.45mm→0.25mm→

　　拉矫→包装

　　合金牌号：1052 冷轧前厚度：7.0mm 冷轧坯料前宽度：1200mm

　　成品厚度：0.25mm

　　4.3.1 加工道次的安排及计算

　　表4-2 冷轧各道次参数

参数	轧制道次	1		2		3	4	5	6
					中间退火
轧前厚度/mm		7.00		3.30		1.80	1.00	0.70	0.45
轧后厚度/mm		3.30		1.80		1.0	0.70	0.45	0.25
压下量△h		3.70		1.50		0.80	0.30	0.25	0.20
道次压下率，%		52.86		45.45		44.44	30.00	35.71	44.44
轧前加工率，% 轧后加工率，% 平均总加工率，% 平均变形抗力，MPa 平面变形抗力k，MPa 平均张应力，MPa 变形区长度，mm 变形区形状系数/ 张力影响后的抗力 摩擦系数ƒ m=ƒ/ y=2aƒ/ =ƒ/ 轧辊弹性下的变形区长度=ƒ 应力状态系数 平均单位应力，M Pa 轧制总压力P，kN		0 52.86 31.72 115 126.5 30 28.9 5.61 96.5 0.11 0.62 0.010 0.61 28.56 1.378 132.98 4557.5		52.86 74.28 65.71 148 162.8 33 18.4 7.22 129.8 0.10 0.72 0.024 0.73 18.62 1.473 191.20 4272.2		74.28 85.71 81.14 159 174.9 34 13.4 9.57 140.9 0.10 0.96 0.047 1.00 14.00 1.718 242.07 4066.8	85.71 90.00 88.28 158 173.8 34 8.2 9.65 139.8 0.09 0.87 0.070 0.93 8.78 1.650 230.67 2430.3	90.00 93.57 92.14 130 143 34 7.5 13.04 119 0.08 1.04 0.078 1.10 7.91 1.822 216.82 2058.1	93.57 96.43 95.29 100 110 20 6.7 19.14 90 0.08 1.53 0.098 1.70 7.44 2.632 236.88 2114.9

　　最大轧制压力为4557.5kN，小于轧机所能承受的最大轧制压力19000kN。

　　数据计算公式：

　　道次加工率

　　= (4-4)

　　变形区长度

　　(4-5)

　　△h=H-h

　　ε=(△h/H)× 100%

　　(4-6)

　　R为工作辊辊身直径，取420mm

　　= (4-7)

　　平均张应力等于前后张应力的平均数

　　前应力q1=0.2σ0.2

　　σ0.2可由 查得[8]，(具体参考(《文献有色金属板带材生产》)

　　(4-8)

　　=0.4εH +0.6εh

　　平均变形抗力 由平均总加工率查到

　　根据斯通图解法，由m和y的值求得m’，然后由 m’的值计算

　　=(em -1 )/m’

　　平均单位应力=，轧制压力P=B