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四個道次生產雙零鋁箔軋制工藝淺析

2019-12-19 10:20 [專家論文] 來源于:有色技術與設備信息網
導讀:四個道次生產雙零鋁箔軋制工藝淺析 李躍民閆學寶 萬基控股集團有限公司河南省洛陽市新安縣471800 摘要:近年來,隨著鋁箔生產工藝技術的發展和生產設備的不斷更新,各現代化鋁箔生產企業為了提高生產率降低生產成本,在充分發揮軋件的塑性和設備能力允許的條件下,盡可能地采用較大的道次加工率,減少軋制道次,以便提高軋機的生產效率,降低生產成本。本文著重介紹...
四個道次生產雙零鋁箔軋制工藝淺析
李躍民 閆學寶
萬基控股集團有限公司 河南省 洛陽市 新安縣471800
 
        摘要:   近年來,隨著鋁箔生產工藝技術的發展和生產設備的不斷更新,各現代化鋁箔生產企業為了提高生產率降低生產成本,在充分發揮軋件的塑性和設備能力允許的條件下,盡可能地采用較大的道次加工率,減少軋制道次,以便提高軋機的生產效率,降低生產成本。本文著重介紹四個道次軋制雙零鋁箔的工藝,探討常見問題解決措施
        關鍵詞:  鋁箔軋機  坯料  軋制油  軋制工藝  
         Abstract:  in recent years, with the development of production technology of aluminum foil and the constant update of the production equipment,  in order to improve the productivity and reduce the production cost of aluminum foil, given full play to the rolling plasticity and within the capacity of the equipment, the modern manufacturers use larger working rate and reduce the rolling pass to improve the mill production efficiency and reduce production costs. This paper focuses on the introduction of the four processes of rolling light aluminium foil and discussing the ways to solve the common problems.
Keywords:   aluminum foil  foil stock  rolling oil  rolling technology
 
        鋁箔軋制過程中,道次及道次加工率的確定,是制定軋制工藝的重要環節。道次及道次加工率的合理與否影響產量及軋機的生產效率,同時直接影響產品質量,因此,在制定軋制工藝時,必須合理地安排好道次數及道次加工率,這樣才能保證產品的質量要求,提高生產率。原有生產工藝一般采用五個道次甚至六個軋制雙零鋁箔,純鋁一般道次加工率是55%左右,合金鋁的道次加工率一般在35%。我公司近來采用四個道次軋制雙零六鋁箔,并已批量穩定生產。純鋁道次加工率提高到了63%左右,成功減少了生產道次。本公司生產工藝的確定是從坯料規格、軋機性能、工藝潤滑、冷卻條件、張力范圍、軋輥磨削、軋制速度、操作方法和表面質量等方面來實現的。
 
1  鋁箔生產裝備
        本單位使用當前國內最先進、設計寬度最寬的ACHENBACH軋機,軋機裝配了ACHENBACH先進的AGC厚度控制系統、AFC板形自動控制控制系統。設備最大壓下率可達到70%,為減道次生產提供了基礎。
 
 表一:鋁箔軋機主要技術參數
設備參數 1#軋機 2#軋機 3#軋機
軋輥尺寸/mm 950/280 950/280 950/280
最大軋制速度m/min 2000 2000 2000
最大軋制寬度/mm 1980 1980 1980
最大入口厚度/mm 0.6 0.35 0.35
最小出口厚度/mm 0.012 1*0.01/2*0.0055 1*0.01/2*0.0055
最大軋制力/kN 7000 7000 7000
最大壓下率 70% 70% 70%
 
2  坯料選擇及質量要求
2.1  鋁箔坯料厚度、寬度、狀態的選擇
        坯料厚度:原五道次軋制雙零鋁箔時選擇的鋁箔坯料的厚度范圍在0.35mm-0.5mm之間,采用四道次軋制雙零鋁箔時為避免道次壓下量過大造成表面質量缺陷一般采用厚度為0.35mm以下的坯料,本公司采用的厚度為0.28mm。厚度公差一般要求控制在厚度的±3%以內,要求嚴格的甚至控制在厚度的±2%以內。
        坯料寬度:坯料寬度是根據軋機最大軋制寬度、設備能力和成品規格,且考慮切邊量來確定的。根據軋機的技術參數本公司的最大入口寬度為1980mm。寬度公差一般要求控制在±2mm以內,要求嚴格的應為±1.0mm。
        坯料重量:坯料的重量主要取決于設備的機械化程度和結構性能。卷重越大,生產率越高幾何廢料減少,因此提高卷重量是提高產量、降低成本的有效措施。本公司的最大軋制重量12870kg。
        坯料性能:鋁箔坯料狀態分為軟狀態、半硬狀態、和全硬狀態三種,鋁箔毛料的力學性能應符合下列要求:H18狀態,αb≥150MPa,δ≥2%;14狀態,αb≥110MPa,δ≥3%。
 
2.2  坯料的冶金質量
        用于生產鋁箔坯料的熔體要有高的金屬純潔度,熔體含渣、含氣量要低,熔體精練后氫含量必須控制在0.12mL/(100g鋁)以下,生產的鑄軋坯料不產生氣道、夾渣等內部質量缺陷,晶粒度達到一級。

2.3  坯料的表面質量
        毛料表面質量直接影響到鋁箔的表面質量。坯料的表面質量加以嚴格控制,表面要潔凈、平整、無腐蝕,表面不允許有油斑、孔洞、金屬和非金屬壓入物、暗紋、擦劃傷等缺陷。

2.4  坯料的板形質量
        對鋁箔毛料的板形要求控制在15I以內。不允許有兩邊松或兩邊緊、兩肋松或兩肋緊、中間松等不良板形。板形的理想狀態應為拋物線狀,中凸度要求控制在厚度的1%以內。

2.5  鋁箔毛料的技術標準要求
        鋁箔毛料的技術標準應涵蓋以下12個方面的內容:合金與狀態,卷材尺寸與公差,化學成分,性能與組織,表面粗糙度,平直度,凸面率,內、外部質量,端面質量,包裝要求,質量證明書和其他要求等。作為技術標準,每項內容應有具體的技術要求.

3  生產過程控制
3.1  道次加工率:
        原鋁箔軋制道次加工率一般控制在50%~60%,減道次后鋁箔道次加工率一般在60%以上。軋制壓下量的分配按道次加工率逐步上升的原則。減道次后與原軋制加工率對如表二表三,
表二:五道次雙零鋁箔的軋制加工率
道次 坯料 Pass1 Pass2 Pass3 Pass4 Pass5
厚度 350μ 165 76 34 15 6
壓下量 - 185 89 42 19 9
加工率 - 52.86% 53.94% 55.26% 55.88% 60.0%
 
表三:減道次后的鋁箔加工率
道次 坯料 Pass1 Pass2 Pass3 Pass4 Pass5
厚度 280 108 42 16 6 /
壓下量 - 172 66 26 10 /
加工率 - 61.4% 61.1% 61.9% 62.5%    /
 

3.2  軋制工藝參數選擇
        軋制力:對于厚度0.05mm以上的箔材能起到主要壓下作用,因減道次生產時壓下量較大,為保證其他工藝參數平衡,因此軋制力的使用也較大。
        軋制速度:軋制速度是軋機和軋制技術先進程度的主要標志,鋁箔軋機的發展方向,就是高速軋制,以獲得高的生產率,但減道次生產時,前兩道絕對壓下量大,變形熱和摩擦熱較大,如果軋制速度過快極易產生起鼓。
        后張力:后張力應控制較小,避免對鋁箔內部組織塑性的破壞,有利于針孔的減少。
        軋制油溫:為保證軋制油的冷卻能力、控制好版型,防止軋制起鼓要控制好軋制油溫度。
        版型曲線:軋制過程I值特別是前4道次I值的設定一與控制,不僅受到坯料的影響,而且如果板形控制不好,直接會導致在成品道次軋制過程中出現起皺、起棱等現象。具體方案見下表四:
            
 
表四:0.006mm鋁箔軋制工藝

厚度/um 張力/(N*mm-2) 速度 軋制力/kN 目標板形/I 軋制油 熨平輥壓力/MPa
入口 出口 入口 出口 m/min 油溫/℃ 油壓/MPa 流量/% 壓力 平衡力
1 280 108 20~28 30~35 500~900 ≧1800 -10 30~40 0.6~0.7 40~60 ≧0.3 0.2~0.35
1 108 42 28~32 35~42 700~1300 ≧1800 -12 35~45 0.6~0.7 40~60 ≧0.3 0.2~0.35
3 42 16 32~38 35~42 900~1500 ≧2000 -12 35~45 0.6~0.7 40~60 ≧0.3 0.2~0.35
4 2×16 2×6 ≦50 35~45 400~700 ≧2200 -14 40~50 0.6~0.7 40~60 ≧0.3 0.2~0.35
 
 
3.3  軋制油的選擇與管理
        在箔材軋制中,軋制油除了起冷卻、潤滑作用外,其抗壓性對箔材的軋制壓下量有很大的影響,在一般的情況下潤滑油的抗壓性好,道次加工率大,否則道次加工率將減少。
本廠粗、精軋同時選用了一種低粘度的基礎油MOA-80,通過調整添加劑的含量來滿足粗、精軋不同的工藝要求。這樣做從軋制油的管理上比較方便。所選基礎油指標如下表五:
表五:基礎油指標
  MOA-82 MOA-80
密度(g/cm3) ≤0.800 ≤0.800
粘度(40℃ cst) 1.680±0.050 1.600~1.730
溴價(mgBr/100g) ≤30 ≤30
塞氏色度 +30 +30
餾 程(℃) 208~238 203~243
閃 點(℃) ≥82 ≥80
水 分(ppm) ≤70 ≤70
芳 烴 (%) ≤0.1 ≤0.1
硫 份(ppm) ≤2 ≤2
灰 份 (%) ≤0.01 ≤0.01
 
        軋制油添加劑主要使用的是酯、醇添加少量酸,從而使軋制油達到最佳效果。因四道次出雙零成品所采用的道次壓下量較大,所以添加劑含量較五道次軋制時含量高。醇的添加量一般為基礎油量的2%~5%,酯的添加量為基礎油量的1%~3%。當酯含量過低時,則在軋制時會發生壓不下的現象;而過高時退火后易產生油斑。具體軋制油使用指標見下表六:
表六:軋制油控制指標
指標名稱 單  位 指標范圍
粗軋 中精軋
月桂酸含量 % <0.2 <0.15
A6含量 % 1.5~2.8 1.5~2.5
A12含量 % 0.8~2 0.8~2

 
初 餾 點 >208 >208
終 餾 點 <265 <260
殘 留 物 ml <5.0 <4.0
粘  度(40℃) CST 1.70~2.2 1.70~2.1
閃  點(閉口) >83 >82
水   份 PPm <200 <150
灰   份 % <0.03 <0.03
 
 
3.4  軋輥管理
        軋輥是軋制工藝的重要一環,軋輥質量穩定是軋制穩定的基礎。主要工藝
參數是軋輥凸度與表面粗糙度的控制,本廠減道次軋制時軋輥磨削工藝如表七:
表七:軋輥磨削工藝參數
  軋輥凸度/ um 表面粗糙度/ um
支承輥 30 0.6~1.0
工作輥 粗軋 30~40 0.23~0.27
中軋 30~40 0.14~0.16
精軋 30~40 0.05~0.055
 
3.5  中間退火
        中間退火主要是為了消除加工硬化。熱軋鋁箔坯料從750μ軋制到15μ,總加工率已經達到98%,抗拉強度達到180MPa左右。這樣,在成品軋制過程,減薄相對困難,經常發生打滑。
中間退火的另外一項主要任務是減少成品的針孔。經驗數據表明,熱軋坯料軋制雙零鋁箔,中間退火以后軋制針孔成倍減少。
所以中間退火一般安排在成品道次之前,使鋁箔機械性能從160~180MPa降低到120~140MPa。因為坯料厚度選擇有所不同,四道次生產比五道次軋制總加工率略低,加之四道次生產時變形區溫度高,降低了鋁箔的加工硬化程度,因此中間退火溫度比五道次生產時略低。
中間退火工藝:165℃×8~18h。

4  常見問題及解決措施
4.1  板形控制
        減道次后隨著道次加工率的上升,變形區內的變形熱急劇增加,超出軋制油的冷卻能力,使局部版型惡化,造成版型不良。因為軋制過程中工作輥輥型的變化主要來源于溫度的干擾,其中軋材產生的變形熱是使軋輥溫度上升的主要原因,為了獲得良好的板形,必須對輥型的變化給予及時有效地糾正,
原始輥型的設計不可能完全適應不同規格。軋輥的凸度與來料板帶的板凸度不能完全相匹配,容易早成版型不良,打底廢料。因此換新輥后軋制前軋輥預熱很重要。但傳統的熱輥方式很難達到理想的效果,而且熱輥時間較長,造成成品率損失,制約生產效率。通過分段冷卻熱輥的方式可以有效的解決,即開機軋制前應根據工作經驗對出口版型進行預判,例如寬幅鋁箔軋制時版型容易出現小邊緊肋部松中間松,熱輥時可對應出口的預判版型將軋制油油嘴分段開啟控制流量大小控制輥型,使輥型接近軋制時的熱凸度。這樣可以有效提高打底質量和版型質量。

4.2  軋制起鼓
        鋁箔軋制過程中,特別是減道次生產時將會產生大量的變形熱和摩擦熱.使軋制變形區始終處于受熱狀態。如果變形區的軋輥局部溫度過高。超出了軋制冷卻油的最大沖冷卻能力,使該處的熱膨脹變大,則與之對應該處出口鋁箔變松,如在鋁箔卷取過程中無法將其展平。則該處卷取后的孔隙率比平整處的大,累積后就形成起鼓,也稱為熱鼓,
鋁箔熱鼓問題具體措施為:根據出口側打底時的板形情況及時調整軋輥凸度,保證打底的質量和正常軋制時的板形控制;板形參數的設汁必須保證出口板形平整同時保證中部比邊部略緊,即保持一定中高,還要考慮道次間板形參數的合理過渡;應定期檢查噴嘴的噴射效果,及時停機檢查軋制油嘴工作情況;一般軋制油的配制按照高油膜強度、低粘度、低油斑傾向的原則,配制過程中嚴格控制好軋制油的各項性能參數;更換清輥器膠片或更換支承輥后必須檢查清輥器膠片與支撐輥的壓靠輥是否正常,同時調整好清輥器壓力;注意觀察料面的質量情況;應根據來料性質和設備的冷卻能力合理分配好道次壓下率。在具體原因未明確之前,為防止批量廢品出現,一般都先采用降溫、降速的方法來進行生產。

4.3  針孔控制
        由于四道次軋制雙零鋁箔壓下量大大增加,因此對應使用的軋制工藝參數較大,出現針孔的幾率也就大為增加。因此,除了坯料的質量需要確保之外,在生產過程中要特別注意以下方面:
四道次生產雙零鋁箔是,軋制速度和后張力的控制應結合軋輥表面粗糙度和軋制油的性能進行調整。特別是在軋制成品的前一道次和成品道次軋制速度和后張力的控制是否合適對針孔影響最大。實踐證明軋制速度太快或后張力太大針孔數明顯增多,速度太慢或后張力太小又影響生產效率甚至造成鋁箔出現皺褶、開縫等。因此要合理控制速度和張力,我們的工藝要求正常軋制時速度不大于600m/min,后張力不大于65N/mm² .
         軋制油的潔凈度越高越好,針孔數越少。因此,要合理調配硅藻土與活性白土的比例,定期清洗過濾器,并有專人管理,保證軋制的過濾系統必須良好運行。
 對軋輥表面粗糙度要求特別嚴格,如果軋輥表面粗糙度太高,則軋制速度較快,針孔增多且表面光亮度低,  為保證穩定性和質量、降低針孔。應保證工藝要求的粗糙度參數。
 
5  成果分析 
5.1  質量情況
        通過改變道次壓下量、控制油溫、一二道次交叉軋制、篩選軋輥、沖洗軋輥及加大基礎潤滑油等方式解決了高速軋制時的熱鼓、二道次斜紋問題,避免了很容易出現的表面質量、板形不良等問題。通過控制工藝參數和采取其他控制針孔措施,0.006mm鋁箔針孔數均小于1000個/㎡,最少控制在200個/㎡。針孔在卷面邊部較多,有少量密集成行針孔。由于斷帶較少,生產情況穩定,加上固定的幾何切邊、每道次料頭及料尾扒料,成材率較高,軋制綜合成品率在95%以上。

5.2  提高了生產效率
        對于四個道次生產雙零鋁箔最大的優勢是極大提高生產效率,降低生產成本。通過初步統計工藝由原來五道次改為四個道次出成品后,生產效率提高了15%以上,以本廠3臺鋁箔軋機為例,原設計年產量為20000噸,減道次后理論計算年產量可達到25000噸。同時大幅降低了單位輔材的消耗,降低了成本。
 
6  結束語
        通過對優化選擇坯料,尤其是在不增加原料成本情況下,合理定制坯料厚度,合理制定道次壓下率、優化調配添加劑、優化工藝參數、以及對板型和表面質量等關鍵因素的控制,成功實現四道次軋制出0.006㎜優質鋁箔,極大提高了生產效率,有效降低了生產成本。為企業的良性發展和擴大市場競爭力奠定了堅實基礎。
 
參考文獻
        [1]潘復生,張靜,等。鋁箔材料[M].北京:化學工業出版社,2005
        [2]王祝堂,田榮章。鋁合金及其加工手冊[M].長沙:中南大學出版社,2005
 
 

(編輯:chengyang)

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