餐具用鋁箔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究*

李翠紅，袁 榮，王義仁，賈瑞嬌，宋志國(guó)，楊建波，劉順江

（云南浩鑫鋁箔有限公司，云南 昆明 650502）

鋁箔具有高阻隔性、質(zhì)輕、能夠防潮、防水、防腐、遮光，安全健康、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在包裝行業(yè)應(yīng)用廣泛[1]。鋁箔餐盒的無(wú)毒、健康完全符合國(guó)家食品容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不僅可回收利用，而且能達(dá)到降低污染、節(jié)約能源的目的，受到越來(lái)越多人的青睞。開(kāi)展餐具用鋁箔的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)企業(yè)的發(fā)展有很大意義。為了開(kāi)發(fā)出滿足市場(chǎng)需求、高品質(zhì)、高附加值的綠色餐具用鋁箔，本文對(duì)某公司餐具用鋁箔生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 餐具用鋁箔生產(chǎn)工藝

1.1 合金成分

某公司生產(chǎn)餐具用鋁箔根據(jù)客戶要求主要采用8011合金生產(chǎn)?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 8011合金鑄軋帶坯生產(chǎn)餐具用鋁箔化學(xué)成分Tab.1 Chemical component of aluminum foil for tableware produced by 8011 alloy cast-rolling strip %

1.2 餐具用鋁箔生產(chǎn)工藝流程

餐具用鋁箔生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 餐具用鋁箔生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Process flow chart for production of aluminum foil for tableware

2 餐具用鋁箔生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 鋁熔體的凈化技術(shù)

隨著鋁箔深加工企業(yè)對(duì)鋁箔質(zhì)量要求的提高，鋁箔生產(chǎn)企業(yè)對(duì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高，高品質(zhì)鋁熔體決定了鋁箔坯料的質(zhì)量，而氫含量的高低則是高品質(zhì)鋁熔體關(guān)鍵影響因素。熔體凈化技術(shù)是提高鋁熔體質(zhì)量的主要途徑，同時(shí)熔體凈化效果又直接影響后道工序的生產(chǎn)效率，因此保證熔體凈化質(zhì)量，研究開(kāi)發(fā)高效鋁熔體精煉凈化技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量餐具用鋁箔具有舉足輕重作用[2]。鋁液精煉后會(huì)轉(zhuǎn)至保溫爐中，有時(shí)由于鑄軋機(jī)突發(fā)異常情況而使鋁液在保溫爐內(nèi)靜置時(shí)間長(zhǎng)達(dá)（8～12）h，在此過(guò)程中鋁液一直在吸氫、氧化，氫含量和氧化夾雜不斷增加，增加后續(xù)鋁箔軋制中產(chǎn)生氣道、夾渣等缺陷的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。為了降低鋁液中的氫含量，采用ALPUR在線除氫技術(shù)。ALPUR在線除氫技術(shù)是借助旋轉(zhuǎn)噴嘴產(chǎn)生微小氣泡的爐外熔體連續(xù)凈化處理裝置。在研究實(shí)施過(guò)程中，對(duì)Alpur在線除氫工藝進(jìn)行了優(yōu)化，在其它條件相同的情況下，精確控制Ar氣體流量在（2.5～3.0）m3/h、噴頭轉(zhuǎn)速在（265～285） r/min，通過(guò)控制氣體流量和噴頭轉(zhuǎn)速，改善氣泡數(shù)量和直徑，增加氣液接觸的時(shí)間，達(dá)到最佳的除氫效果。通過(guò)優(yōu)化在線除氫工藝，使熔體氫含量小于0.1 mL/100 gAl，保證了鋁熔體的潔凈度，得到了純凈的鋁熔體，后續(xù)生產(chǎn)出的餐具箔在線檢測(cè)針孔數(shù)為0。

2.2 冷軋板型控制技術(shù)

板型是鋁板帶重要質(zhì)量指標(biāo)，高精度板型是高級(jí)精品鋁板帶重要特征。板型控制是超寬幅鋁板帶軋機(jī)的核心技術(shù)、前沿技術(shù)和高難度技術(shù)。在生產(chǎn)餐具用鋁箔過(guò)程中，冷軋板的板型對(duì)高品質(zhì)鋁箔起著決定性作用，因此要嚴(yán)格控制鋁板的平直度I和厚度公差。板型平整，無(wú)明顯鼓泡，無(wú)明顯單邊松緊及因開(kāi)切問(wèn)題產(chǎn)生內(nèi)層橫向印痕是軋制最基本的要求。為滿足產(chǎn)品的質(zhì)量及客戶的要求，通過(guò)多次研究試驗(yàn)確定了工作輥粗糙度（0.3～0.6） μm，凸度0，使用中間輥CVC在線可變凸度控制，凸度變化（-0.1～+0.6） mm，開(kāi)卷張力 （20～30） N/mm2，卷曲張力 （20～30） N/mm2，速度≥600 m/min的軋制工藝。有效的控制板型平直度≤10 I，厚度公差誤差≤±1.5%。

通過(guò)采用上述工藝參數(shù)，有效解決了因冷軋板型問(wèn)題而導(dǎo)致后續(xù)軋制質(zhì)量缺陷，極大提高了餐具用鋁箔的生產(chǎn)效率和成品率，結(jié)果如表2所示。

表2 餐具用鋁箔生產(chǎn)工藝對(duì)比Fig.2 Comparison on production process of aluminum foil for tableware

2.3 VC輥板型控制技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，鋁箔材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)對(duì)鋁箔產(chǎn)品的板型精度要求越來(lái)越高，設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平不斷提高，鋁箔軋機(jī)也不斷向?qū)挿l(fā)展，這就使得鋁箔軋制過(guò)程中板型越來(lái)越難控制。由于負(fù)輥縫軋制的原因，軋輥傾斜和液壓彎輥對(duì)板型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。這個(gè)時(shí)候雖然通過(guò)軋輥冷卻控制軋輥熱凸度可減小前兩種控制所剩余的板型局部偏差，但響應(yīng)速度慢，控制效果也隨厚度減薄而減弱。為解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的軋機(jī)設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)廠家開(kāi)始采用可變凸度輥（VC輥）作為支承輥使用，用于消除板型拋物線部分偏差，大幅度提高了板型質(zhì)量[3-6]。

目前某公司軋機(jī)的板型控制都是靠操作手的經(jīng)驗(yàn)，加上生產(chǎn)設(shè)備的特性，使得生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中對(duì)于板型的控制變得異常困難，大大的增加了分卷、分切的難度，限制了分切的效率。而鋁箔軋制的核心就是如何控制好板型。VC輥板型控制技術(shù)可以達(dá)到以下效果：①改善板型質(zhì)量；②可在線改變凸度，從而達(dá)到調(diào)整板型的目的；③改善冷啟動(dòng)對(duì)板型的影響；④通過(guò)在線調(diào)節(jié)板型控制，可達(dá)到快速調(diào)整板型效果，降低每卷的頭尾廢料；⑤可以與傳統(tǒng)的支承輥組件互換。

為了改善板型質(zhì)量，提高鋁箔綜合成品率，某公司通過(guò)開(kāi)發(fā)VC輥板型控制技術(shù)，探索出最佳軋制配制參數(shù)，確定了工作輥粗糙度（0.30～0.4）μm，凸度（+0.04～+0.06） mm，開(kāi)卷張力（30～50）N/mm2，卷曲張力 （30～40） N/mm2，速度 （300～600） m/min，軋制力（80～150） t的軋制工藝。采用以上參數(shù)軋制可有效的控制板型平直度≤5 I，厚度公差誤差≤±3%，結(jié)果如表3所示。

表3 厚度公差統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of thickness tolerance

2.4 表面質(zhì)量控制技術(shù)

電解鋁液鑄軋法制備餐具用鋁箔試驗(yàn)卷在后續(xù)的使用過(guò)程中，因表面粗糙、條紋多，嚴(yán)重影響后續(xù)加工，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)鋁箔表面粗糙的主要原因在于坯料的原始晶粒粗大，導(dǎo)致后續(xù)軋制過(guò)程中鋁箔兩面的變形不一致，從而產(chǎn)生表面粗糙。餐具用鋁箔坯料由于使用電解鋁液直接生產(chǎn)，其自身存在“三高一低”的特點(diǎn)，影響了鑄軋坯料的晶粒度。為了得到組織均勻、晶粒細(xì)小的鋁箔坯料，鋁液中需要添加晶粒細(xì)化劑來(lái)細(xì)化晶粒。眾多晶粒細(xì)化劑中，Al-Ti-B絲對(duì)鋁合金熔體的晶粒細(xì)化效果非常顯著，Al-Ti-B絲細(xì)化劑的細(xì)化效果取決于細(xì)化劑中的TiAl3、TiB2。TiB2晶粒與周?chē)w無(wú)共格關(guān)系，不是鋁晶粒的有效核心，而基體中存在的TiAl3則與周?chē)X原子有共格關(guān)系，是有效形核劑[7-8]。李純遲等[9]的實(shí)驗(yàn)研究表明TiB2能促進(jìn)TiAl3形核，強(qiáng)化細(xì)化效果。采用Al-Ti-B絲作為晶粒細(xì)化劑來(lái)細(xì)化晶粒，通過(guò)多次試驗(yàn)研究，確定了Al-Ti-B絲的添加溫度≥720℃、添加量 （2.0～3.0） kg/t·Al，添加點(diǎn)在鋁合金熔體流入箱體式除氣機(jī)入口處在線連續(xù)添加。通過(guò)除氣箱不停運(yùn)轉(zhuǎn)地除氣，Al-Ti-B絲在不停的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，也被均勻地?cái)嚢柙阡X合金熔體中，大顆?；蛘咂渌s物則隨著除氣產(chǎn)生的浮渣一起浮在表面，所以每隔一段時(shí)間要清除一次表面浮渣。通過(guò)使用Al-Ti-B絲作為晶粒細(xì)化劑，有效控制鋁箔鑄軋坯料晶粒度，達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提高了鋁箔表面細(xì)膩度。

2.5 表面清潔技術(shù)

表面質(zhì)量是高品質(zhì)餐用鋁箔的重要質(zhì)量指標(biāo)，表面質(zhì)量缺陷可分為黑點(diǎn)、黑條、油污、油斑等。鋁箔產(chǎn)品表面油污質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，其歸根是鋁箔表面的除油問(wèn)題，但是鋁箔在生產(chǎn)過(guò)程中由于工序多而且每個(gè)工序都是多個(gè)道次軋制，難點(diǎn)在于找到“黑點(diǎn)、黑條”產(chǎn)生的根源，同時(shí)由于設(shè)備缺陷造成產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)。因此某公司通過(guò)油滴、油霧、油膜揮發(fā)等三個(gè)方面進(jìn)行控制。

1）油滴控制。油滴來(lái)源可分為支撐輥旋轉(zhuǎn)帶出的旋散油滴、軋機(jī)吹掃氣流運(yùn)動(dòng)受阻后反彈的邊部油滴。支撐輥的旋散油滴可通過(guò)調(diào)整刮板膠條的貼合緊密性和壓力來(lái)大量“刮除”；剩余的油量可以通過(guò)出口防濺板內(nèi)的上輥縫空氣吹掃裝置將其吹離板寬范圍。軋機(jī)吹掃氣流運(yùn)動(dòng)受阻的飛濺油滴可結(jié)合上板面各區(qū)域的吹掃風(fēng)量的配合調(diào)整以及邊部堵油來(lái)進(jìn)行控制；

2）油霧控制。鋁箔軋制時(shí)，軋制油在接觸高溫軋輥后揮發(fā)，隨吹掃空氣或上升氣流流動(dòng)，形成大量油霧。當(dāng)油霧與鋁箔表面接觸時(shí)，冷卻吸附在鋁箔表面，進(jìn)一步增加其表面油膜量；當(dāng)油霧在軋制通道上方冷凝時(shí)，會(huì)匯集形成冷凝油滴滴落至鋁箔表面。油霧的控制除了降低軋制油溫度和軋制速度外，可在軋機(jī)出口側(cè)增加由上向下的氣流，創(chuàng)造一個(gè)“正壓”環(huán)境以防止油霧向上運(yùn)動(dòng)；增加風(fēng)機(jī)使油霧由軋機(jī)出口側(cè)吹向入口側(cè)，讓油霧從軋機(jī)入口側(cè)經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)收集交全油回收裝置冷凝回收；

3）油膜控制。鋁箔軋制時(shí)，表面會(huì)有一層油膜，油膜過(guò)厚會(huì)降低鋁箔與其他材料的粘附性。以下方式可降低鋁箔表面的油膜厚度：①增大軋制道次加工率，可以降低油膜厚度，軋制餐具用鋁箔時(shí)加工率在40%～60%利于油膜的控制；②增大軋機(jī)吹掃風(fēng)壓，可降低油膜厚度，軋制餐具用鋁箔時(shí)吹掃風(fēng)壓控制在（4.0～6.0）Bar較宜；③降低軋制油粘度，有利于油膜的揮發(fā)。軋制油為90#基礎(chǔ)油時(shí)，采用4%～7%的軋制油添加劑（添加劑越高，粘度越大）即可滿足軋制潤(rùn)滑條件，對(duì)應(yīng)粘度為（1.9～2.0） mm2/s，油膜較易揮發(fā)；④趁熱分切，利于油膜的揮發(fā)。餐具用鋁箔成品軋制后的料溫一般在（60～75）℃，軋制后立即分切，分切速度控制在600 m/min以內(nèi)，有利于油膜進(jìn)一步揮發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

1）采用ALPUR在線除氫技術(shù)，精確控制Ar氣體流量在（2.5～3.0） m3/h、噴頭轉(zhuǎn)速在（265～285） r/min，可有效去除鋁合金熔體中的氣和渣，氫含量≤0.1 mL/100 gAl，生產(chǎn)出的餐具用鋁箔針孔數(shù)為0；

2） 采用冷軋板型、VC輥板型控制技術(shù)，確定了工作輥粗糙度 （0.30～0.4） μm，凸度 （+0.04～+0.06） mm，開(kāi)卷張力 （30～50） N/mm2，卷曲張力 （30～40） N/mm2，速度 （300～600） m/min，軋制力（80～150） t的軋制工藝參數(shù)，有效控制板型平直度≤5 I，厚度公差誤差≤±3%，有效解決了餐具用鋁箔生產(chǎn)中由板型不良帶來(lái)的質(zhì)量缺陷，極大提高了餐具用鋁箔的成品率；

3）采用表面質(zhì)量控制技術(shù)，確定了Al-Ti-B絲的添加溫度≥720℃、添加加量（2.0～3.0） kg/t.Al，在鋁合金熔體流入箱體式除氣機(jī)入口處在線連續(xù)添加，有效控制鋁箔鑄軋坯料晶粒達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提高鋁箔表面細(xì)膩度，有效改善了餐具箔表面質(zhì)量；

4）通過(guò)油滴、油霧、油膜揮發(fā)等三個(gè)方面進(jìn)行控制，有效去除鋁箔表面油污，控制表面“黑點(diǎn)、黑條”等缺陷產(chǎn)生，生產(chǎn)出了高質(zhì)量餐具用鋁箔，得到客戶的高度好評(píng)。