3003鋁合金鑄軋帶橫向波紋原因分析及改進(jìn)措施

劉春梅

(青海高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 海東 810700)

在鑄軋生產(chǎn)過(guò)程中，板材的表面產(chǎn)生的一條條橫向的、有規(guī)律的、狀如虎皮的斑紋叫水波紋(也叫橫向波紋)。此缺陷在鑄軋帶上下表面均可產(chǎn)生，但多出現(xiàn)在鑄軋帶下表面[1]。水波紋是鑄軋卷典型的表面缺陷，特別是3003合金尤為突出，水波紋嚴(yán)重時(shí)，在鑄軋帶材表面肉眼即可看見(jiàn)。有部分輕微水波紋時(shí)只有將帶材表面經(jīng)適當(dāng)侵蝕(酸洗或堿洗)之后才可觀察到(輕微水波紋一般不影響使用)。

1 水波紋產(chǎn)生原因分析

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論，鑄軋帶材表面的水波紋產(chǎn)生的主要原因是：鑄嘴與鑄軋輥之間的彎液面氧化膜發(fā)生周期性破裂，熔體在不同的凝固條件下結(jié)晶，從而形成明暗相間的橫向條紋(如果是局部作用則形成虎皮紋)[2]。所有對(duì)彎液面的穩(wěn)定性造成不良影響的因素均會(huì)增加出現(xiàn)水波紋的幾率。主要因素列舉如下：

(1)鋁熔體的表面張力：熔體溫度不同，表面張力也不同；合金內(nèi)化學(xué)元素隨百分比增加，鋁熔體表面張力下降。

(2)鑄嘴前沿的狀況：鑄嘴前沿如出現(xiàn)破損，在鑄軋板對(duì)應(yīng)處會(huì)出現(xiàn)局部虎皮紋。

(3)鑄嘴與軋輥間隙：由于輥套與輥芯、輥芯與輥頸之間同軸度的偏差，軸承間隙的存在，機(jī)架的彈性變形以及設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的輕微震動(dòng)等原因，鑄軋輥與供料嘴之間有一定間隙[2]，一般為上間隙1mm，下間隙0.3～0.5mm。過(guò)大的嘴輥間隙，會(huì)影響到氧化膜的穩(wěn)定性，從而出現(xiàn)水波紋。

(4)前箱液位高度和穩(wěn)定：當(dāng)前箱液位高度超過(guò)臨界值，因液面高度產(chǎn)生的靜壓力會(huì)打破熔體表面氧化膜，出現(xiàn)周期性波紋。同時(shí)，液位高度的不穩(wěn)定會(huì)出現(xiàn)間隔性水波紋。

(5)鑄軋輥表面的狀況：鑄軋輥表面粗糙度不均勻、材質(zhì)不均勻，表面潤(rùn)滑噴涂不均勻，軋輥表面與鋁液的浸潤(rùn)性差別等因素導(dǎo)致彎液面不穩(wěn)定，從而會(huì)導(dǎo)致鑄軋板面出現(xiàn)水波紋。

(6)生產(chǎn)速度也是水波紋產(chǎn)生的原因之一。在設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，設(shè)備震動(dòng)，熔體出現(xiàn)水波狀，在急速冷卻情況下結(jié)晶。

2 橫向波紋處理措施

通過(guò)以上分析采取以下方式進(jìn)行改善：

(1)合理控制合金成分，以3003合金為例，雜質(zhì)元素最好控制在成分范圍下限，前箱溫度避免波動(dòng)太大。

(2)鑄嘴使用前，仔細(xì)檢查有無(wú)破損，在鑄嘴前沿刷一層氮化硼涂料，減少掛渣。生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)鑄嘴局部損壞時(shí)，需停機(jī)重新立板。

(3)安裝鑄嘴時(shí)合理調(diào)整鑄嘴與軋輥上下間隙，在保證立板后鑄嘴受熱膨脹，鑄嘴前沿不與軋輥發(fā)生摩擦的前提下，盡量減小嘴輥間隙[3]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)和工作積累，目前嘴輥間隙安裝時(shí)控制在上間隙為1mm，下間隙為0.3～0.5mm比較適宜生產(chǎn)。

(4)在不影響板面質(zhì)量的前提下，降低前箱液位，減少因靜壓力過(guò)大而造成的水波紋，同時(shí)在控流器安裝時(shí)，位置需調(diào)整精確。

(5)采用優(yōu)質(zhì)輥套，合理安排軋輥磨削，火焰噴涂合理調(diào)整，確保整個(gè)輥面噴涂均勻一致。

(6)調(diào)整適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)速度。在保證以上其它參數(shù)不變情況下采用不同的軋制速度進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，找出最佳的軋制速度。

鑒于表面出現(xiàn)水波紋，以Ф1003×1900軋機(jī)為例進(jìn)行試驗(yàn)。參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 1003×1900傾斜式雙驅(qū)動(dòng)鑄軋機(jī)參數(shù)

本次試驗(yàn)采用的合金為3003，鑄嘴采用1級(jí)分配進(jìn)行生產(chǎn)，鑄嘴分布見(jiàn)圖1。通過(guò)對(duì)主機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整及板厚對(duì)橫向波紋進(jìn)行優(yōu)化。

圖1 一級(jí)分配鑄嘴

本次試驗(yàn)采用規(guī)格為1300mm的板寬為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。第一次立板采用高速生產(chǎn)，將生產(chǎn)速度調(diào)整在750～950mm/min范圍內(nèi)波動(dòng)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 3003合金在不同生產(chǎn)速度下橫向波紋出現(xiàn)的概率統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表2可以得出結(jié)論，通過(guò)對(duì)軋機(jī)生產(chǎn)速度進(jìn)行調(diào)整，可以有效地改善表面橫波紋，穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)平衡是改善橫向波紋的根本措施。因鑄軋的生產(chǎn)特性一般都會(huì)存在水波紋，不同合金水波紋嚴(yán)重程度不一樣，也不能完全地消除。生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)以上工藝調(diào)整和其它輔助設(shè)施的改進(jìn)來(lái)減輕水波紋。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析鑄軋帶材橫向波紋產(chǎn)生的原因，找出了幾種控制措施，通過(guò)控制合金中的雜質(zhì)元素含量，改善鑄嘴質(zhì)量，合理控制鑄嘴間隙，調(diào)整前箱液位，采用優(yōu)質(zhì)輥套，調(diào)整軋制速度等方法來(lái)有效地減少或消除鑄軋帶材表面橫向波紋，改善產(chǎn)品質(zhì)量。