浅谈Hazelett连铸连轧产品的特性与应用

2019-10-11邢俊红程远鹏韩成艺

世界有色金属 2019年16期

邢俊红，程远鹏，韩成艺

（洛阳龙鼎铝业有限公司河南洛阳 471300）

Hazelett连铸连轧生产工艺作为一种新型的生产技术，该技术在铝带生产的商业应用始于20世纪60年代。但在中国的应用和研究时间较短：2009年，由洛阳豫港龙泉高精度铝板带有限公司（现由洛阳龙鼎铝业有限公司托管）引进了中国首条Hazelett连铸连轧线，并于2011年3月投产；2013年，内蒙古联晟新能源材料有限公司引进了中国第二条Hazelett连铸连轧线，并于2018年4月投产。目前两条生产线均已实现批量、稳定、连续性生产。

近年来，林道新、马道章等[1,2]结合国外生产经验，为Hazelett连铸连轧生产技术在中国的推广与应用做了大量努力，并该技术的工艺特性及其产品特性做了大量论述介绍。郑州大学杨永昌[3]、关绍康等人也对Hazelett连铸连轧生产工艺进行了大量研究。2017年，中国工程院毛新平毛新平院士率队到洛阳龙鼎实地考察了这条生产线。2018年，由郑州大学和洛阳龙鼎合作研究的《高通量连铸连轧铝合金板材关键技术与应用》项目获得了中国有色金属工业科学技术奖一等奖。但是，由于该技术引入中国铝加工行业时间较短且只有两条生产线，目前市场上对该产品的工艺特性及应用情况仍然存在较多疑虑。本文将结合笔者近10年来对Hazelett连铸连轧生产线的管理与产品应用研究经验，对该产品的特性与应用进行论述。

1 国内Hazelett生产线运行情况

目前国内应用于铝带加工的Hazelett连铸连轧生产线共2条，分别位于河南省伊川县和内蒙古霍林郭勒市。现有2条生产线，设备宽度均为2100mm，综合设计产能40万吨。2018年，两条生产线实现总产量25万吨，预计到2019年，可实现总产量35万吨。

在产品结构方面，洛阳龙鼎主要以生产各种单零箔、电缆带、装饰板带、深冲料、汽车散热器料等产品坯料为主，近三年来，年产量稳定在16-18万吨之间，产品质量在同行业中，享有较好的口碑。内蒙古联晟自2018年4月份安装调试完成后，立即进入到稳定生产状态，且当年即实现产量8万吨，其产品主要以双零箔、单零箔、空调箔、汽车散热器料等产品坯料为主。

2 Hazelett连铸连轧线的构成

Hazelett连铸连轧生产线实际上是由熔炉组、在线除气除渣装置、Hazelett铸坯机、热三连轧等共四部分组成，其中Hazelett铸坯机是该工艺的核心工序，也是区别于其他工艺技术的典型标志。图1是典型的Hazelett连铸连轧生产线组成示意图。

图1 Hazelett连铸连轧生产线组成示意图

作为核心部位，Hazelett铸坯机是由一副完全张紧的低碳钢带作为上下表面，两条根据宽度需要可移动的矩形的金属块链随着钢带运行以形成边壁，由此组成铸造模腔。其中，在钢带的内表面上安装有若干根钢棍作为支承辊，并喷射定量的水流来对钢带进行冷却。生产时，前箱和铸嘴被精确地安放在铸模的入口处，铝液通过铸嘴进入到两根钢带之间，通过水冷作用，铝液发生凝固并形成矩形的15～20mm厚的铸坯，以此完成铸造工作。

铸造工作完成后，铸坯会直接送入热连轧机组，以此形成不间断的连续铸造和连续轧制，从而达到高效、批量化生产的目的。

一般而言，铸坯机在生产不同的合金种类时，各种如温度、速度等参数也不尽相同[4]，以8011合金为例，其铸造速度为7～9m/min，铸造温度为690℃～700℃之间，铸坯温度在450～550℃之间，初轧温度为400℃～500℃之间，终轧温度为120℃～250℃之间。一般8011合金的再结晶温度在300℃～350℃之间，由此可知，按照宽度1650mm，厚度19mm计算，其生产能力可达35～45吨/h，且在此工艺条件下生产的8011合金铝带卷，具有类似于热轧卷的工艺效果。

3 合金种类

Hazelett铸坯机在生产时冷却速度约30-80℃/S，从其冷却速度和冷却强度来看，其可以生产大部分合金含量在5%以下，或者结晶温度区间＜60℃以内的变形铝及铝合金。从进8年来国内技术人员对Hazelett连铸连轧生产工艺的研究经历与经验来看，在现有技术能力下，该生产线可适用生产的合金种类主要包括如表1所述的以下几种。

表1 Hazelett连铸连轧线可生产的合金种类

4 表面质量

Hazelett连铸连轧生产由于其工艺特点，其铸造是钢带表面粗糙度达到Ra15.5-16μm之间，造成铸坯的表面存在较多的麻坑，以及因冷却的相对不均匀会造成化学成分的表面偏析；传统的辊式铸轧技术，作为结晶冷却器的铸轧辊表面粗糙度一般在Ra0.6-1.0μm之间，且在高速冷却条件下，表面偏析程度更低；而传统的热轧技术，虽然在铸造过程中，铸坯表面同样存在更严重的氧化皮、偏析等缺陷，但由于铸坯在进入热轧工序前会进行铣面，从而得到表面质量更优的热轧坯料。因此，Hazelett连铸连轧坯料的表面相对于辊式铸轧与热轧坯料而言，表面质量存在相对不足，主要缺陷表现在铝卷表面光泽度差、明暗条纹明显，严重的会伴随黑丝线的存在等缺陷[4]。

近年来，通过国内技术人员不断的研发与摸索，已经总结出了一些减轻Hazelett连铸连轧产品表面缺陷的技术方案和生产经验，虽然未能彻底消除，但已经可以基本满足绝大部分板带箔产品的质量需求。包括：

（1）改善铸机支撑辊与钢带间隙，调整冷却水压等手段，从铸造技术上减少偏析物的产生；

（2）调整后续轧制工艺，包括提高粗轧轧辊粗糙度，中间增加一次高温退火是表面偏析物完全析出等。

通过上述技术手段的实施，目前国内两条Hazelett连铸连轧生产线所生产的坯料，除对表面要求极为苛刻的CTP版基、镜面铝、氧化板等产品外[5]，已经可以满足其他绝大多数铝板带箔产品的质量要求，尤其是对一些后续需要喷漆、涂层处理的铝材产品。

5 力学性能

如前文所述，Hazelett铸坯机在生产时，其铸造冷却速度控制在30～80℃/s之间，而热轧铸锭的冷却速度一般为1～3℃/s，辊式铸轧的冷却速度则可达到100～300℃/s。由此可见，Hazelett铸坯机所得到铸坯的晶界偏析程度及过饱和固溶体量应介于二者之间；Hazelett铸坯出口温度一般为500-550℃之间，在进入热连轧时铸坯温度仍然保持在450-500℃之间，其轧制温度仍然在材料的再结晶温度以上，仍然属于热轧范畴。综上，Hazelett连铸连轧坯料在力学性能方面，应该是介于传统热轧与辊式铸轧之间的。

而从实践经验来看，采用Hazelett连铸连轧坯料在经过一系列的压延、热处理等工艺后，确实能够获得由于辊式铸轧、接近于热轧坯料的力学性能。例如，采用Hazelett连铸连轧技术生产的3003合金坯料，在经过一系列的压延、热处理工序至1.0mm厚度O态时，其延伸率可以达到40%甚至更高。因此，一些对成型性能要求较高的产品，如锂动力电池壳、军用水壶、高压锅内胆等产品，就完全可以采用Hazelett连铸连轧坯料加工。

另一方面，从轧制性能来看，Hazelett铸坯原始厚度为19mm，经过三机架的热连轧，铸坯在铸造过程中所产生的组织缺陷，大部分在热连轧过程中得到了消除，可以得到组织更为致密、均匀的坯料，同时材料内部的过饱和固溶体量也比辊式铸轧坯料要少的多，加工硬化速度相对较慢。因此，与辊式铸轧坯料相比，Hazelett连铸连轧坯料拥有了更好的轧制特性，既可以增大加工率，提高生产效率，也可以很好地解决铸轧坯料在生产双零铝箔时容易出现的针孔、气道、表面白条等缺陷。