铝及铝合金板带材加工新技术

张建辉，张欢欢

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

目前，铝及铝合金板带材加工进入了一个快速发展、不断创新的阶段，一些新的工艺流程或局部改进措施逐渐出现，并取得了极大进展，有些新技术有较为明显的技术优势。本文针对其中几种典型新技术进行介绍，主要包括4辊超薄快速铸轧技术、无酸无皂乳液技术、新型助滤剂—纤维素、新型连铸连轧技术NEXCAST铸机和铝板带边部加热技术等内容。

1 4辊超薄快速铸轧技术

1.1 研发过程

上世纪70年代初，由于受能源危机的影响，各国把铸轧技术做为重点技术加以利用，并寻求在2辊铸轧机的基础上进行技术突破。Davy公司经过与牛津大学的合作试验并结合瑞典格兰斯公司的2辊铸轧机，1996年为卢森堡欧洲铝箔厂设计了一台4辊铸轧机。2005年，华北铝联合其下属设备公司对4辊铸轧机进行专项研发，因种种原因研发工作被搁浅。其后部分民企联合进行了此项研发，获得技术突破，实现铸轧卷超薄快速生产。

1.2 4辊超薄快速铸轧机与2辊铸轧机对比

4辊超薄快速铸轧机与2辊铸轧机相比，在速度、板型控制手段和卷材厚度减薄等方面均有较明显的优势(表1)，同时也为企业冷轧机产能的释放提供了基础条件。

表1 4辊超薄快速铸轧机与2辊铸轧机对比表

铸轧机采用4辊结构设计，可提高铸轧卷板型，使铸轧技术朝向更薄、更快方向发展，主要基于以下4点：(1)支承辊承担了生产过程中大部分的载荷，工作辊设计辊径可以大大减小，为铸轧卷变薄并保证板型提供了必要条件；(2)生产过程中，4辊结构降低了工作辊挠度的影响，保证工作辊辊缝平行度，可改善板型及厚度偏差；(3)采用了铜镍材质的辊套，与钢辊套相比，散热性能更好，为铸轧速度的提高创造了条件；(4)配备了正负弯辊系统，具备在线调整板型的能力。

2 无酸无皂乳液技术

无酸无皂乳液技术是近年发展起来的，其核心是将传统乳液中的有机酸和皂类去除掉，采用合成酯满足润滑要求及其他功能。如何去除热轧过程中产生的铝粉是无酸无皂乳液需要克服的技术难题。需要特别说明的是，无酸无皂乳液已广泛用于钢铁行业，这主要得益于铁粉的去除可通过电磁铁吸附的方式完成。

对于含有有机酸的传统乳液，铝粉的去除主要是通过有机酸和铝粉发生皂化反应形成金属皂泡，利用撇油机和过滤系统进行撇除或过滤。

无酸无皂乳液中铝粉的去除可用乳化剂阴离子捕获金属阳离子形成不溶解于水的物质，然后通过过滤系统和撇除去除铝粉。另外，也有些无酸无皂乳液中合成酯的官能团与铝粉发生皂化反应，然后被撇除和过滤。

无酸无皂乳液技术优势主要体现在以下3个方面：(1)乳油消耗降低，相当于传统乳液的一半，一般情况下吨铝产品消耗量为0.3kg～0.8kg，实现了能源节约利用；(2)无酸无皂乳液热稳定性强，只需要少量热量或不加热，维护成本较低；(3)无酸无皂乳液可抑制细菌生长，需要监测的指标少，维护量小。

3 新型助滤剂-纤维素

铝及铝合金在冷轧或箔轧过程中，均会产生大量变形热及铝粉等固体颗粒物，对板带材表面产生不利影响，通常需要以无纺布为过滤基底，以硅藻土配比相应量活性白土作为助滤剂，通过板式过滤器对轧制油进行过滤。但硅藻土及活性白土为过滤剂，存在过滤周期短，产生危废物量多，不易处理，对环境污染等缺点，因此人们致力于探索并寻找新型助滤剂，纤维素就是其中较成功的一种替代助滤剂。

纤维素是近年来应用的一种新型助滤材料，一般从植物组织中提取，具有高纯度、高化学稳定性，不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂；具有较高的原纤维结构，纳污能力强，是一种生物高分子聚合物，可再生原材料，可完全生物降解，是一种环保材料。通过活性化处理，纤维素具有吸附性，可吸附轧制油中杂质(如金属皂、金属离子等)。

纤维素作为铝板带轧制油过滤的助滤材料，其优势主要有以下4个方面：(1)纤维素本身柔软、无磨损性、具有一定的弹性性能，可承受一定的压力波动，通过纤维之间的粘结作用，轧制油过滤所形成的滤饼更易脱离和清理，便于现场人员操作；(2)使用活性纤维素与硅藻土+白土相比，助滤剂消耗、轧制油消耗及产生的废弃物均有不同程度的减少，节能环保，一般情况下减少量不小于5%；(3)使用纤维素后，冷轧机或铝箔轧机的换纸周期可明显延长，有些轧机的换纸周期甚至延长3倍以上，大大提高冷轧机或箔轧机的利用效率。

纤维素作为一种新型环保可再生材料，扩大其应用具有重要意义。目前纤维素在有色金属行业的应用尚未有国家或行业标准，市场上销售的纤维素品质良莠不齐，加上现有的轧机板式过滤器多数是按照使用硅藻土和白土作为助滤剂的模式设计，这些因素都会对纤维素使用的稳定性和可靠性造成很大影响。因此建议在使用纤维素前先进行必要的试验，避免出现大面积影响轧制油使用的现象。

4 新型连铸连轧技术-NEXCAST铸机

连铸连轧技术与铸轧技术类似，因其短流程、低成本的优势广泛受到人们青睐，NEXCAST铸机就是其中一项(图1)，由西马克和美国的一家铝板带生产企业共同合作开发,目前已经在科罗拉多州铝厂成功运行。

NEXCAST采用配有大铜块的兼顾设计，极大提升了结晶器的稳定性，为更宽、更快和更广的厚度范围提供了前提条件，使其具备更广泛的市场空间，例如罐体料、汽车用铝等均可通过NEXCAST工艺方式进行生产(表2)。

表2 NEXCAST铸机可以生产的合金品种及用途

NEXCAST铸机的优势可以归纳为以下3个方面：(1)NEXCAST铸机生产周转时间较短，从接单到发货只需2周时间，这是一项足以引领行业的周转时间，具备零库存供货的实力，可以快速响应客户的需求变化；(2)采用模块化设计和灵活运营，能够按市场机遇来调整生产规模，按量需实现弹性生产；(3)可以用于多种合金的生产，满足更多终端市场的多样性需求。

5 铝冷轧、箔轧带材边部板形控制技术-边部加热技术

在铝冷轧、箔轧生产过程中，尤其是带材厚度较薄时，存在一个普遍的板形问题，边部带材偏紧。究其原因，主要是由于轧辊工作温度不均，尤其是带材边部温度变化梯度大造成的。如果不加以控制，会产生以下后果：(1)生产过程不稳定，易引起断带；(2)制约生产速度，直接影响生产效率；(3)废边宽度大，影响成材率。

在以往轧机设计过程中，往往采用边部热喷技术应对边部过紧的问题，但从笔者走访的几家铝板带厂来看，使用效果不理想。近几年，国内外的轧机设计厂家采用边部加热的技术加以解决。边部加热技术主要包括感应加热技术及装置、移位控制技术及装置和加热及移位控制系统集成、人机界面、加热控制、位置控制、安全保护等，对边部区域的小范围快速温升，补偿此区域的温度梯度问题。图2为感应加热装置。

在山东南山、辽宁忠旺、广东乳源和中铝瑞闽等铝板带生产企业的冷轧机或铝箔轧机已使用此技术，笔者选取了一家企业使用此技术后的板型效果对比(图3)，边部偏紧的问题得到了明显改善。

6 结束语

在整个行业不断创新的大背景下，板带材加工新技术不断涌现，有些新技术已完成生产实践，具有较高的推广价值。企业可以根据自身情况和现有资源等，选择性的利用一些新技术或完成部分升级改造。同时建议企业做好自我创新，培育自己的“拳头产品”或核心技术，朝着更薄、更环保、更节能、高质量的方向发展。