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，蒋元力1，2，李晓峰3，宋乃春2，李章存2，张省展2，冯伟峰2，耿雪峰21郑州大学化工学院，郑州（450001）2河南永登铝业有限公司，郑州（452477）3泰隆科技有限公司，郑州（450001）E-mail：pengyd526@sina.com摘要：本文简述了永登集团铸轧设备和工艺流程。着重分析铸轧工艺质量提升的关键在除渣除气提升铝液质量和设备、操作、工艺技术条件的优化组合匹配。第一，铸轧工艺质量的提升应从熔炼原辅材料的配备、化验和严格的熔炼、精炼工艺入手，加强铝液的净化除渣除气，提升铝液质量；第二，调整好成分和温度的铝液从静置炉放流，经在线Al—Ti—B丝晶粒细化，在线除气箱精炼除氢，在线过滤箱三道过滤程序进一步降低铝液中的氢含量和渣杂，提升铝液的质量；第三，上流槽中的铝液经竖管浮漂控流装置进入下流槽、前箱和铸咀到达轧辊，科学的铸轧操作即设备工艺技术条件的优化组合匹配是提升铸轧工艺质量的关键。关键词：铝液铸轧，熔炼炉，晶粒细化，立板中图分类号：TF81.前言铝带坯连续铸轧技术是铸造与热轧合二为一的一种铝加工技术，是通过让铝液穿过两个用水冷却的轧辊之间经冷凝、结晶、铸造、轧制来实现铝带坯生产的，因此它能得到类似热轧板的冶金组织，并省去了大量的设备和能源，取得了良好的经济效益。永登集团铝带坯连续铸轧设备系洛阳市正阳设计所设计。铝熔炼炉与静置保温炉由岳阳市特耐热工工程有限公司制作安装调试。其优秀的设计方案和精良的施工安装是永登集团铸轧工艺质量提升的保证。为进一步提升铸轧工艺质量，永登集团新购买了永磁搅拌器与非接触式搅拌除气装置成套设备。永登集团铝液铸轧工艺和设备流程图如下：图1铝液铸轧工艺流程图Fig1ProcessFlowDiagramofCasting-rollingwithaluminumliquid备料装炉熔炼取样化验配料导炉静置精炼取样化验放流在线晶粒细化在线精炼除气除渣取样化验控流控温铸轧剪切取样卷取卸卷捆扎严格按照管理规程和操作规程备配料、熔炼、取样化验和炉内精炼是使铝液质量得到有效提升的保证。2.1.1熔炼炉备配料备料配料按照规程、国标（GB/3190—1996）和客户合同、协议置上的原则[1]。熔炼炉中先加入30%的冷料，包括铸轧废卷剪切碎片、铝锭和中间合金。再加入70～80%的电解铝液。所配炉料必须准确过磅，必须有成分分析单且符合规程，目的是降低杂质含量。加入冷料作用：一可熔化到电解铝液中充分利用能量并降低其温度，二可增加铝液铸轧时的形核能力。若冷料长期露天存放，与潮湿空气接触吸附O2和H2O，易产生AL(OH)3分布在铝表面，高温熔炼时发生如下反应[2,3]：322)(OAlOAll→+（1）OHOAlOHAl2323)(+→（2）)()(322)()(液中溶于晶体AlHOAlgOHlAl+→+γ(3)反应产物会增加铝液的氧化夹渣和氢气含量；由电解槽中抽出的电解铝液是过热金属，熔体温度达900℃以上，吸附有大量的氢气，悬浮着大量的电解质及氧化物夹渣，因此必须加强熔炼、精炼充分的除渣除气。2.1.2熔炼炉熔炼除渣除气严格按照熔炼操作规程熔炼。熔炼所用优质粉剂系抚顺群星除渣剂、郑州蓝翔覆盖剂，装炉后，喷撒一层干燥的粉状剂（KCl+NaCl+NA3AlF6）进行覆盖以减少铝液的氧化造渣，采用永磁搅拌器搅拌加速金属熔化，促进成分、温度的均匀化，兼有除气、晶粒细化和造渣除杂作用。待炉料全部熔化后，调整温度到730～750℃之间，用喷粉装置深入铝液内部接通高压氮气喷粉（除渣剂）除渣除气，时间10～15分钟，除渣剂用量2kg/t铝液，之后关闭～15分钟后扒出浮渣。熔炼除渣除气的主要化学反应及原理[1-4]如下：↑+→363AlFNaFAlFNa(4)NaFSiFSiFNa+↑→462(5)↑++→+32633262AlFSiOAlFNaOAlSiFNa(6)↑+→+32AlFMgAlMgF(7)MgOAlMgOAl+→+32(8)实践证明KCl和NaCl添加氟化物形成的混合物对氧化铝有极强的润湿及吸附能力，且表面张力小，氧化铝特别是悬混于铝液中的氧化膜碎屑为富凝聚性及润湿性的溶剂吸附包围后便改变了氧化物的性质密度及形态，从而通过上浮而更快的被排除。渣剂除本身可以吸附熔解在铝液中的氧化物形成一种新渣浮于铝液面扒出，并可防止形成有利于熔体吸氢的Al2O3,而且通过置换出熔体中存在的Al2O3中的Al，降低Al2O3的吸H2O和H2作用。N2气的作用基本上靠气泡吸附，氮气通过铝液时，铝液中的固体非金属夹杂自动吸附在气泡上被带出液面；另一方面由于氮气泡内起始氢气分压为零，熔解在铝液中的氢不断的扩散到气泡中浮出液面。氮气泡越细小，分布越均匀，则气泡在熔体中停留的时间越长，与氢气接触面积越大，则氢有充分的时间和机会向气泡扩散，除氢的效果越明显。2.1.3熔炼铝液化学成分的控制熔炼炉内铝液扒渣后，应测温、取样化验调整好成分。一般讲铸轧铝卷各牌号的成分控制应满足GB/T3190—1996《铝及铝合金加工产品的化学成分》的规定。根据不同的牌号控制Fe与Si之差（质量%），通过控制适当的Fe、Si含量（%）和（Fe-Si）差、(Fe/Si)铁硅比,可以缩小铸轧时结晶温度范围，减少铸轧板裂纹倾向并能改善铸轧卷冷轧时的加工工艺性能，对控制铸轧板的晶粒度亦有利。2.1.4静置保温炉精炼除气除渣调整好温度和成分的铝液经导流槽进入静置炉精炼。精炼温度710～730℃，所有合金均采用CCl4精炼，之后采用氮气喷入精炼剂进行除气除渣。采用CCl4精炼时，作载体的轻质粘土转必须先在250～300℃温度下干燥5小时以上除尽水分，然后放入纯CCl4液内浸泡，待轻质粘土砖沉底后方可使用。精炼时取浸入CCl4液处理好的轻质转两块装入精炼搅拌器内固定好，送压入铝液底部平稳均匀地移动，不得留有死角，每次精炼时间不少于10分钟直至无气泡冒出为止。精炼完毕后扒出表面浮渣喷撒一层粉状剂覆盖，对精炼后的熔体进行含氢量测定，如超过规定标准，则重新进行精炼。精炼机理[1-4]如下：↑+→2424ClClCCCl（9）CAlCClClCAl+↑→+342（10）↑→+32AlClClAl（11）↑→+HClHCl2（12）反应产物Cl2、AlCl3、AlCCl3、HCl、C和轻质粘土砖都能吸除铝熔体中大量的氢和渣杂。2.2在线精炼进一步提升铝液质量在线除气箱底吹氮气除氢静置炉铝液经取样化验调整好成分和温度（700～730℃），在铸轧作业一切按规程就序的前提下，可开启放流口钎子放流，铝液沿已清垢和预热好的上流槽进入并充满位于上流槽中游的除气箱，除气箱带有加热调温装置控制铝液温度在（690～710℃），氮气通过箱底的多微孔透气砖吹入可减少气泡直径，增加气泡数量，扩大气泡表面积，显著提高除气效果。2.2.2在线Al—Ti—B丝晶粒细化Al—Ti—B丝由细化晶粒送丝机引出逆向插入静置炉后紧靠除气箱的上流槽中较高的温度区域，Al—Ti—B丝材质标准[1]：Ø9.5㎜,5～6%Ti，1～1.5%B，Al—Ti—B丝喂进速度严格按以铸轧铝板带含Ti量达0.006～0.008%时晶粒细化可达最佳效果计算，并根据在过滤箱后面取样进行光谱分析结果调定。在此条件下铸轧铝带坯组织材料细小、等轴、各向异性小，且易使偏聚在晶界上的杂质及低熔点共晶组织分布更均匀，铝带坯的力学性能好，加工时变形均匀。2.2.3在线过滤彻底清除渣杂处在上流槽中上游的带有加热保温装置的过滤箱内由前到后平行安装有三道泡沫陶瓷质过滤板(孔径规格30*40*40ppi),铝液熔体在静压力作用下沿着板中众多曲折沟道和孔隙以最佳的过滤速度流动，所含夹杂物通过碰撞、拦截、扩散和沉积被捕捉粘附于孔壁[4]。这是铝熔体净化处理的最后一道工序，保证铸轧铝液高度洁净。2.3科学的铸轧操作是提升铸轧工艺质量的关键2.3.1Ø1000*1850㎜铝板带连铸轧机Ø1000*1850㎜铝板带连铸轧机是整条铸轧生产线的核心设备，系洛阳市正阳设计所设计。铸轧辊是最核心的与铸轧生产直接相关的部件，分辊芯、辊套，辊芯材质为42CrMo钢，辊套材质为PCrN13Mov,热装在辊芯外，辊芯辊套间有冷却水槽可通水冷却，冷却水槽是一个带回围接头的焊接水箱，安装在轧辊头上提供循环冷却水[1]。2.3.2铸轧辊表面清理新辊或重新磨光的铸轧辊，其表面钢是裸露的，较为光亮，若无任何处理措施，铸轧时势必造成粘辊，故铸轧前必须采取以下处理措施：(a)用四氟乙烯或其他除油剂擦洗轧辊表面油迹，用布或棉毛纸擦洗。（b）启动轧机以1m/min的速度运动，然后使液化气火焰喷涂装置在轧辊横向以每分钟20次来回移动，喷撒薄薄一层碳黑。已生产过的铸轧辊，辊面涂层比较均匀。如辊面涂层破坏，要补上薄薄一层碳黑。若停止运转，用干净干燥柔软不带油迹的布清擦辊面。如辊面粘有铝屑，用240目细砂纸擦掉铝屑，然后用360目细砂纸打磨辊面（只允许沿辊圆周方向打磨整个轧辊面，不允许横向磨辊），最后用干净柔软的布轻擦。2.3.3开机前的准备工作紧贴两轧辊辊面与辊缝正相接的部件是铸咀，要保证铸轧铝板带面质量，关键在于咀子的打磨组装及开机前的准备工作：（a）加工好的铸咀装置要放进干燥箱内干燥，保温温度150℃，保温至少8小时才能交付使用。（b）提高铸咀装配精度避免铸咀局部变形，对咀子结构改动，上沿后退2～3mm。（c）调整好辊缝，控制好铸咀开口度及与轧辊面缝隙的大小（上辊0.35～0.45mm，下辊0.15～0.25mm）且均匀一致。（d）开机前，铸咀、前箱、下流槽、控流装置要清理干净，按照规程严格组装并充分预热。2.3.4设备、操作、工艺技术条件的优化组合匹配准备工作就序后，温度、成分经检测合格（含氢量＜0.12ml/100gAl）的铝液经控流装置（竖管和浮漂）由上流槽进入下流槽、前箱。前箱是下流槽与铸咀的连接部件，其作用是按铸造宽度均匀分配熔融铝液，使铝熔液以规则缓慢的速度，并在高温下进入铸咀。为减少铝液滞流的可能性，制造为梯形结构。为了有效地保温，前箱底部、后部和侧面用耐高温胶粘两层耐火石棉，底层25mm厚，侧面12mm厚。前箱铝液温度和液面高度的稳定和控制是立板成功与否和铸轧板质量好坏的关键。立板开始之前，铝液由上流槽的侧部开口，沿导流装置外流入事先备好的铁箱。在两轧辊缝出口侧放上引板器堵住辊缝并在两耳端放上一小块纤维毡密封好并扶持住引板器。立板开始，打开控流装置，堵住上流槽侧部开口，观察前箱铝液液面高度，当高度达16～18mm时，主操纵手立即启动铸轧机使轧机以0.3mm/min的速度运转，铸轧板将顶出引板器。此时，主操纵手应打开冷却水阀，启动液化气火焰喷涂润滑系统，观察轧辊带出来的半凝固状态铝带坯表面有无异常现象：是否表面起棱、有无空洞、裂纹、热带、气道、边部锯齿形等等，根据经验调整铸轧速度并剪切去不合格的开机小卷。待前箱铝液温度稳定（687±3℃），前箱液面高度稳定（17±1mm），冷却水压力和温度稳定，铸轧速度正常且铸轧板面和板形质量合格后剪切取样并正常铸轧卷取，立板结束。铝液铸轧是一个连续的动态的生产过程，要确保铸轧带卷质量，必须使其在最佳的工艺参数状态下工作并保持这一状态的平衡，一般要求：（a）前箱液面高度波动±1mm(b)前箱铝液温度波动±3℃（c）润滑系统在轧辊轴向移动速度300～330cm/s，火焰