張能發(fā) 梁魯清 田振宏

(青海橋頭鋁電股份有限公司，青海 西寧 810100)

0 前言

青海某鋁電公司位于青藏高原地區(qū)，多年來一直用電解鋁液生產(chǎn)鋁及鋁合金鑄軋卷。其產(chǎn)品主要為1、3、8系鋁合金鑄軋卷，大部分銷往國(guó)內(nèi)南方地區(qū)，產(chǎn)品質(zhì)量深受用戶好評(píng)。然而，由于南北氣候差異較大，近年來生產(chǎn)的鑄軋卷發(fā)往下游用戶使用時(shí)出現(xiàn)較多的板面腐蝕缺陷。鑄軋卷表面腐蝕影響冷軋產(chǎn)品的成型性能，因此，用戶不再使用，按報(bào)廢處理，并要求賠償，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也影響到公司的形象。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2016年鑄軋卷腐蝕產(chǎn)生的質(zhì)量異議943 t，占總質(zhì)量異議的81%，直接經(jīng)濟(jì)損失144萬(wàn)元；2017年鑄軋卷腐蝕產(chǎn)生的質(zhì)量異議1 126 t，占總質(zhì)量異議的79.8%，直接經(jīng)濟(jì)損失172萬(wàn)元。為減少經(jīng)濟(jì)損失，有效地控制鑄軋卷腐蝕質(zhì)量異議量，重點(diǎn)對(duì)鑄軋卷的生產(chǎn)、冷卻、包裝、運(yùn)輸?shù)扔绊懎h(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的控制措施，取得了明顯的成效。

1 鋁鑄軋卷腐蝕產(chǎn)生機(jī)理

金屬腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化反應(yīng)而引起的金屬表面破壞或變質(zhì)的現(xiàn)象。鋁是一種比較活潑的金屬，在潮濕的空氣里，鋁合金鑄軋卷表面以及端面層與層之間縫隙滲入和吸附一層薄薄的水膜，這層水膜里含有少量的氫離子與氫氧根離子，還溶解了氧氣，形成電解質(zhì)溶液。在電解質(zhì)溶液的作用下，鋁和微量的碳發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)水膜厚度小于1 μm時(shí)，腐蝕速度最快、腐蝕程度最大，其機(jī)理為大氣中的氧氣發(fā)生陰極還原反應(yīng)式(1)，鋁表面則發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)式(2)：

O2+2H2O+4e→4[0H]-

(1)

Al-3e→Al3+

(2)

當(dāng)鋁鑄軋卷表面和縫隙內(nèi)氧氣耗盡時(shí)，氧的還原反應(yīng)終止，而金屬鋁仍繼續(xù)溶解，腐蝕進(jìn)一步加深，當(dāng)鋁基體鈍化后，腐蝕才逐步減弱[1]。

1.1 鑄軋卷常溫下的腐蝕

鋁鑄軋卷在常溫下的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)腐蝕過程，主要是金屬鋁與大氣中的氧和水的常規(guī)反應(yīng)。正常冷卻后的鑄軋卷在常溫下由于南北地域不同，所產(chǎn)生的腐蝕程度也不一樣。南方濕度大、氧氣足，相對(duì)北方對(duì)鋁卷的腐蝕就大些。

1.2 鑄軋卷非常溫下的腐蝕

非常溫下的鋁鑄軋卷腐蝕通常是指生產(chǎn)出的高溫鑄軋卷在南北不同地域因環(huán)境(主要是大氣溫度、相對(duì)濕度)引起的“發(fā)汗”腐蝕現(xiàn)象，即溫差產(chǎn)生的冷凝水對(duì)鋁金屬的腐蝕。冷凝水的產(chǎn)生原因與鑄軋卷表面溫度、大氣溫度和相對(duì)濕度等因素相關(guān)，冷凝現(xiàn)象是由露點(diǎn)來決定的。露點(diǎn)是指空氣中的水蒸汽在某一特定溫度及相對(duì)濕度條件下析出水蒸汽并凝結(jié)成水珠的溫度，它隨著溫度和相對(duì)濕度的變化而變化。當(dāng)溫度降至露點(diǎn)以下時(shí)，空氣中的水蒸汽就會(huì)析出，因此，鑄軋卷的溫度若低于露點(diǎn)，與其接觸的空氣冷卻產(chǎn)生冷凝，冷凝水通過表面滲入卷層，形成氧化腐蝕[2]。

2 鋁鑄軋卷腐蝕產(chǎn)生的影響因素

2.1 熱噴涂方式對(duì)鑄軋卷腐蝕的影響

在鑄軋生產(chǎn)過程中，為了防止高溫金屬鋁與輥面粘連而影響鑄軋卷表面質(zhì)量，常常使用乙炔與天然氣按一定比例混合進(jìn)行燃燒，將燃燒產(chǎn)生的煙黑噴涂于鑄軋輥表面，在其表面上產(chǎn)生一定厚度的碳黑，從而起到潤(rùn)滑防粘作用。高明華[1]的研究表明，鑄軋卷表面腐蝕(圖1)出現(xiàn)在有碳黑沉積的地方，且碳黑沉積越多的部位腐蝕現(xiàn)象越嚴(yán)重，這是由于沉積在板坯上的碳黑具有毛細(xì)管凝聚作用，在該處容易結(jié)露，而且易導(dǎo)致氧的濃差電池腐蝕，同時(shí)由于碳黑是活性物質(zhì)，它溶入水膜或濕氣膜中，能提高液膜的電導(dǎo)率，所以加速腐蝕。在實(shí)際鑄軋生產(chǎn)中，鑄軋機(jī)兩輥上下同步異向旋轉(zhuǎn)，熱噴涂左右往復(fù)運(yùn)行，如果噴涂運(yùn)行速度調(diào)節(jié)不當(dāng)，特別是在噴涂器往復(fù)運(yùn)行至鑄軋板兩端邊部時(shí)會(huì)有暫時(shí)停滯，造成鑄軋板兩側(cè)噴涂過量沉積較厚，導(dǎo)致大多數(shù)腐蝕出現(xiàn)在鑄軋板卷的兩側(cè)，如圖2所示。

圖1 鑄軋卷的表面腐蝕

圖2 鑄軋板兩側(cè)表面腐蝕

2.2 冷卻時(shí)間對(duì)鑄軋卷腐蝕的影響

鑄軋生產(chǎn)公司往往每批次有200～300 t的鑄軋卷合同任務(wù)，在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)，批量完成后全部發(fā)運(yùn)至用戶，用戶反饋有部分鑄軋卷拆開包裝有冷凝水，鑄軋卷出現(xiàn)腐蝕，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，產(chǎn)生腐蝕的鑄軋卷均為最后生產(chǎn)的。每批次生產(chǎn)需要10～12天完成，前面生產(chǎn)的鑄軋卷有7～8天時(shí)間冷卻，冷卻時(shí)間長(zhǎng)；而最后生產(chǎn)的鑄軋卷只有2～3天時(shí)間冷卻，冷卻時(shí)間短，卷芯部溫度高。鑄軋卷從生產(chǎn)線上卸下，吊放在成品托架上，表面溫度在120 ℃左右，冷卻時(shí)向大氣散熱，有些鑄軋卷放置在窗門周圍通風(fēng)良好，散熱快冷卻溫度平衡；卷重體積大，剛卸熱卷內(nèi)部?jī)?chǔ)熱溫度高，與周圍環(huán)境(特別在冬季)形成較大的溫差，卷芯、表面溫度冷卻與周圍氣氛不能達(dá)到平衡。當(dāng)鑄軋卷芯溫度太高時(shí)進(jìn)行包裝，殘留的熱空氣留在包裝卷內(nèi)發(fā)生冷凝，就會(huì)在鑄軋卷面產(chǎn)生大量的冷凝水，從而形成水腐蝕斑。

從以上分析看出，鑄軋卷冷卻時(shí)間是否滿足包裝的條件十分重要，也是影響鑄軋卷產(chǎn)生腐蝕缺陷的因素之一。而影響鑄軋卷冷卻時(shí)間的因素與季節(jié)、氣候條件、鑄軋卷重量、規(guī)格大小及冷卻方式等方面有關(guān)。因此，要在有限的時(shí)間內(nèi)使鑄軋卷滿足包裝條件，防止卷內(nèi)出現(xiàn)冷凝水產(chǎn)生腐蝕缺陷，需要充分考慮影響鑄軋卷冷卻的因素。

2.3 包裝方式對(duì)鑄軋卷腐蝕的影響

公司以往采用裸卷和精裝兩種包裝方式，裸卷用于本地區(qū)短途運(yùn)輸，如圖3所示；精包裝則用于長(zhǎng)途運(yùn)輸發(fā)貨，如圖4所示。裸卷由于運(yùn)輸距離短，以汽車運(yùn)輸為主，為控制包裝成本，鑄軋卷未進(jìn)行包裝，若遇雨天，可用篷布對(duì)鑄軋卷進(jìn)行覆蓋，使其免于雨淋，因此鑄軋卷未出現(xiàn)腐蝕。而對(duì)鑄軋卷進(jìn)行精包裝時(shí)，在鑄軋卷卷內(nèi)放置6袋干燥劑，套一層彩條布，放置在包裝機(jī)上帶張力纏繞3層塑料薄膜。由于精包裝時(shí)鑄軋卷為全密封，青藏高原環(huán)境溫度低，涼卷精裝時(shí)不會(huì)出現(xiàn)冷凝水；而南方溫度高，采用精包裝時(shí)，卷里、外不通氣，溫差不平衡，打開包裝卷內(nèi)存有大量凝結(jié)水，干燥劑已被水泡，故出現(xiàn)批量性腐蝕卷。

綜上所述，鑄軋卷包裝方式單一，方法簡(jiǎn)單，使用包裝機(jī)纏繞塑料全密封精裝不能避免或減少出現(xiàn)腐蝕，而且包裝成本高，包裝效率低，運(yùn)輸過程中塑料薄膜破損，容易導(dǎo)致雨水滲入，產(chǎn)生水腐蝕，也是影響鑄軋卷腐蝕量增加的原因之一。因此，應(yīng)根據(jù)包裝成本、運(yùn)輸距離及氣候條件選擇合適的包裝方式。

圖3 裸卷

圖4 精包裝鑄軋卷

2.4 運(yùn)輸方式對(duì)鑄軋卷腐蝕的影響

從鑄軋卷生產(chǎn)單位到冷軋用戶單位，需要交通工具進(jìn)行運(yùn)輸。運(yùn)輸方式較多，但普遍以汽車運(yùn)輸和火車運(yùn)輸兩種方式為主。短途采用汽運(yùn)方式，長(zhǎng)途采用火車(皮、集裝箱)裝運(yùn)，為控制運(yùn)輸成本，公司多以火車運(yùn)輸。短途汽運(yùn)具有“短、平、快”特點(diǎn)，運(yùn)輸時(shí)間短，能直接到用戶廠里，運(yùn)輸過程中避免交通事故，使用篷布覆蓋牢固，能杜絕天氣變化不利因素導(dǎo)致卷里滲水、冷卻不當(dāng)?shù)母g。但是，長(zhǎng)途汽運(yùn)路途遙遠(yuǎn)，路途顛簸會(huì)使鑄軋卷層與層之間有松動(dòng)，有摩擦，有空隙易產(chǎn)生板面缺陷甚至出現(xiàn)腐蝕。火車運(yùn)輸相對(duì)成本低，但是要求貨物包裝、裝配嚴(yán)格，不能直接進(jìn)廠，需要多次配貨吊運(yùn)，不利于卷包裝的密封牢固，容易破損滲水，途經(jīng)地域多存在不確定的氣候條件變化。外包裝在運(yùn)輸途中出現(xiàn)破損，極易使鑄軋卷產(chǎn)生腐蝕。用集裝箱發(fā)運(yùn)鑄軋卷包裝方式，雖然能解決集裝箱運(yùn)輸過程中的雨淋產(chǎn)生的腐蝕，但卷表面有塑料紙不透氣，在運(yùn)輸至南方地區(qū)時(shí)由于地域環(huán)境溫差使產(chǎn)生的冷凝水汽無法及時(shí)揮發(fā)，造成鑄軋卷腐蝕較嚴(yán)重。因此，選擇合適的運(yùn)輸方式對(duì)控制鑄軋卷腐蝕很有必要。

3 控制鑄軋卷產(chǎn)生表面腐蝕缺陷的措施

3.1 改進(jìn)鑄軋卷熱噴涂方式

為了克服用乙炔和天然氣燃燒產(chǎn)生的碳黑較多且易在輥面聚集的問題，將燃燒介質(zhì)改為液化氣和天然氣進(jìn)行燃燒熱噴涂，同時(shí)對(duì)熱噴槍頭進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)噴槍運(yùn)行速度進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，使輥面碳黑均勻，從而有效減少了輥面碳黑的附著，在確保不發(fā)生粘板的情況下，提高了板面的亮潔度。

3.2 控制鑄軋卷冷卻溫度和時(shí)間

1)在鑄軋機(jī)偏導(dǎo)輥處加裝1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，用于吹掃鑄軋板面上的異物和進(jìn)行二次風(fēng)冷，不僅可以有效防止異物卷入鑄軋卷中，同時(shí)可加快鑄軋卷冷卻。

2)西寧地區(qū)氣溫比南方低10～15 ℃，在鑄軋卷的溫度不破壞包裝材料且便于包裝時(shí)，比環(huán)境溫度高10 ℃包裝，嚴(yán)禁熱卷包裝。鑄軋卷冷卻、存放不得超過20天，否則存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。不同的季度和卷重，冷卻時(shí)間也不同。不同情況下的鑄軋卷冷卻時(shí)間見表1。

表1 不同情況下的鑄軋卷冷卻時(shí)間

3)保持鑄軋卷存放區(qū)溫度恒定，分散放置，避免鑄軋卷堆積，必要時(shí)，對(duì)存放區(qū)死角使用軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制對(duì)流。

3.3 優(yōu)化鑄軋卷包裝方式

1)由于短途汽運(yùn)采用裸卷方式未出現(xiàn)腐蝕卷，繼續(xù)延用并增加發(fā)運(yùn)量。

2)改進(jìn)精包裝方式，由原來彩條布加塑料薄膜纏繞全密封，改為牛皮紙加彩條布加厚普通塑料半密封，鑄軋卷中部敞開，留有預(yù)留口，充分利用鑄軋卷中心部位，使卷內(nèi)與外界空氣保持暢通，避免卷里外溫差過大而產(chǎn)生冷凝水附著在卷上，如圖5和圖6所示。

3)包裝用的塑料布由降解環(huán)保型改為普通塑料，增加塑料的強(qiáng)度，提高耐磨性。

4)加強(qiáng)鑄軋卷內(nèi)防潮，增加干燥劑的數(shù)量，由原來的6袋/卷改為8袋/卷。

圖5 精裝第二層包裝

圖6 半密封包裝

3.4 優(yōu)化運(yùn)輸過程

原運(yùn)輸方式不變，通過優(yōu)化汽車運(yùn)輸和火車運(yùn)輸時(shí)鑄軋卷的包裝材料和方式，減少或避免運(yùn)輸過程中的包裝破損進(jìn)水以及包裝密封過嚴(yán)而出現(xiàn)的冷凝水導(dǎo)致腐蝕。針對(duì)長(zhǎng)途汽運(yùn)顛簸，可在鑄軋卷木托架與卷面接觸的部位加裝5 mm厚的黑膠皮，有效減緩運(yùn)輸途中鑄軋卷層與層之間的松動(dòng)和摩擦對(duì)鑄軋卷腐蝕現(xiàn)象的影響。

3.5 其他方面

1)與用戶協(xié)商，鑄軋卷到廠3天內(nèi)完成鑄軋卷開坯。

2)對(duì)物流公司進(jìn)行約束，貨物轉(zhuǎn)運(yùn)每個(gè)環(huán)節(jié)要求檢查鑄軋卷包裝是否完好，有無水跡，包裝破壞、防水不到位產(chǎn)生腐蝕卷要求賠償。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過改進(jìn)生產(chǎn)熱噴涂介質(zhì)、規(guī)范冷卻溫度、優(yōu)化包裝方式等措施，鋁鑄軋卷腐蝕量得到了有效的控制，較往年下降51%。但是，由于鋁鑄軋卷腐蝕成因與生產(chǎn)、包裝、貯存、運(yùn)輸有關(guān)，涉及多家單位，目前尚沒有更好的辦法完全杜絕鑄軋卷腐蝕的產(chǎn)生。因此，只有在不斷地改良包裝方式、精準(zhǔn)冷卻時(shí)間、縮短運(yùn)輸距離和改進(jìn)鋁加工工序等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，才能更有效地保護(hù)好鋁鑄軋卷不再腐蝕。