装饰箔单边浪缺陷的影响因素与改进措施

王 鹏

(徐州市苏铝铝业有限公司， 江苏 徐州 221007 )

我公司1550mm铝箔粗中轧机为万能铝箔轧机，所使用的铸轧坯料规格宽泛，产品涵盖装饰箔、空调箔、胶带箔、啤酒封、药用箔等。其中，装饰箔是公司的主要产品，质量一直比较稳定。2016年11月至2017年1月，突然客户投诉装饰箔板形单边松，出现漏涂现象，要求退货；同时，在冷轧轧制过程中，发现板形拉斜，操作侧板形差，采取调整板形曲线、增加倾斜和边部喷淋依然效果不好，出现批量下卷，造成无法分切、生产的局面。

1 “单边浪”的形成

铝箔轧制过程中，由于箔材的宽厚比很大(一般比值要超过10000)，辊缝中箔材在张力的作用下，没有宽展，只有沿轧制方向的延伸。根据金属体积不可压缩原理，轧制力使变形金属在横断面上发生沿轧制方向的延伸，其纵向伸长率出现差异时，就产生了波浪。板形控制就是要消除或减轻这种差异。一般根据波浪所处的位置分为边浪、中浪和肋浪。边浪又分为双边浪(对称)和单边浪(非对称)，这两种边浪产生原因又各自不同。影响轧件纵向延伸分布的原因比较复杂，而且受多种影响原因的相互作用。

2 “单边浪”原因分析

2.1 坯料板形差

要获得平整度好的冷轧产品，首先要控制好铸轧板坯的板形。只有坯料板形良好，在通过冷轧辊缝时，纵向延伸才能均匀，才能获得板形良好的铝箔产品。由于坯料原始板形具有遗传性，如果坯料板形不呈抛物线型，而是一边厚一边薄，不对称，在后续生产中，较厚的一边就会形成单边浪，且缺陷会随着厚度减薄越来越明显(图1)。

坯料轧制前单边松 轧制后板形情况图1 轧制前后板形情况Fig.1 Profile before and after rolling

因此，在铸轧卷生产时，要根据最终客户对产品的技术质量要求，为冷轧提供高质量的铸轧坯料。在铸轧卷生产中，影响板形不良的主要因素有：(1)铸轧辊磨削后几何形状超差，原始辊形不合适；(2)铸嘴出口处流场分布不均，导致铸轧辊热辊形变化；(3)铸轧辊套内冷水槽局部受堵，循环冷却不畅，导致铸轧辊因轴向热变形不均而失圆；(4)制造装配误差，指辊套内圈跟外圈的同轴度误差和辊芯的辊颈跟辊身的同轴度误差。

2.2 辊系机械精度不良

影响板形的轧机机械精度主要包括张紧辊、轧辊、板形仪、包角辊、熨平辊、卷取机卷筒的水平度及平行度。因此，高精度的轧机装备、良好的设备运行和保障能力是稳定轧制板形控制的基础。1550mm铝箔轧机辊系机械精度要求见表1。

表1 铝箔轧机辊系机械精度要求

2.3 板形仪测量失真

板形仪由一系列经淬火硬化的、通过气膜轴承支撑在静态不锈钢芯轴上的高精度圆环组成。轧制时，由板形仪各测量环的压力传感器测得各测量段带材的径向压力，转换成电信号，经过微处理器一方面将板形信号输入操作台显示器，以直方图形式显示出来，供操作监控使用；另一方面将板形信号送入中央计算机，中央计算机将收到的板形信号与目标板形进行比较，分解板形偏差信号，分别发出弯辊、倾斜和轧制油分段喷淋冷却指令，来完成板形自动控制(AFC)。

由于受各种因素的影响，板形仪随着使用时间的增加而有变化，使实际比例常数发生变化。比例常数的误差都将转化为对在线板形的测量误差，从而导致错误的板形控制，产生板形缺陷。从板形检测的角度要求轧机出口辊系的准直度(图2)应保证A+B≈C+D (两者之和相差应小于0.02mm/m)，水平度<0.02mm/m；平行度<0.02mm/m；轧机出口辊系的准直度，保证相差应<0.02mm/m。

工艺润滑冷却喷淋系统的功能，是与AGC、AFC系统实现闭环控制，通过脉冲控制工作辊各个区域相对应的冷却液阀门，使工作辊各区域冷却以消除残余平直度偏差和控制轧制过程中轧辊的温度，以达到控制板形的目的。1550mm铝箔轧机喷淋系统采用不锈钢材料制造的喷淋电磁阀，是特别为平直度自动控制(AFC)系统而设计的，对轧辊的热凸度能作出快速响应，设计简单、可靠性高、易于维护。

图2 出口准直度Fig.2 Exit collimation

2.4 喷淋冷却效果差

轧制油的分段喷射冷却控制是所有板形控制措施中一种精细和不可少的控制措施。轧制油的“断”、“通”由控制阀内的橡胶薄片所影响。当压缩空气压力大于轧制油压力时，喷嘴“关闭”，反之则“开通”。由于阀内橡胶薄片工作期间连续地弯曲和伸直，极易疲劳断裂，如不及时发现，轧制油喷嘴处在常“开”状态，这种故障所引起的板形缺陷占相当比例。

当控制板形的显示出现个别区域控制异常，其区域板形值不随该区域喷淋量的变化而变化，则该区域的板形长时间紧或松，极易出现波浪缺陷。

2.5 工作辊磨削质量差

在轧辊磨削过程中，不仅严格控制粗糙度Ra、微观不平度Rz、凸度Cr等技术要求，而且对表面粗糙度也有具体要求。如果出现表面粗糙度不均时，使箔材表面出现色差。在轧制过程中，当轧辊表面粗糙度相差较大时，粗糙度大的部分，变形抗力大，产生的摩擦热多，辊缝就小，对应的箔带变形大，长度变长，厚度偏薄；粗糙度小的部分，变形抗力小，产生的摩擦热少，辊缝就大，对应的箔带相应变形小，长度变小，厚度偏厚，所以极易出现局部波浪或者成串的波浪。

3 对策分析及方案

根据以上原因分析，对照车间生产实际，进行逐一排查，确定坯料板形、辊系精度、喷淋异常、工作辊磨削是主要原因，采用下面几种措施进行处理，问题得以解决。

3.1 保障坯料板形质量

根据多年生产实践，冷轧只能改善坯料板形，却无法根本消除坯料缺陷。在生产工艺稳定的情况下，对产品质量起主要作用是“料、辊、油”，所以装饰箔坯料良好的板形质量，是获得产品良好板形的基础。从铸轧生产经验和冷轧轧制效果来看，作为装饰箔坯料的铸轧板坯，板形要求呈抛物线且对称，凸度一般要控制在1%以下，最好小于0.5%，要彻底杜绝各种板形不良。(1)在装饰箔开坯过程中，加强首道次坯料板形跟踪检测，发现单边浪等各种板形不良缺陷要及时记录、汇报，等待相关部门拿出处理意见，选择合理的轧制工艺后再生产。(2)严格执行坯料质量保证书制度，发现坯料质量问题，及时进行不合格质量项目追溯，防止批量质量事故，做到不合格不转序。

3.2 校正辊系机械精度

轧机经过长时间高速运行，由于设备振动，引起机械部件磨损、间隙增大、辊系机械精度下降，使得板形仪测量失真，就会导致产品板形恶化。按照设备安装规程要求，重新找正辊系出口准直度和辊系机械精度(表2)。

表2 铝箔轧机辊系机械精度校正情况

3.3 调整喷淋系统

对轧制油喷淋系统进行测试，发现有延时、喷淋强度不足等现象。采取以下措施：

(1)更换膜片；

(2)调整喷淋电磁阀气油压力比(表3)；

(3)定期检查供油泵压力、阀门开口度、比例阀等是否正常。

表3 喷淋系统气、油参数调整情况

根据轧制理论，在板带材轧制过程中，轧件变形及轧件与轧辊摩擦产生的热量会使得轧辊发生不均匀的热膨胀变形。轧辊的分段冷却技术就是对轧辊分段喷射冷却液，控制每段轧辊的热凸度，以控制板带材相应段纵向上的伸长率，最终改善板带材的板形。分段冷却方法对轧辊热凸度的控制需要较长的时间，但是由于此种方法能有效消除局部板形缺陷，对提高铝箔轧机的板形控制精度以及带材的表面质量都起到至关重要的作用。

在VAI/AFC系统中，设计时主要考虑对轧辊实现充分冷却，采用PID法进行精细冷却控制，根据实测板形实时调节精细冷却喷淋量，而喷淋量的调节是依靠调整喷淋等级系数实现的。在不改变喷淋等级系数的情况下，发现调整喷淋电磁阀“气油压力比”，可以增强喷淋控制的灵敏度，进而达到对辊形、板形的精确控制。

需要说明的是，按照方案1运行一段时间后，装饰箔板形有明显改善。但受其他部门用气影响，铝箔轧机用压缩空气压力无法持续保证0.8MPa，因此采用方案2，使用至今。

3.4 提高工作辊磨削质量

磨削后的辊身表面质量，达到以下要求，辊身表面任意点的粗糙度相对于目标值的偏差不超过±10%；辊身表面不允许有振纹、横波、辊花、螺旋痕以及其它可视的表面缺陷。对工作辊表面粗糙度的检查，由原来的1～2个点，调整到一般不少于8个点，相邻两点的粗糙度值(微观不平度)小于0.02μm。要求提出后，磨床部门采取了以下措施：

(1)校正磨床导轨；

(2)电器控制柜升级改造；

(3)更换磨头、磨头轴承、主电机。

经过磨床升级改造，和新检测制度的实施，工作辊磨削质量明显好转(表4)。

表4 工作辊粗糙度8点检测法抽查情况

4 结束语

铝箔单边浪是一种特殊的板形缺陷，经过以上原因分析，可以得出，造成单边浪缺陷的主要原因坯料板形质量和设备机械精度，调整喷淋系统“气油压力比”和提高工作辊磨削质量，可以有效改善板形质量。通过采用以上措施，装饰箔板形单边浪缺陷得到有效控制，直接解决了装饰箔板形差无法生产和下卷改轧增加成本支出的问题，产品板形均匀适中，能满足客户需求，且装饰箔成材率由原来的83.5%提高到现在的88.9%。