3003鋁合金鑄軋帶橫向波紋原因分析及改進措施

劉春梅

(青海高等職業技術學院，青海 海東 810700)

在鑄軋生產過程中，板材的表面產生的一條條橫向的、有規律的、狀如虎皮的斑紋叫水波紋(也叫橫向波紋)。此缺陷在鑄軋帶上下表面均可產生，但多出現在鑄軋帶下表面[1]。水波紋是鑄軋卷典型的表面缺陷，特別是3003合金尤為突出，水波紋嚴重時，在鑄軋帶材表面肉眼即可看見。有部分輕微水波紋時只有將帶材表面經適當侵蝕(酸洗或堿洗)之后才可觀察到(輕微水波紋一般不影響使用)。

1 水波紋產生原因分析

經實際生產實驗所得出的結論，鑄軋帶材表面的水波紋產生的主要原因是：鑄嘴與鑄軋輥之間的彎液面氧化膜發生周期性破裂，熔體在不同的凝固條件下結晶，從而形成明暗相間的橫向條紋(如果是局部作用則形成虎皮紋)[2]。所有對彎液面的穩定性造成不良影響的因素均會增加出現水波紋的幾率。主要因素列舉如下：

(1)鋁熔體的表面張力：熔體溫度不同，表面張力也不同；合金內化學元素隨百分比增加，鋁熔體表面張力下降。

(2)鑄嘴前沿的狀況：鑄嘴前沿如出現破損，在鑄軋板對應處會出現局部虎皮紋。

(3)鑄嘴與軋輥間隙：由于輥套與輥芯、輥芯與輥頸之間同軸度的偏差，軸承間隙的存在，機架的彈性變形以及設備運行中產生的輕微震動等原因，鑄軋輥與供料嘴之間有一定間隙[2]，一般為上間隙1mm，下間隙0.3～0.5mm。過大的嘴輥間隙，會影響到氧化膜的穩定性，從而出現水波紋。

(4)前箱液位高度和穩定：當前箱液位高度超過臨界值，因液面高度產生的靜壓力會打破熔體表面氧化膜，出現周期性波紋。同時，液位高度的不穩定會出現間隔性水波紋。

(5)鑄軋輥表面的狀況：鑄軋輥表面粗糙度不均勻、材質不均勻，表面潤滑噴涂不均勻，軋輥表面與鋁液的浸潤性差別等因素導致彎液面不穩定，從而會導致鑄軋板面出現水波紋。

(6)生產速度也是水波紋產生的原因之一。在設備高速運轉的情況下，設備震動，熔體出現水波狀，在急速冷卻情況下結晶。

2 橫向波紋處理措施

通過以上分析采取以下方式進行改善：

(1)合理控制合金成分，以3003合金為例，雜質元素最好控制在成分范圍下限，前箱溫度避免波動太大。

(2)鑄嘴使用前，仔細檢查有無破損，在鑄嘴前沿刷一層氮化硼涂料，減少掛渣。生產過程中出現鑄嘴局部損壞時，需停機重新立板。

(3)安裝鑄嘴時合理調整鑄嘴與軋輥上下間隙，在保證立板后鑄嘴受熱膨脹，鑄嘴前沿不與軋輥發生摩擦的前提下，盡量減小嘴輥間隙[3]。經過長時間的試驗和工作積累，目前嘴輥間隙安裝時控制在上間隙為1mm，下間隙為0.3～0.5mm比較適宜生產。

(4)在不影響板面質量的前提下，降低前箱液位，減少因靜壓力過大而造成的水波紋，同時在控流器安裝時，位置需調整精確。

(5)采用優質輥套，合理安排軋輥磨削，火焰噴涂合理調整，確保整個輥面噴涂均勻一致。

(6)調整適當的生產速度。在保證以上其它參數不變情況下采用不同的軋制速度進行生產試驗，找出最佳的軋制速度。

鑒于表面出現水波紋，以Ф1003×1900軋機為例進行試驗。參數見表1。

表1 1003×1900傾斜式雙驅動鑄軋機參數

本次試驗采用的合金為3003，鑄嘴采用1級分配進行生產，鑄嘴分布見圖1。通過對主機速度進行調整及板厚對橫向波紋進行優化。

圖1 一級分配鑄嘴

本次試驗采用規格為1300mm的板寬為試驗標準。第一次立板采用高速生產，將生產速度調整在750～950mm/min范圍內波動。試驗結果見表2。

表2 3003合金在不同生產速度下橫向波紋出現的概率統計

根據表2可以得出結論，通過對軋機生產速度進行調整，可以有效地改善表面橫波紋，穩定生產過程的動態平衡是改善橫向波紋的根本措施。因鑄軋的生產特性一般都會存在水波紋，不同合金水波紋嚴重程度不一樣，也不能完全地消除。生產過程中可以通過以上工藝調整和其它輔助設施的改進來減輕水波紋。

3 結語

通過分析鑄軋帶材橫向波紋產生的原因，找出了幾種控制措施，通過控制合金中的雜質元素含量，改善鑄嘴質量，合理控制鑄嘴間隙，調整前箱液位，采用優質輥套，調整軋制速度等方法來有效地減少或消除鑄軋帶材表面橫向波紋，改善產品質量。