曾 虎，鄧 濤

(洛陽(yáng)萬(wàn)基鋁加工有限公司，河南 洛陽(yáng) 471800)

隨著鋁箔下游企業(yè)對(duì)鋁箔質(zhì)量要求的提高，鋁箔生產(chǎn)企業(yè)對(duì)鋁箔坯料的質(zhì)量要求也越來(lái)越高?；诟鲝S(chǎng)家不斷降低生產(chǎn)成本的需求，使用鑄軋料生產(chǎn)雙零箔已經(jīng)成為鋁箔廠(chǎng)的不二選擇。使用鑄軋坯料避免了熱軋坯料加工過(guò)程中的銑面、預(yù)熱和熱軋工序，縮短了工藝流程，減少了這些工序可能因操作不當(dāng)給鋁箔工序帶來(lái)的不利因素和缺陷。在鑄軋熔煉工序加入電解鋁液，省去了鋁錠的鑄造和重融，降低了重熔和鑄造的能耗，減少了鋁的燒損，對(duì)企業(yè)的盈利影響較大。雖然直接使用電解鋁液有一些難度，但隨著鑄軋裝備性能的不斷提升和操作工藝的持續(xù)完善，使用部分電解鋁液的鑄軋坯料完全可以滿(mǎn)足雙零箔的生產(chǎn)要求。

1 鋁箔坯料質(zhì)量的要求

(1)鑄軋的熔體質(zhì)量

鑄軋的熔體質(zhì)量主要指熔體金屬純潔度，熔體含渣、含氣量和合金成分，要求進(jìn)入前箱的熔體氫含量必須控制在0.10ml/100gAl以下。因鋁液中渣和氣存在相互寄生的機(jī)制，所以，只要能把氫含量控制在要求范圍，渣的含量也會(huì)相應(yīng)減少；合金成分要均勻且控制在中限最佳。

(2)坯料的表面質(zhì)量

坯料表面質(zhì)量直接影響到鋁箔的表面質(zhì)量。要求坯料表面要潔凈、平整、無(wú)腐蝕，表面不允許有熱帶、氣道、油斑、孔洞、粘輥、橫波、縱向條紋、裂紋、腐蝕、擦劃傷、黑點(diǎn)、金屬和非金屬壓入物等影響使用的缺陷。

(3)內(nèi)部組織

要求鑄軋板晶粒度一級(jí)，細(xì)小、均勻的晶粒直接影響加工制品的組織和性能。

2 電解鋁液的特點(diǎn)及對(duì)后續(xù)箔軋的影響

(1)電解鋁液省去了鋁錠的鑄造和重熔工序，節(jié)約能源，提高了生產(chǎn)效率，降低了燒損。在生產(chǎn)實(shí)踐中，鋁錠等固態(tài)厚料的燒損在2%～4%，電解鋁液的燒損在1%～2%，主要是氧化物和雜質(zhì)。

(2)鋁液溫度高，非自發(fā)晶核少，結(jié)晶時(shí)形核率低。經(jīng)對(duì)軋制后樣板顯微組織研究表明，鑄軋帶坯的粗大晶粒有孿晶特性，表面部分為片狀結(jié)構(gòu)，片狀組織下層至中心線(xiàn)部分為羽毛狀結(jié)晶組織，這種孿生組織具有很強(qiáng)的方向性，軋制中很難破碎，直接影響鋁箔產(chǎn)品的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。

(3)鋁液中氧化夾雜物多，渣含量大。電解原鋁中夾渣物含量一般在1 %～2% ，經(jīng)檢測(cè)分析，電解原鋁中所含的夾渣物主要組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) 為，Al2O391.00，Na3AlF61.38，CaF21.55，MgF22.08，SiO21.08，F(xiàn)e2O31.00。這些均是有害雜質(zhì)，不僅影響鋁箔的性能，在箔軋過(guò)程中容易造成開(kāi)裂或斷帶。

(4)含氫量高。電解鋁液中的氣體雜質(zhì)主要是氫(約占70%～90%)和少量的一氧化碳、二氧化碳和氮等[1]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，電解鋁液的含氫量均在0.30ml/(100gAl)以上，除氣不徹底時(shí)，鑄軋板凝固時(shí)析出的氫氣在鑄嘴前沿集聚，在鑄軋板軋制時(shí)不停的帶出形成氣道，輕微時(shí)微孔壓合，在板面形成發(fā)白的條紋，嚴(yán)重時(shí)直接開(kāi)裂，形成溝狀條紋。用這樣的鑄軋板會(huì)導(dǎo)致大量的針孔廢品和鋁箔斷帶或開(kāi)裂，不能保證鋁箔生產(chǎn)，這是生產(chǎn)中需控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(5)含鈉量高。在用電解冰晶石-氧化鋁溶液生產(chǎn)鋁的過(guò)程中，由于使用了冰晶石(Na2AlF6)、氟化鈉(NaF)等介質(zhì)，導(dǎo)致電解鋁液中含有一定量被電解析出和置換出的鈉。電解鋁液中的鈉含量達(dá)0.05%～0.1%時(shí)，除鈉不徹底，不僅降低鋁箔的力學(xué)性能，還容易造成裂紋、氣泡、夾渣和晶粒粗大等缺陷[2]。

3 生產(chǎn)工藝

鑄軋生產(chǎn)工藝流程為，熔煉爐加入適當(dāng)比例的冷料→加入適當(dāng)比例的電解鋁液→熔化、取樣、成份調(diào)整→除渣、除氣→保溫爐→除渣、除氣→在線(xiàn)除氣過(guò)濾系統(tǒng)再次除氣、除渣→鑄機(jī)軋制→成品。

3.1 原料配比

(1) 由于電解鋁液經(jīng)抬包轉(zhuǎn)運(yùn)至鑄軋熔煉爐時(shí)，溫度在850℃左右，高于鑄軋工藝要求的熔體溫度，因此需加入一定量的鋁錠和廢料進(jìn)行降溫。先加入冷材，再進(jìn)電解鋁液，這樣可以保證操作安全，又可使冷料盡快熔化而使鋁液降溫。

(2) 電解鋁液屬過(guò)熱金屬，形核率低。晶核的形成有均質(zhì)形核和異質(zhì)形核。均質(zhì)形核是晶核在液態(tài)金屬的某些微小體積中直接產(chǎn)生的，異質(zhì)形核是晶核在液體金屬中依附于某些雜質(zhì)表面形成的。實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)主要是異質(zhì)形核。

(3) 金屬液態(tài)過(guò)熱對(duì)于異質(zhì)形核有很大影響。當(dāng)過(guò)熱度較大時(shí)，有些質(zhì)點(diǎn)的表白狀態(tài)改變了，如質(zhì)點(diǎn)內(nèi)微裂紋及小孔減少，凹曲面變?yōu)槠矫?，吸附金屬熔化等，使質(zhì)點(diǎn)呈“不激活”狀態(tài)，因此使異質(zhì)形核的核心減少，結(jié)晶后形成粗大晶粒。當(dāng)過(guò)熱度很大時(shí)，形成質(zhì)點(diǎn)熔化或呈完全“不激活化”狀態(tài)[3]。

(4) 根據(jù)以上理論，因電解鋁液溫度高，形核率極低，直接生產(chǎn)的鑄軋板會(huì)嚴(yán)重影響鋁箔的表面質(zhì)量和力學(xué)性能，所以電解鋁液要按一定比例加入。鋁液加入過(guò)多，影響鑄軋板的晶粒度，最終影響雙零箔的力學(xué)性能；加入過(guò)少，不利于節(jié)能降耗。根據(jù)我廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐，鋁錠、廢料、電解鋁液加入比例為5∶1∶4，效果最好。

3.2 合金化

(1) 雙零箔坯料生產(chǎn)中，鐵和硅對(duì)合金的性能有明顯影響。當(dāng)鐵含量和硅含量比例不當(dāng)時(shí)，會(huì)引起鑄軋板產(chǎn)生裂紋。提高鐵含量，鐵含量大于硅含量即可縮小結(jié)晶溫度范圍，減小鑄軋板裂紋傾向。所以，通?？刂畦T軋板的Fe(wt.%)∶Si(wt.%) ≥2～3 較好[4]。同時(shí)硅含量盡可能控制低一些(對(duì)鐵、硅范圍有要求的除外)，這樣有利于鋁箔坯料的后續(xù)壓延加工。

(2) 熔煉溫度達(dá)到生產(chǎn)要求時(shí)，先進(jìn)行均勻攪拌、扒渣后，溫度合適時(shí)調(diào)配成分，爐底取樣時(shí)，溫度最好控制在730℃～740℃。合金劑添加時(shí)溫度過(guò)低，影響金屬吸收，溫度過(guò)高，合金劑損失大；并要給于充分的熔化時(shí)間，一般合金劑投入后悶火15min→攪拌5min→二次悶火20min→攪拌8min→靜置15min→測(cè)溫調(diào)溫達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度，之后取樣分析。

3.3 鋁溶體的凈化(除氣、除渣)

由于電解鋁液中氧化夾雜物多，渣含量大，需重點(diǎn)對(duì)電解鋁液進(jìn)行凈化處理，凈化包括爐內(nèi)、爐外精煉和在線(xiàn)除氣、過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)熔體的凈化。鋁熔體中夾渣物處理不凈，不僅造成氣孔、引起脆化，而且會(huì)加速腐蝕，在鋁箔軋制時(shí)造成斷帶，引起針孔超標(biāo)，是影響鋁箔合格率的主要因素之一。

3.3.1 爐外精煉

往爐子注電解鋁液前，先在抬包中加入溶劑進(jìn)行初次爐外精煉，且要選擇干凈干燥的原材料和工器具。

3.3.2 噴粉精煉和CCL4精煉

(1) 鑄軋生產(chǎn)廠(chǎng)家大多使用高純度氬氣或氮?dú)庾鳛榫珶挼妮d體，通過(guò)吹入溶劑到熔體中，進(jìn)行精煉，達(dá)到凈化熔體的作用。因惰性氣體不溶于鋁，當(dāng)均勻細(xì)小的惰性氣體氣泡吹入溶體時(shí)，溶體中氫受到的壓力大于氣泡內(nèi)壓力，使金屬中的氫不斷擴(kuò)散到惰性氣體氣泡中，直到壓差為零達(dá)到平衡為止。氣泡在上浮過(guò)程中除去一部分溶體中的氫，由于氣泡表面張力作用，溶體中懸浮的雜質(zhì)會(huì)吸附于氣泡表面，氣泡上浮過(guò)程中也帶走一部分渣，所以，吹入溶體中的氣泡越多越好，越密越好。

(2) 噴粉精煉的粉主要是熔劑，熔劑主要是氯化鹽、氟化鹽、碳酸鹽，通過(guò)鹽類(lèi)的吸附、溶解和化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)所產(chǎn)生的可以揮發(fā)的物質(zhì)氣泡的吸附作用，達(dá)到除渣除氣的目的。根據(jù)我廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐，精煉時(shí)采用"N+Z"方法，精煉時(shí)間控制在15min～20min，溶劑使用量2kg/tAl，最好使用噴粉精煉機(jī)，可使噴粉均勻，效果明顯。

(3) 氯鹽與鋁及鋁合金熔體反應(yīng)：

3MeCl2+ 2Al = 2AlCl3↑+ 3Me

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(1)

3C2Cl6+ 2Al = 2AlCl3↑+ 3C2Cl4↑

(2)

3C2Cl4+ 2Al = 2AlCl3↑+ 6C + 3Cl2↑

(3)

2Al +MeNO3= Al2O3+Me + 1P2N2

(4)

反應(yīng)產(chǎn)生的氯氣又與氫、鋁、氧化鋁進(jìn)一步反應(yīng)，從而達(dá)到除渣、除氣的目的。

Cl2+ H2= 2HCl ↑

(5)

6Cl2+ 2Al2O3= 4AlCl3↑+ 3O2↑

(6)

(4) 僅使用噴粉精煉除渣、除氣的效果是有限的，根據(jù)噴粉精煉后測(cè)氫，其含氫量只能降到0.2 ml/100gA1左右的水平，不能滿(mǎn)足鋁箔坯料的要求。還要通過(guò)在爐中進(jìn)行四氯化碳的二次精煉，四氯化碳的精煉機(jī)理是基于下面的化學(xué)反應(yīng)：

2CCl4=C2Cl4+2Cl2↑

(1)

4Al+3C2Cl4=4AlCl3↑+6C

(2)

2Al+3Cl2=2AlCl3↑

(3)

Cl2+2H=2HCl↑

(4)

(5) 這些反應(yīng)是不可逆的，一經(jīng)反應(yīng)，金屬就不可還原，反應(yīng)生成的HCl和AlCl3(沸點(diǎn)183 ℃) 都是氣態(tài)，不溶于鋁液，HCl 和AlCl3氣泡在上浮過(guò)程中，氫氣向氣泡中擴(kuò)散，浮渣被氣泡吸附，所以，同時(shí)具有除渣除氣作用。以上每次精煉后均勻扒渣干凈。

3.3.3 旋轉(zhuǎn)噴吹在線(xiàn)精煉

除氣箱凈化的原理是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速500rpm/min左右)，把轉(zhuǎn)子通入的惰性氣體打碎成細(xì)小氣泡，根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，惰性氣體與鋁液接觸時(shí)間越長(zhǎng)、接觸面積越大，除氣效果越佳，所以要求把氣泡打的越碎越好，通過(guò)滲透和吸附原理再次對(duì)鋁液中氫和雜質(zhì)進(jìn)行凈化，達(dá)到除渣、除氣效果。通過(guò)上述(2)(3)兩項(xiàng)凈化措施，熔體中氫含量可降低至0.12 ml/100gA1以下，達(dá)到雙零箔坯料生產(chǎn)要求。

3.3.4 過(guò)濾凈化

通過(guò)各項(xiàng)精煉法除渣除氣后還有 30 μm～50μm微小夾渣存懸浮于溶體中，通過(guò)過(guò)濾箱中過(guò)濾板機(jī)械阻擋雜質(zhì)，進(jìn)一步除去溶體中的渣。因過(guò)濾板價(jià)格低廉、易于采購(gòu)、便于更換、過(guò)濾面積大，現(xiàn)在多數(shù)廠(chǎng)家使用雙級(jí)陶瓷過(guò)濾板，目數(shù)50目和60目效果最佳，需要注意的是，過(guò)濾片與過(guò)濾箱的結(jié)合處應(yīng)堵塞嚴(yán)實(shí)，以免鋁液旁漏降低過(guò)濾效果。

3.4 晶粒細(xì)化

晶粒細(xì)化是通過(guò)添加細(xì)化劑使帶坯具有細(xì)小的等軸晶粒組織或縮短枝晶間距(即枝晶細(xì)化)。枝晶臂間距越小，枝晶細(xì)化程度越高，鑄軋帶坯的力學(xué)性能和加工性能也越好[4]。

針對(duì)電解鋁液的特殊性，雖然通過(guò)一系列的措施，仍有部分大晶粒存在，為了得到組織均勻、晶粒細(xì)小的鑄軋坯料，就要加入一定量的晶粒細(xì)化劑。鈦在鋁及鋁合金中一般作為雜質(zhì)看待，但是鈦具有細(xì)化晶粒的作用，特別是有硼同時(shí)存在時(shí)細(xì)化效果更好。由于鈦價(jià)較高，通常采用Al-Ti-B絲細(xì)化，在能達(dá)到晶粒度要求的情況下，鈦含量盡可能小一點(diǎn)。對(duì)于雙零鋁箔坯料，控制Ti含量在噸產(chǎn)品1.5%左右，含量控制在產(chǎn)品要求范圍內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，選擇在除氣箱入口逆流加入最好，通過(guò)除塵轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，可以使鈦更均勻，不會(huì)因溫度過(guò)高，導(dǎo)致形核降低，也不會(huì)因溫度過(guò)低，造成鈦在流槽中沉積，起不到細(xì)化作用。溫度控制在720℃，TiAl3、TiB2形核效果最佳，鑄軋板晶粒度均能達(dá)到一級(jí)。

3.5 軋制工藝控制

以上工藝為鋁箔坯料生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，在軋制時(shí)，軋輥的材質(zhì)和凸度、鑄嘴的材質(zhì)和制作、鑄軋區(qū)的設(shè)定、冷卻溫度、軋制速度、液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境等都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素。因此：

(1) 選用質(zhì)量穩(wěn)定的鑄軋輥套，保證輥芯水道暢通，合理控制磨削參數(shù)，精確計(jì)算鑄軋區(qū)是保證鋁箔坯料板型的重要條件；

(2) 采用優(yōu)質(zhì)的鑄嘴料，精確制作加工鑄嘴，保證鑄嘴開(kāi)口平直度和嘴輥間隙，是減少鋁箔坯料條紋的有效手段；

(3) 合理控制鑄軋生產(chǎn)的前箱溫度、鑄軋速度、冷卻強(qiáng)度、前箱液面高度和預(yù)應(yīng)力，是保證鋁箔坯料的必要條件；

(4) 保持生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境衛(wèi)生、做好防蚊蟲(chóng)措施、不同班組的員工操作標(biāo)準(zhǔn)一致是穩(wěn)定生產(chǎn)鋁箔坯料的前提條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

在鑄軋雙零箔坯料生產(chǎn)中使用電解鋁液，必須控制以下幾點(diǎn)：

(1) 對(duì)電解鋁液進(jìn)行爐外除渣，進(jìn)入爐中要進(jìn)行降溫來(lái)增核并析出雜質(zhì)和氣體；

(2) 選用干燥、干凈、質(zhì)量穩(wěn)定的原輔材料和工具，并且爐子要保持干凈；

(3) 嚴(yán)格執(zhí)行熔煉工藝要求，并控制合金元素在較小范圍，提高熔體的潔凈程度和均勻性；

(4) 軋機(jī)工藝參數(shù)設(shè)置合理，工裝設(shè)備穩(wěn)定可靠。

以上條件滿(mǎn)足的情況下，完全可以使用部分電解鋁液生產(chǎn)雙零箔坯料，達(dá)到降低鑄軋成本的目的。