淺談鑄軋彎液面氧化膜的形成及控制

熊增彩，索寶生，崔 勇

（青海中鋁鋁板帶有限公司，西寧 810100）

0 前言

鑄軋是將鋁液直接轉化成5~10 mm厚度的坯料生產過程，它具有生產靈活、投資小、占地面積小、建設速度快、能耗低、生產周期短等優點，故其產品在包裝、印刷、裝飾等行業的應用特別廣泛。隨著軋制工藝的不斷改善，人們對帶材板面質量的要求不斷提升，許多產品不允許鑄軋坯料表面有氧化膜脫落以及因此產生的印跡。在生產過程中引起氧化膜脫落的主要原因在于鑄軋彎液面氧化膜的不穩定性。

1 彎液面氧化膜的形成

在鑄軋生產中，供料嘴與鑄軋輥之間存在有一定的縫隙，被稱之為嘴輥間隙。鋁熔體在嘴輥間隙處受液體表面張力影響形成彎曲狀，故稱之為彎液面[1]。彎液面鋁水由于氧化所形成的氧化膜稱之為彎液面氧化膜，如圖1所示。

圖1 彎液面氧化膜示意圖

正常生產時，由鑄嘴進入鑄軋區內的液體被這一層弧形氧化膜所包圍，才保持了生產的連續進行，但是受眾多因素的影響，這個氧化膜被破壞時，鑄軋板面就形成了影響質量的氧化膜或夾渣。正常情況下，氧化膜不受外力沖擊或人為破壞時能夠穩定存在并保護生產正常進行，它的穩定性取決于氧化膜表面張力產生的施加給金屬液體的附加壓強和前箱內熔體產生的靜壓強之間的平衡，如圖2所示。氧化膜表面張力產生的施加給金屬液體的附加壓強為[2-3]：

圖2 前箱熔體水平面與氧化膜示意圖

式中，P膜是氧化膜表面張力給熔體的壓強，Pa；R是液膜的曲率半徑，cm ；σ是表面張力系數，N/cm。

前箱熔體和彎液面氧化膜之間存在一定的靜壓力，其產生的壓強為：

式中，P靜是前箱熔體靜壓力造成的壓強，Pa；H是前箱熔體水平面與氧化膜之間的高度差，cm；ρ是熔體密度，kg/cm3；g是重力加速度，m/s2。

當P靜=P膜時，氧化膜穩定存在，鑄軋過程也將穩定進行。如果工藝一直穩定，結晶過程能按這個模式持續進行。當氧化膜的表面張力產生的附加壓力小于前箱液面靜壓力時即P膜＜P靜時，氧化膜就會被沖破，嚴重時會造成漏鋁停機；當P靜≤P膜時，氧化膜就會被流動的鋁水帶到板面，這兩種情況都會導致產生板面氧化膜夾渣缺陷。

2 破壞彎液面氧化膜的因素

在實際生產中，破壞彎液面氧化膜的因素有很多，有工藝因素也有外界因素，下面對主要的幾個因素進行分析。

2.1 前箱靜壓力對彎液面氧化膜的影響

彎液面氧化膜的穩定性取決于彎液面的穩定性，而前箱液面的穩定是控制彎液面穩定及氧化膜形成的關鍵，因此要維持鑄軋生產的連續性和干凈的板面，前箱液面的高度和穩定是一個極重要的參數。熔體對嘴輥間隙作用的靜壓力和彎液面處的表面張力處于平衡狀態，當液面起伏不定或前箱穩流器配合不好易導致前箱液面頻繁波動，就會打破平衡狀態。液面較低時靜壓力減小，金屬供流不足使彎液面處表面張力減小，致使熔體局部過冷凝固，鋁凝殼后移增厚；前箱液面過高時靜壓力增大，彎液面處表面張力也隨之增大，液穴加深，熔體結晶面前移，凝固殼減薄。不穩定的結晶條件直接導致氧化膜的曲率半徑也隨之變化，從而導致氧化膜頻繁脫落，造成板面氧化膜夾渣缺陷。

2.2 唇輥間隙對彎液面氧

唇輥間隙直接影響彎液面氧化膜的厚度，同時鑄嘴的平直度又影響彎液面氧化膜的均勻性。一般情況下唇輥間隙大的地方，氧化膜厚相應較厚，在出現波動時，偏厚的氧化膜就容易脫落，而且前面已經破壞過的地方的氧化膜也容易脫落。

2.3 冷卻強度對彎液面氧化膜的影響

循環水的冷卻強度主要由循環水的溫度、壓力、流量來決定，它們的變化和波動是影響鑄軋穩定生產的重要條件。但在實際生產過程中，鑄軋輥會隨著水溫、水壓、流量的變化出現微量的熱脹冷縮變化，該變化直接導致輥縫開度出現反復的變化，而鑄嘴開口度是固定不變的，所以容易出現氧化膜脫落。 而且水溫、水壓的變化直接造成軋輥帶走的熱量不同，鑄軋區內凝固區的長度（液穴深度）發生變化，氧化膜的表面張力也會反復變化，輕則出現細橫紋，重則在其他條件有變化時出現氧化膜破裂引發的問題。

2.4 外界因素對彎液面氧化膜的影響

2.4.1 液面波動的影響

引起液面波動的因素很多，如轉爐時液面波動、除氣爐爐蓋升降和除氣爐扒渣、穩流器調整精度不好控流不穩等。轉爐剛開始時由于熔煉爐內的鋁液多、壓力大，對保溫爐的沖擊大，到轉爐后期隨著爐料的減少沖擊也變小，液位的變化會引起彎液面的波動，嚴重時會造成氧化膜脫落。由于除氣爐上蓋上有加熱體、石墨轉子，所以除氣爐作業時對溜槽的影響較大，彎液面的平衡也極容易被打破，造成氧化膜脫落。穩流器的調整精度是前箱液面保持穩定的關鍵，它的精度主要由穩流器的靈敏度、安裝精度、石墨堵頭的密封性以及浮盤的完整性決定，調節靈敏的穩流器可以有效防止其他液面波動對彎液面的影響。

2.4.2 速度波動的影響

在生產過程中，當鑄軋速度發生變化時，鑄軋區內的液相區也會相應延長，液穴加深會使嘴輥間隙處凝固殼減薄，造成嘴輥間隙處彎液面持續產生變化，此時其他條件稍有波動就會引起氧化膜脫落[4]。

2.4.3 機械震動和人為因素的影響

機械震動一部分來自外部的因素，如天車行走的震動、外部敲打設備或檢修作業，同時還有來自設備本體的因素，如設備機械卡死的震動、軸承破損、軸承滾珠磨損、輥套滑移等等。

人為因素主要是指在生產過程中，當過濾箱液位差增加時，為了防止板面塌邊，操作工人會進行敲擊過濾箱等帶有震動性的操作。這種人為因素造成的振動也會破壞彎液面氧化膜的平衡，造成大量的氧化膜帶出。

3 預防措施及控制方法

（1）保持技術參數合理且穩定。鑄軋生產中鑄軋區、唇輥間隙、冷卻強度、帶材速度是最為重要的幾個技術參數，根據合金種類、板厚和板寬的不同以及軋機型號的不同、生產環境溫度的不同，參數設定均不相同。一般情況下軋輥直徑為980 mm的大軋機鑄軋區控制在58~62 mm，輥直徑為820 mm的小軋機鑄軋區控制在52~56 mm之間；而且唇輥間隙越小越好，通常情況下上間隙控制在0.8 mm以內，下間隙控制在0.6 mm以內；帶材速度根據合金和產品的要求控制不一，但是正常卷曲后不再進行調整，特別應注意保持生產過程的穩定性；冷卻強度夏天要大于冬天，但是壓力、流量和水溫需穩定[5]。

（2）精細操作立板生產過程。立板生產過程中的精細操作尤為重要，它既是確保工藝參數的前提又是過程控制的關鍵，特別是鑄嘴、前箱、穩流器、軋區和唇輥間隙的調整。在安裝調整時鑄嘴要做到唇口平直均勻，耳子緊固到位；前箱、流槽之間的組裝面和連接口要做到密封、暢通、固定；穩流器的組裝要做到靈敏、支架要固定、對位要準確、連桿浮盤的保護要嚴實；鑄軋區的測量一定要準確，標定要真實準確，唇輥間隙在保證鑄嘴扇板不與輥面接觸的前提下要盡量放小。

（3）減少外界和人為破壞。外界對生產的影響是完全可以避免的，特別是設備的影響，在立板前做好設備的點檢和維護，在生產過程杜絕在軋機周圍進行敲打、撞擊等檢修作業；天車的軌道要加強維護和緊固，避免啃軌、震動等故障的發生；每卷下線后及時查看過濾箱液位差和通過量，二者任一項達到工藝要求時要提前做好切換準備并及時切換，堅決杜絕人為敲擊過濾箱情況發生。

4 結束語

鑄軋彎液面氧化膜的穩定性是主導板面氧化膜缺陷的根本因素，合理的參數控制和精細的操作又是彎液面氧化膜穩定的關鍵所在。因此在鑄軋生產過程中既要杜絕設備和人為的干擾，同時還要加強操作質量，立板時的原始參數要符合工藝技術標準，確保彎液面氧化膜均勻、穩定，從而有效防止由于彎液面破壞造成的夾渣缺陷。