拉矯工序生產工藝研究

劉 楠，位艷艷

(1.龍口南山鋁壓延新材料有限公司，山東 龍口 265706；2.山東南山鋁業股份有限公司，山東 龍口 265706)

近年來，鋁及鋁合金板帶材料在建筑、印刷等方面應用越來越廣泛，根據使用要求的不同，加工工藝開始多樣化，客戶對鋁合金帶材要求也逐漸提高，對軋制后的帶材進行拉彎矯直及清洗而提高產品質量也成為了不可缺少的加工流程，拉彎矯直工序可有效改善帶材板形及帶材表面污染程度，更有利于提高產品的市場競爭力。

1 拉矯工序的設備構造

拉矯由入口段、清洗段、拉彎矯直段及出口段四個部分組成；入口段即帶材生產準備段，包括備卷鞍座、上卷小車，套筒存放架、開卷機、外支撐、伸縮導料板、入口夾送輥、縫合機、去毛刺輥；清洗段包括2個堿洗槽、2個水洗槽（去離子水），用于帶材漂洗，去除冷軋后帶材表面攜帶的鋁粉及軋制油等表面污染物；矯直段即改善帶材板形段，包括入口S輥組、矯直機、出口S輥組；出口段即帶材生產結束收卷段，包括出口夾送輥、卷取機、外支撐、皮帶助卷器、卸卷小車、套筒存放架、鞍座。

2 拉矯工序的工作原理

拉彎矯的核心部分為清洗段、矯直機，帶材經過清洗段去除帶材表面攜帶軋制油及鋁粉等污染物，滿足后續生產或下游客戶使用要求；清洗后帶材進入矯直機，通過矯直機作用在一定程度上改善來料原有板形，為后續加工生產做好準備。

（1）清洗段工作原理（堿洗工藝）。鋁帶材在冷軋制過程中，因軋輥與鋁帶材表面摩擦和碾壓，其表面會產生細微氧化鋁粉脫落吸附，軋制油及其它懸浮成分也會殘留在帶材表面，對板帶后續生產使用造成不利影響。矯直時由于帶材在矯直輥上產生嚴重彎曲變形，伴隨發熱，且張力輥與帶材間相互受力作用而形成摩擦力帶動輥組，如果帶材表面未經清洗，變形時氧化鋁粉脫落，隨著油污一起粘附在矯直輥的輥面上，使輥面產生磨損并造成帶材表面硌傷，因此必須通過專門的清洗裝置進行清洗[1]。

清洗段包括2個堿性清洗槽、2個漂洗槽。鋁帶材進入清洗段首先進行堿性清洗，堿液由上下噴淋管噴出對帶材上下表面進行沖洗，以達到均勻脫脂處理，同時帶材表面形成一層氧化膜。帶材從堿槽中出去時由擠干輥組以達到槽液之間的有效隔離。堿性清洗后帶材進入水槽進行漂洗（去離子水清洗），經過兩道漂洗后帶材經過熱風吹掃，保證帶材表面水分蒸發，避免帶材長期存放導致表面發生腐蝕。清洗過程中要求保持堿性清洗點數控制在3%～5%之間，通過液體取樣進行檢驗監控，每2個小時取樣1次，通過檢測結果對點數進行調整，偏低時加入堿液，偏高時進行適當排放同時加入去離子水進行稀釋。堿液通過循環泵打入，在槽內進行充分循環攪拌，使槽內成分均勻，避免表面處理不一致而造成帶材表面色差或者過洗等表面質量缺陷。去離子水通過檢測電導率進行監控，每2h取樣1次，電導率要求＜100ppm，超出時將槽液適當導出加入去離子水或者全部排放后重新加入；槽液控制是為了滿足生產清洗效果，同時槽液也要具備一定溫度，堿槽溫度60℃左右，水槽溫度50℃左右，更有利于鋁帶材表面清洗。

（2）矯直段工作原理。矯直機主要包括兩部分即矯直單元、入口與出口張力S輥組，矯直單元通過矯直輥上下垂直調整提供應力用于消除縱向及橫向延伸不均勻；利用兩組S輥之間的拉力使帶材產生一定的塑性變形，從而達到消除或減小鋁帶材內部的殘余應力，使帶材平整。鋁板帶經軋制后在寬度方向延展不均，在縱向表現為長度差異，要想得到平整的帶材板形，需根據材料的塑性變形理論，通過矯直機前后S輥組生產速度差使帶材產生一定張力，過入口S輥后帶材連續通過上、下交錯布置的多組小輥徑矯直輥，在拉伸及矯直的聯合作用下使帶材在長度方向上產生塑性變形，從而達到縱向延伸，且減小帶材內部縱向應力的分布不均勻性，從而保持帶材內部縱向組織纖維長度及應力趨于方向一致。

鋁板帶不是理想的彈塑性變形材料，因此矯直機的矯平效果與帶材的原有板形及硬化模量的大小有關，模量越小材料越容易矯平[2]。經過矯直機矯平后的帶材板形會有很大改善，但不可能完全消除板形內部應力，從而達到改善板形的目的，按目前實際生產狀況評估，來料板形值100I左右，經矯直改善后可達到10I以下，以滿足現有設備后續生產要求。

3 拉矯工序相關質量缺陷

帶材經過拉矯后會產生一些工序特征性缺陷，因來料板形遺傳性因素、矯直機矯平能力的限制等，帶材常有的缺陷如端頭翹曲、波浪等，對后續生產造成一定影響或無法使生產順利進行。

（1）端頭翹曲。鋁帶材在張力S輥組及矯直的相互作用下產生塑性變形，消除內部縱向組織纖維長度差異，但帶材在反復矯直變形過程中，不僅受到厚度方向的應力作用，在寬度方向同樣也存在應力作用，這就導致了帶材在寬度方向上會出現橫向翹曲。經現場生產實踐可知，帶材出現翹曲主要與帶材來料板形、內應力分布時效性有關，帶材經過矯平后檢測翹曲狀況良好，但經放置或進行縱向剖分后再測量發現端頭翹曲值超標；通常來料帶材板形邊緊中松，經矯直后帶材邊部應力狀以改善，但經縱向分切后，帶材邊部應力再次得以釋放，帶材會再次出現翹曲缺陷，切片時隨著剪切位置的變化，可能出現下扣或者上翹。現有材料回復能力較強，也就是說帶材矯平后，經過自然時效的作用，帶材內部應力發生改變，使其板形也隨之發生變化，再次取樣測量時帶材會出現翹曲狀況。

（2）波浪。鋁帶材軋制時因軋輥受熱膨脹及局部冷卻不均，導致輥縫大小不一致，會導致帶材縱向及延伸長度不同，從而導致鋁帶材不同位置的波浪情況(如圖1)。

矯直機在矯平過程中因來料波浪的嚴重程度不同及矯平能力的限制，而導致成品仍存在波浪；來料頭尾波浪程度不一致，矯直機在調整過程中適應帶材開卷板形，但料尾板形突變時，可能導致成品卷材尾部波浪無法完全改善而不滿足生產要求。因矯直機延伸率設置不當時也會使帶材產生波浪問題，當延伸率設置過大時，帶材延伸過度，出現邊部大波浪。而延伸率設置過小時，原有波浪無法矯平改善。因此帶材波浪問題不僅取決于帶材原有板形問題還與設備生產能力及板形波動有關，想要得到理想板形務必要關注軋制過程中板形控制及輔助調節矯直機，同時注意矯直機延伸率設定值的控制。

圖1 鋁帶材軋制受熱溫度變化

4 結束語

鋁帶材板形及表面質量通過拉彎矯直后可得到有效改善，但實際生產過程中需根據上游工序實際來料狀況進行反復調整測試，以使帶材矯平效果達到最佳。拉矯工序已得到越來越多的生產廠商應用，且設備結構設計也在不斷優化，使其達到更優的矯直及表面處理效果。