曾 虎，鄧 濤

(洛陽萬基鋁加工有限公司，河南 洛陽 471800)

隨著鋁箔下游企業(yè)對鋁箔質(zhì)量要求的提高，鋁箔生產(chǎn)企業(yè)對鋁箔坯料的質(zhì)量要求也越來越高?；诟鲝S家不斷降低生產(chǎn)成本的需求，使用鑄軋料生產(chǎn)雙零箔已經(jīng)成為鋁箔廠的不二選擇。使用鑄軋坯料避免了熱軋坯料加工過程中的銑面、預(yù)熱和熱軋工序，縮短了工藝流程，減少了這些工序可能因操作不當給鋁箔工序帶來的不利因素和缺陷。在鑄軋熔煉工序加入電解鋁液，省去了鋁錠的鑄造和重融，降低了重熔和鑄造的能耗，減少了鋁的燒損，對企業(yè)的盈利影響較大。雖然直接使用電解鋁液有一些難度，但隨著鑄軋裝備性能的不斷提升和操作工藝的持續(xù)完善，使用部分電解鋁液的鑄軋坯料完全可以滿足雙零箔的生產(chǎn)要求。

1 鋁箔坯料質(zhì)量的要求

(1)鑄軋的熔體質(zhì)量

鑄軋的熔體質(zhì)量主要指熔體金屬純潔度，熔體含渣、含氣量和合金成分，要求進入前箱的熔體氫含量必須控制在0.10ml/100gAl以下。因鋁液中渣和氣存在相互寄生的機制，所以，只要能把氫含量控制在要求范圍，渣的含量也會相應(yīng)減少；合金成分要均勻且控制在中限最佳。

(2)坯料的表面質(zhì)量

坯料表面質(zhì)量直接影響到鋁箔的表面質(zhì)量。要求坯料表面要潔凈、平整、無腐蝕，表面不允許有熱帶、氣道、油斑、孔洞、粘輥、橫波、縱向條紋、裂紋、腐蝕、擦劃傷、黑點、金屬和非金屬壓入物等影響使用的缺陷。

(3)內(nèi)部組織

要求鑄軋板晶粒度一級，細小、均勻的晶粒直接影響加工制品的組織和性能。

2 電解鋁液的特點及對后續(xù)箔軋的影響

(1)電解鋁液省去了鋁錠的鑄造和重熔工序，節(jié)約能源，提高了生產(chǎn)效率，降低了燒損。在生產(chǎn)實踐中，鋁錠等固態(tài)厚料的燒損在2%～4%，電解鋁液的燒損在1%～2%，主要是氧化物和雜質(zhì)。

(2)鋁液溫度高，非自發(fā)晶核少，結(jié)晶時形核率低。經(jīng)對軋制后樣板顯微組織研究表明，鑄軋帶坯的粗大晶粒有孿晶特性，表面部分為片狀結(jié)構(gòu)，片狀組織下層至中心線部分為羽毛狀結(jié)晶組織，這種孿生組織具有很強的方向性，軋制中很難破碎，直接影響鋁箔產(chǎn)品的力學性能和表面質(zhì)量。

(3)鋁液中氧化夾雜物多，渣含量大。電解原鋁中夾渣物含量一般在1 %～2% ，經(jīng)檢測分析，電解原鋁中所含的夾渣物主要組成(質(zhì)量分數(shù)，%) 為，Al2O391.00，Na3AlF61.38，CaF21.55，MgF22.08，SiO21.08，F(xiàn)e2O31.00。這些均是有害雜質(zhì)，不僅影響鋁箔的性能，在箔軋過程中容易造成開裂或斷帶。

(4)含氫量高。電解鋁液中的氣體雜質(zhì)主要是氫(約占70%～90%)和少量的一氧化碳、二氧化碳和氮等[1]。經(jīng)現(xiàn)場檢測，電解鋁液的含氫量均在0.30ml/(100gAl)以上，除氣不徹底時，鑄軋板凝固時析出的氫氣在鑄嘴前沿集聚，在鑄軋板軋制時不停的帶出形成氣道，輕微時微孔壓合，在板面形成發(fā)白的條紋，嚴重時直接開裂，形成溝狀條紋。用這樣的鑄軋板會導致大量的針孔廢品和鋁箔斷帶或開裂，不能保證鋁箔生產(chǎn)，這是生產(chǎn)中需控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(5)含鈉量高。在用電解冰晶石-氧化鋁溶液生產(chǎn)鋁的過程中，由于使用了冰晶石(Na2AlF6)、氟化鈉(NaF)等介質(zhì)，導致電解鋁液中含有一定量被電解析出和置換出的鈉。電解鋁液中的鈉含量達0.05%～0.1%時，除鈉不徹底，不僅降低鋁箔的力學性能，還容易造成裂紋、氣泡、夾渣和晶粒粗大等缺陷[2]。

3 生產(chǎn)工藝

鑄軋生產(chǎn)工藝流程為，熔煉爐加入適當比例的冷料→加入適當比例的電解鋁液→熔化、取樣、成份調(diào)整→除渣、除氣→保溫爐→除渣、除氣→在線除氣過濾系統(tǒng)再次除氣、除渣→鑄機軋制→成品。

3.1 原料配比

(1) 由于電解鋁液經(jīng)抬包轉(zhuǎn)運至鑄軋熔煉爐時，溫度在850℃左右，高于鑄軋工藝要求的熔體溫度，因此需加入一定量的鋁錠和廢料進行降溫。先加入冷材，再進電解鋁液，這樣可以保證操作安全，又可使冷料盡快熔化而使鋁液降溫。

(2) 電解鋁液屬過熱金屬，形核率低。晶核的形成有均質(zhì)形核和異質(zhì)形核。均質(zhì)形核是晶核在液態(tài)金屬的某些微小體積中直接產(chǎn)生的，異質(zhì)形核是晶核在液體金屬中依附于某些雜質(zhì)表面形成的。實際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬結(jié)晶時主要是異質(zhì)形核。

(3) 金屬液態(tài)過熱對于異質(zhì)形核有很大影響。當過熱度較大時，有些質(zhì)點的表白狀態(tài)改變了，如質(zhì)點內(nèi)微裂紋及小孔減少，凹曲面變?yōu)槠矫妫浇饘偃刍?，使質(zhì)點呈“不激活”狀態(tài)，因此使異質(zhì)形核的核心減少，結(jié)晶后形成粗大晶粒。當過熱度很大時，形成質(zhì)點熔化或呈完全“不激活化”狀態(tài)[3]。

(4) 根據(jù)以上理論，因電解鋁液溫度高，形核率極低，直接生產(chǎn)的鑄軋板會嚴重影響鋁箔的表面質(zhì)量和力學性能，所以電解鋁液要按一定比例加入。鋁液加入過多，影響鑄軋板的晶粒度，最終影響雙零箔的力學性能；加入過少，不利于節(jié)能降耗。根據(jù)我廠生產(chǎn)實踐，鋁錠、廢料、電解鋁液加入比例為5∶1∶4，效果最好。

3.2 合金化

(1) 雙零箔坯料生產(chǎn)中，鐵和硅對合金的性能有明顯影響。當鐵含量和硅含量比例不當時，會引起鑄軋板產(chǎn)生裂紋。提高鐵含量，鐵含量大于硅含量即可縮小結(jié)晶溫度范圍，減小鑄軋板裂紋傾向。所以，通常控制鑄軋板的Fe(wt.%)∶Si(wt.%) ≥2～3 較好[4]。同時硅含量盡可能控制低一些(對鐵、硅范圍有要求的除外)，這樣有利于鋁箔坯料的后續(xù)壓延加工。

(2) 熔煉溫度達到生產(chǎn)要求時，先進行均勻攪拌、扒渣后，溫度合適時調(diào)配成分，爐底取樣時，溫度最好控制在730℃～740℃。合金劑添加時溫度過低，影響金屬吸收，溫度過高，合金劑損失大；并要給于充分的熔化時間，一般合金劑投入后悶火15min→攪拌5min→二次悶火20min→攪拌8min→靜置15min→測溫調(diào)溫達到標準溫度，之后取樣分析。

3.3 鋁溶體的凈化(除氣、除渣)

由于電解鋁液中氧化夾雜物多，渣含量大，需重點對電解鋁液進行凈化處理，凈化包括爐內(nèi)、爐外精煉和在線除氣、過濾系統(tǒng)對熔體的凈化。鋁熔體中夾渣物處理不凈，不僅造成氣孔、引起脆化，而且會加速腐蝕，在鋁箔軋制時造成斷帶，引起針孔超標，是影響鋁箔合格率的主要因素之一。

3.3.1 爐外精煉

往爐子注電解鋁液前，先在抬包中加入溶劑進行初次爐外精煉，且要選擇干凈干燥的原材料和工器具。

3.3.2 噴粉精煉和CCL4精煉

(1) 鑄軋生產(chǎn)廠家大多使用高純度氬氣或氮氣作為精煉的載體，通過吹入溶劑到熔體中，進行精煉，達到凈化熔體的作用。因惰性氣體不溶于鋁，當均勻細小的惰性氣體氣泡吹入溶體時，溶體中氫受到的壓力大于氣泡內(nèi)壓力，使金屬中的氫不斷擴散到惰性氣體氣泡中，直到壓差為零達到平衡為止。氣泡在上浮過程中除去一部分溶體中的氫，由于氣泡表面張力作用，溶體中懸浮的雜質(zhì)會吸附于氣泡表面，氣泡上浮過程中也帶走一部分渣，所以，吹入溶體中的氣泡越多越好，越密越好。

(2) 噴粉精煉的粉主要是熔劑，熔劑主要是氯化鹽、氟化鹽、碳酸鹽，通過鹽類的吸附、溶解和化學反應(yīng)及反應(yīng)所產(chǎn)生的可以揮發(fā)的物質(zhì)氣泡的吸附作用，達到除渣除氣的目的。根據(jù)我廠生產(chǎn)實踐，精煉時采用"N+Z"方法，精煉時間控制在15min～20min，溶劑使用量2kg/tAl，最好使用噴粉精煉機，可使噴粉均勻，效果明顯。

(3) 氯鹽與鋁及鋁合金熔體反應(yīng)：

3MeCl2+ 2Al = 2AlCl3↑+ 3Me

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(1)

3C2Cl6+ 2Al = 2AlCl3↑+ 3C2Cl4↑

(2)

3C2Cl4+ 2Al = 2AlCl3↑+ 6C + 3Cl2↑

(3)

2Al +MeNO3= Al2O3+Me + 1P2N2

(4)

反應(yīng)產(chǎn)生的氯氣又與氫、鋁、氧化鋁進一步反應(yīng)，從而達到除渣、除氣的目的。

Cl2+ H2= 2HCl ↑

(5)

6Cl2+ 2Al2O3= 4AlCl3↑+ 3O2↑

(6)

(4) 僅使用噴粉精煉除渣、除氣的效果是有限的，根據(jù)噴粉精煉后測氫，其含氫量只能降到0.2 ml/100gA1左右的水平，不能滿足鋁箔坯料的要求。還要通過在爐中進行四氯化碳的二次精煉，四氯化碳的精煉機理是基于下面的化學反應(yīng)：

2CCl4=C2Cl4+2Cl2↑

(1)

4Al+3C2Cl4=4AlCl3↑+6C

(2)

2Al+3Cl2=2AlCl3↑

(3)

Cl2+2H=2HCl↑

(4)

(5) 這些反應(yīng)是不可逆的，一經(jīng)反應(yīng)，金屬就不可還原，反應(yīng)生成的HCl和AlCl3(沸點183 ℃) 都是氣態(tài)，不溶于鋁液，HCl 和AlCl3氣泡在上浮過程中，氫氣向氣泡中擴散，浮渣被氣泡吸附，所以，同時具有除渣除氣作用。以上每次精煉后均勻扒渣干凈。

3.3.3 旋轉(zhuǎn)噴吹在線精煉

除氣箱凈化的原理是通過高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速500rpm/min左右)，把轉(zhuǎn)子通入的惰性氣體打碎成細小氣泡，根據(jù)動力學原理，惰性氣體與鋁液接觸時間越長、接觸面積越大，除氣效果越佳，所以要求把氣泡打的越碎越好，通過滲透和吸附原理再次對鋁液中氫和雜質(zhì)進行凈化，達到除渣、除氣效果。通過上述(2)(3)兩項凈化措施，熔體中氫含量可降低至0.12 ml/100gA1以下，達到雙零箔坯料生產(chǎn)要求。

3.3.4 過濾凈化

通過各項精煉法除渣除氣后還有 30 μm～50μm微小夾渣存懸浮于溶體中，通過過濾箱中過濾板機械阻擋雜質(zhì)，進一步除去溶體中的渣。因過濾板價格低廉、易于采購、便于更換、過濾面積大，現(xiàn)在多數(shù)廠家使用雙級陶瓷過濾板，目數(shù)50目和60目效果最佳，需要注意的是，過濾片與過濾箱的結(jié)合處應(yīng)堵塞嚴實，以免鋁液旁漏降低過濾效果。

3.4 晶粒細化

晶粒細化是通過添加細化劑使帶坯具有細小的等軸晶粒組織或縮短枝晶間距(即枝晶細化)。枝晶臂間距越小，枝晶細化程度越高，鑄軋帶坯的力學性能和加工性能也越好[4]。

針對電解鋁液的特殊性，雖然通過一系列的措施，仍有部分大晶粒存在，為了得到組織均勻、晶粒細小的鑄軋坯料，就要加入一定量的晶粒細化劑。鈦在鋁及鋁合金中一般作為雜質(zhì)看待，但是鈦具有細化晶粒的作用，特別是有硼同時存在時細化效果更好。由于鈦價較高，通常采用Al-Ti-B絲細化，在能達到晶粒度要求的情況下，鈦含量盡可能小一點。對于雙零鋁箔坯料，控制Ti含量在噸產(chǎn)品1.5%左右，含量控制在產(chǎn)品要求范圍內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)實踐，選擇在除氣箱入口逆流加入最好，通過除塵轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，可以使鈦更均勻，不會因溫度過高，導致形核降低，也不會因溫度過低，造成鈦在流槽中沉積，起不到細化作用。溫度控制在720℃，TiAl3、TiB2形核效果最佳，鑄軋板晶粒度均能達到一級。

3.5 軋制工藝控制

以上工藝為鋁箔坯料生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，在軋制時，軋輥的材質(zhì)和凸度、鑄嘴的材質(zhì)和制作、鑄軋區(qū)的設(shè)定、冷卻溫度、軋制速度、液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定、生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境等都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素。因此：

(1) 選用質(zhì)量穩(wěn)定的鑄軋輥套，保證輥芯水道暢通，合理控制磨削參數(shù)，精確計算鑄軋區(qū)是保證鋁箔坯料板型的重要條件；

(2) 采用優(yōu)質(zhì)的鑄嘴料，精確制作加工鑄嘴，保證鑄嘴開口平直度和嘴輥間隙，是減少鋁箔坯料條紋的有效手段；

(3) 合理控制鑄軋生產(chǎn)的前箱溫度、鑄軋速度、冷卻強度、前箱液面高度和預(yù)應(yīng)力，是保證鋁箔坯料的必要條件；

(4) 保持生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境衛(wèi)生、做好防蚊蟲措施、不同班組的員工操作標準一致是穩(wěn)定生產(chǎn)鋁箔坯料的前提條件。

4 結(jié)束語

在鑄軋雙零箔坯料生產(chǎn)中使用電解鋁液，必須控制以下幾點：

(1) 對電解鋁液進行爐外除渣，進入爐中要進行降溫來增核并析出雜質(zhì)和氣體；

(2) 選用干燥、干凈、質(zhì)量穩(wěn)定的原輔材料和工具，并且爐子要保持干凈；

(3) 嚴格執(zhí)行熔煉工藝要求，并控制合金元素在較小范圍，提高熔體的潔凈程度和均勻性；

(4) 軋機工藝參數(shù)設(shè)置合理，工裝設(shè)備穩(wěn)定可靠。

以上條件滿足的情況下，完全可以使用部分電解鋁液生產(chǎn)雙零箔坯料，達到降低鑄軋成本的目的。