1、控制铝铸轧板坯中凸度的研究摘 要铝铸轧板坯是一种主要为了供冷轧机进行使用的，由液态铝及铝合金经过铸轧机连续铸轧而直接生产出来的产品。作为铸轧板坯板形的一个非常重要的指标，尤其是对于后续的冷轧生产过程来说，铝铸轧板中凸度对板形控制有着至关重要的作用。本文以一系列生产试验为基础，主要论述了一些重要参数对铝铸轧板坯中凸度的影响。 关键词铝铸轧板坯 铸轧辊 中凸度 中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0352 -02 铝铸轧板是由铝及铝合金在经过铸轧机连续铸轧得到的产品，主要用于冷轧，铸轧板形的控制是衡量板带材产品质量的主要依据，其中铸轧板坯中凸度
2、是主要的控制指标，在生产过程中要格外重视。只有控制好铝铸轧板坯中凸度，才可以保证后续冷轧板形控制的顺利进行。简单来说，铸轧过程就是将铝液送入轧辊，使其凝固后轧制成形，在控制铝铸轧板坯中凸度时既需要以轧制板形控制理论为指导，也需要以系列生产试验为基础，对铝铸轧板坯的一些参数进行合理控制，这样才可以保证合理的铝铸轧板坯中凸度。 1.铸轧板坯中凸度控制的必要性 随着社会经济和市场的不断发展和进步，客户们对产品的质量要求越来越高，对于铸轧卷的质量，要控制好的步骤除了铸轧板坯的质量和化学成分等之外，还有一个重要的关键控制点就是铸轧板坯的板形，其中中凸度是一个极为重要的指标来衡量铸轧板坯的板形的好坏。良好
3、的铸轧板形可以为后续冷轧工艺创造有利条件，有助于克服冷轧设备板形矫平能力的不足。铸轧过程中液态铝液先进入铸轧辊凝固，在完全凝固后轧制变形得到铸轧板，铸轧板形的控制既需要以轧制板形控制理论为指导，也需要结合铸轧工艺及其设备的特点，通过生产试验，对铸轧板形进行纠正，使其可以满足后续冷轧工序的需要1。由于铸轧板坯的板形本身就对后续冷轧轧制的板型控制有着决定性的作用，而中凸度作为铸轧板坯板型的重要参数，因此，铝铸轧板坯的中凸度在生产过程中的控制不容忽视，必须引起高度的重视。 2.铸轧板形控制技术分析 在控制铝铸轧板坯的中凸度时，首先要控制好辊缝，合理的辊缝轮廓对铝铸轧板坯的中凸度有决定性的作用。由于铝
4、铸轧板坯的铸轧工艺本身就具有一定的特殊性，在铝熔体凝固时会因温度变化而产生一定的应力，同时凝固板坯又会施加一定的压下量引起金属变形抗力，这要求铸轧辊既要承受温度变化所引起的应力，又要承受金属变形抗力，因此，在有荷生产时辊缝轮廓与空载时有很大不同，在生产时要注意区分。 铸轧板形控制时要注意预压力的控制，而影响预压力的因素有很多，包括铸轧区长度、铝及铝合金硬度、铸轧速度、固相区轧制变形率等工艺参数都会对预压力造成一定的影响，引起一定范围的波动。如果预压力过小，那么轧制过程就会受到影响，如果预压力过大，那么辊面与铸轧板坯表面就会形成较大的摩擦应力，进而产生“表面辗皮效应” ，这样极有可能造成辊套表面
5、裂纹的形成，甚至加剧裂纹的形成，缩短辊套的使用寿命，进而对铸轧板的板形控制造成影响2。预压力极易造成轧辊挠曲变形，使得铸轧辊的寿命变短，这时可以通过轧辊中凸度来控制。因此，在铸轧板形控制时既要保持合理的预压力，也要控制好轧辊的中凸度。 铸轧区是铸轧板工艺参数的重要组成部分，指的是从铸嘴出口到两轧辊中心连线间的区域，涵盖了三个区域：固相区、液固两相区以及液相区。在控制铸轧板形时需要格外注意铸轧区的控制。如果铸轧区部分过小，那么后续铝液的正常凝固以及轧制过程都会受到极大的影响，会影响铸轧生产率。如果铸轧区部分过大，那么保持其他参数不变，固相区就会变长，同时金属变形抗力也会变大，使得辊套无法满足应力
6、需要，造成应力疲劳，使用寿命由此降低。因此，在控制铸轧板形时，需要综合考虑辊径、辊缝等参数，确保合理的铸轧区范围1。 铸轧板的生产离不开循环冷却系统，在控制板形时要注意对循环冷却系统进行控制，要求循环冷却系统提供足够的水流量，同时轧辊的进出口水温差要控制在一定的合理范围内。由热传导公式，我们可以发现，温度梯度越小，导热就越慢，因此，如果轧辊进出口水温差过小或是水流量不足，就极有可能造成辊套内表面温度的差异，使得辊套外表面的冷却效果与内表面产生较大差异，辊套径向膨胀会造成板坯厚度横向公差超标。辊芯循环水道长时间使用极有可能造成局部损伤、氧化以及堵塞，使得水流在流动过程中造成阻塞，同时循环冷却系统
7、的冷却能力也会受到影响，辊面热膨胀造成接触应力分布不均匀，同时辊面表面磨损，材质强度也会因此下降，致使板坯厚度公差超标2。因此，在铸轧板形控制时要格外注意循环冷却系统的清理与保养。 铸轧板形控制时需要格外注意铸轧辊芯和辊套，在使用前需要控制好装配的精度，要求圆柱度、光洁度、同轴度等指标都要符合工艺要求，这样才可以控制好板形。这里需要提醒的是，在辊套连续使用一段时间后，极有可能造成辊套磨损，辊套表面因铝液渗透、腐蚀等问题而产生磨损、变形，使得板形公差超标。辊套在多次连续使用后，力学性能指标也逐渐下降，需要对其进行跟踪检测，对检测数据进行分析处理，对有磨损的辊套及时更好与修补，避免影响后续的轧制过
8、程。 3.生产试验 铸轧板坯的中凸度在铸轧生产过程中会受多种因素影响，随时会发生变化，为了对铸轧板坯中凸度进行合理的控制，需要预先进行生产试验。通过大量的生产试验，对有可能对铸轧板坯中凸度造成影响的因素进行研究。生产试验采用控制变量法，每次试验只改变一个因素，保持其他因素条件不变，每次生产试验选用正常生产的 15 块 100 mm 左右宽的样板，将这些样板从中点开始向两侧每隔 100mm 检测一次，从中点检测到距离两边部 50 mm 的位置，每个测量点需要测量三次以上，这样才可以通过大量试验获得相对准确的数值，在测量过程需要将测量的数据全部记录详细，并根据试验数据对铸轧板坯的中凸度情况进行分析
9、。如果样板中凸度变化比较小，那么就可以忽略不计，在试验结束后需要根据试验数据测算出铸轧板坯沿铸轧辊一周各点的中凸度，各点中凸度的分布形式及周期中凸度绝对差值的大小，作为分析铸轧板坯中凸度的依据3。 在大量生产试验后，我们需要根据生产试验的结果，以铸轧辊中凸度、合金成分、产品规格、铸轧速度、轧制压力以及铸轧区长度为主要的衡量参数，进一步探讨铸轧板中凸度的控制。 4.试验结果分析 4.1 铸轧辊中凸度 为了分析铸轧辊中凸度对铸轧板坯中凸度的影响，在保持合金成分、产品规格、铸轧速度以及轧制压力等铸轧工艺参数不变的情况下，改变铸轧辊的中凸度。由生产试验的结果可以发现，铸轧板坯的中凸度与铸轧辊中凸度呈反
10、比关系，铸轧辊中凸度越大，铸轧板坯的中凸度越小。 通过生产实践可以发现，铸轧辊在一定的预压力下，铸轧辊中凸度会受到预应力、辊套材质、辊套壁厚等因素的影响，在生产过程中需要控制得当，合理的铸轧辊中凸度可以克服轧辊弯曲、热膨胀等因素对铸轧板坯中凸度的影响。 4.2 合金成分 在测定合金成分的生产试验中，保持铸轧辊中凸度、产品规格、铸轧速度以及轧制压力参数不变，改变合金成分可以发现铸轧板中凸度与合金成分间的关系。由于铸轧辊在生产过程中会受到液压系统的轧制力以及铝板坯对轧辊的反作用力，这两种力同时作用于铸轧辊，使得铸轧辊受力弯曲变形3。由此我们可以发现，如果在生产过程中铸轧辊没有凸度，那么生产出来的铸
11、轧板坯就会呈中间凸起的状态。通常情况下，合金的硬度越高，那么在受到轧制力时就会产生较大的变形抗力或反作用力，轧辊就会产生较大程度的变形弯曲。板坯中凸度也会随之增大。因此，在生产铸轧板时，如果需要生产较硬的合金，那么铸轧辊的凸度就需要较大，生产硬度较小的合金，铸轧辊的凸度就需要比较小，这样才可以维持铸轧板坯中凸度的平衡，确保后续生产过程的顺利进行。 4.3 产品规格 在以产品规格为主要参数的生产试验中，保持铸轧辊中凸度、合金成分、铸轧速度以及轧制压力参数不变，改变产品规格。选择了不同规格但由同一公司生产的铝铸轧产品，改变产品的宽度，观察试验结果。在保持铸轧工艺参数相同的情况下，铸轧板坯的宽度越宽
12、，板坯的中凸度就越大，如果生产的铸轧板坯宽度较小，那么板坯的中凸度就越小1。由铸轧卷产品规格与铸轧板中凸度间的关系可以促使我们对铸轧板坯进行有效控制，但是这里需要强调的是，在一般的生产过程中，产品规格是由客户决定，一般是不能随意调整的。 4.4 铸轧速度 在以铸轧速度为主要参数的生产试验中，保持铸轧辊中凸度、合金成分、产品规格以及轧制压力参数不变，改变铸轧速度，发现在铸轧工艺参数相同的情况下，铸轧速度改变，铸轧板坯的中凸度也会随之改变，铸轧速度越快，铸轧板坯的中凸度越小，铸轧速度越慢，铸轧板坯的中凸度值越大。造成这一现象的原因是因为在保持其他铸轧工艺参数不变的前提下，铸轧速度变快，液相区域的长
13、度会随之变大，此时铸轧板的变形抗力也会变小，使得铸轧辊的弯曲程度变小，最后铸轧板坯呈现出的中凸度就会相对较小。如果铸轧速度变慢，那么液相区域的长度也会随之变小，铸轧板的变形抗力随之增大，引起较大程度的铸轧辊弯曲变形，铸轧板坯的中凸度增大。 4.5 轧制压力 在以轧制压力为主要参数的生产试验中，保持铸轧辊中凸度、合金成分、产品规格以及铸轧速度参数不变，改变轧制压力，发现铸轧板坯的中凸度会随着轧制压力的改变而改变。在铸轧工艺参数相同的情况下，随着轧制压力的增大，铸轧辊对铸轧板坯的压力也随之增大。由于轧制压力增大，使得铸轧辊需要承担的板坯压力变大，铸轧辊受力增加使得铸轧辊弯曲变形，铸轧板坯的中凸度由
14、此增大。相对于其他铸轧工艺参数对铸轧板坯中凸度的影响，轧制压力对铸轧板坯的中凸度影响相对较小，但在实际的生产过程中也需要给予充足的重视。 在实际的生产实践中，轧制压力可以通过轧辊两侧的液压缸联通阀进行调节。单独调节一侧的预压力参数，改变合理曲线的分布，这样可以改变铸轧板的厚度2。铸轧板坯的厚度与铸轧板坯的中凸度有直接的关系，缩小铸轧板坯的厚度横向公差可以减小轧制压力对铸轧板坯的影响。 4.6 铸轧区长度 在生产过程中，液态铝由铸嘴流入轧辊，在遇冷后由液态变为半凝固状态，形成半凝固区，而后半凝固态的铝液彻底凝固，形成凝固区，再经过轧辊轧制后得到板坯。但这里需要强调的是，在铸轧板生产前安装铸嘴时，
15、铸轧区的长度就已经固定了，在生产过程中是很难进行调整的。因此，为了探究铸轧区长度与铸轧板坯中凸度间的关系，采用控制变量法，只改变铸轧区长度，保持其他铸轧工艺参数不变，由生产试验结果可得，铸轧板坯中凸度随铸轧区长度的变化而变化，两者关系密切。在保持其他铸轧工艺参数不变的前提下，铸轧区长度越大，铸轧板坯的中凸度越大，铸轧区长度越小，铸轧板坯的中凸度越小。增加铸轧区长度实际上就是增加固相区，轧辊因固相区的增加而受到更大的作用力，轧辊因受力过大而弯曲变形，铸轧板坯的中凸度增大。铸轧区长度减小实际上也是固相区的减小，轧辊因固相区减小，受力变小，弯曲变形的程度也随之降低，因此，铸轧板坯的中凸度变小3。 通
16、过生产试验，可以发现铸轧区的长度是影响铸轧板坯中凸度的主要因素，在生产过程中需要格外重视。如果铸轧板坯两侧存在一定的厚度差，可以延长铸轧区长度，这样固相轧制区的长度就会随之增加，轧辊接触压力的分布也随之改变，与此同时，还需要对铸轧板坯的轧制变形率进行调节，使铸轧板坯的两侧厚度在可控范围内，尽可能地减小铸轧板横向公差，这样铸轧区长度对铸轧板坯中凸度的影响就会降到最低。5.结语 在铸轧板的生产过程中，铸轧板坯中凸度是最为重要的控制因素，而铸轧板坯受到多种因素的影响，在实际的生产过程需要对铸轧辊中凸度、合金成分、产品规格、铸轧区长度、铸轧速度以及轧制压力等工艺参数进行有效控制。根据生产的实际条件，在
17、深入研究铸轧辊中凸度、铸轧区长度、铸轧速度与压力对铸轧板坯中凸度影响的基础上，对这些工艺参数进行合理控制，尽可能地采取最佳工艺组合，调节铸轧板坯中凸度，使其处于合理范围内，这样才可以确保铸轧板形能够满足后续冷轧的生产需要，促使后续的冷轧工艺可以顺利进行。 参考文献： 1 康鲁迪，杨发展，佟春明.铝合金高速加工关键技术研究现状及分析J.现代制造工程.2014（01）：34-37. 2 刘晓波，彭成章，毛大恒.不同铸轧工艺参数对铸轧微观组织的影响J.铸造技术. 2009（10）：113-115. 3 孔忆平，高瑾，马宁，何慧刚，曹波.影响铸轧铝板板形的因素及控制方法J.有色金属（冶炼部分）. 2006（02）：26-29.
