拉矫工序生产工艺研究

2020-01-09位艳艳

世界有色金属 2019年21期

刘楠，位艳艳

(1.龙口南山铝压延新材料有限公司，山东龙口 265706；2.山东南山铝业股份有限公司，山东龙口 265706)

近年来，铝及铝合金板带材料在建筑、印刷等方面应用越来越广泛，根据使用要求的不同，加工工艺开始多样化，客户对铝合金带材要求也逐渐提高，对轧制后的带材进行拉弯矫直及清洗而提高产品质量也成为了不可缺少的加工流程，拉弯矫直工序可有效改善带材板形及带材表面污染程度，更有利于提高产品的市场竞争力。

1 拉矫工序的设备构造

拉矫由入口段、清洗段、拉弯矫直段及出口段四个部分组成；入口段即带材生产准备段，包括备卷鞍座、上卷小车，套筒存放架、开卷机、外支撑、伸缩导料板、入口夹送辊、缝合机、去毛刺辊；清洗段包括2个碱洗槽、2个水洗槽（去离子水），用于带材漂洗，去除冷轧后带材表面携带的铝粉及轧制油等表面污染物；矫直段即改善带材板形段，包括入口S辊组、矫直机、出口S辊组；出口段即带材生产结束收卷段，包括出口夹送辊、卷取机、外支撑、皮带助卷器、卸卷小车、套筒存放架、鞍座。

2 拉矫工序的工作原理

拉弯矫的核心部分为清洗段、矫直机，带材经过清洗段去除带材表面携带轧制油及铝粉等污染物，满足后续生产或下游客户使用要求；清洗后带材进入矫直机，通过矫直机作用在一定程度上改善来料原有板形，为后续加工生产做好准备。

（1）清洗段工作原理（碱洗工艺）。铝带材在冷轧制过程中，因轧辊与铝带材表面摩擦和碾压，其表面会产生细微氧化铝粉脱落吸附，轧制油及其它悬浮成分也会残留在带材表面，对板带后续生产使用造成不利影响。矫直时由于带材在矫直辊上产生严重弯曲变形，伴随发热，且张力辊与带材间相互受力作用而形成摩擦力带动辊组，如果带材表面未经清洗，变形时氧化铝粉脱落，随着油污一起粘附在矫直辊的辊面上，使辊面产生磨损并造成带材表面硌伤，因此必须通过专门的清洗装置进行清洗[1]。

清洗段包括2个碱性清洗槽、2个漂洗槽。铝带材进入清洗段首先进行碱性清洗，碱液由上下喷淋管喷出对带材上下表面进行冲洗，以达到均匀脱脂处理，同时带材表面形成一层氧化膜。带材从碱槽中出去时由挤干辊组以达到槽液之间的有效隔离。碱性清洗后带材进入水槽进行漂洗（去离子水清洗），经过两道漂洗后带材经过热风吹扫，保证带材表面水分蒸发，避免带材长期存放导致表面发生腐蚀。清洗过程中要求保持碱性清洗点数控制在3%～5%之间，通过液体取样进行检验监控，每2个小时取样1次，通过检测结果对点数进行调整，偏低时加入碱液，偏高时进行适当排放同时加入去离子水进行稀释。碱液通过循环泵打入，在槽内进行充分循环搅拌，使槽内成分均匀，避免表面处理不一致而造成带材表面色差或者过洗等表面质量缺陷。去离子水通过检测电导率进行监控，每2h取样1次，电导率要求＜100ppm，超出时将槽液适当导出加入去离子水或者全部排放后重新加入；槽液控制是为了满足生产清洗效果，同时槽液也要具备一定温度，碱槽温度60℃左右，水槽温度50℃左右，更有利于铝带材表面清洗。

（2）矫直段工作原理。矫直机主要包括两部分即矫直单元、入口与出口张力S辊组，矫直单元通过矫直辊上下垂直调整提供应力用于消除纵向及横向延伸不均匀；利用两组S辊之间的拉力使带材产生一定的塑性变形，从而达到消除或减小铝带材内部的残余应力，使带材平整。铝板带经轧制后在宽度方向延展不均，在纵向表现为长度差异，要想得到平整的带材板形，需根据材料的塑性变形理论，通过矫直机前后S辊组生产速度差使带材产生一定张力，过入口S辊后带材连续通过上、下交错布置的多组小辊径矫直辊，在拉伸及矫直的联合作用下使带材在长度方向上产生塑性变形，从而达到纵向延伸，且减小带材内部纵向应力的分布不均匀性，从而保持带材内部纵向组织纤维长度及应力趋于方向一致。

铝板带不是理想的弹塑性变形材料，因此矫直机的矫平效果与带材的原有板形及硬化模量的大小有关，模量越小材料越容易矫平[2]。经过矫直机矫平后的带材板形会有很大改善，但不可能完全消除板形内部应力，从而达到改善板形的目的，按目前实际生产状况评估，来料板形值100I左右，经矫直改善后可达到10I以下，以满足现有设备后续生产要求。

3 拉矫工序相关质量缺陷

带材经过拉矫后会产生一些工序特征性缺陷，因来料板形遗传性因素、矫直机矫平能力的限制等，带材常有的缺陷如端头翘曲、波浪等，对后续生产造成一定影响或无法使生产顺利进行。

（1）端头翘曲。铝带材在张力S辊组及矫直的相互作用下产生塑性变形，消除内部纵向组织纤维长度差异，但带材在反复矫直变形过程中，不仅受到厚度方向的应力作用，在宽度方向同样也存在应力作用，这就导致了带材在宽度方向上会出现横向翘曲。经现场生产实践可知，带材出现翘曲主要与带材来料板形、内应力分布时效性有关，带材经过矫平后检测翘曲状况良好，但经放置或进行纵向剖分后再测量发现端头翘曲值超标；通常来料带材板形边紧中松，经矫直后带材边部应力状以改善，但经纵向分切后，带材边部应力再次得以释放，带材会再次出现翘曲缺陷，切片时随着剪切位置的变化，可能出现下扣或者上翘。现有材料回复能力较强，也就是说带材矫平后，经过自然时效的作用，带材内部应力发生改变，使其板形也随之发生变化，再次取样测量时带材会出现翘曲状况。

（2）波浪。铝带材轧制时因轧辊受热膨胀及局部冷却不均，导致辊缝大小不一致，会导致带材纵向及延伸长度不同，从而导致铝带材不同位置的波浪情况(如图1)。

矫直机在矫平过程中因来料波浪的严重程度不同及矫平能力的限制，而导致成品仍存在波浪；来料头尾波浪程度不一致，矫直机在调整过程中适应带材开卷板形，但料尾板形突变时，可能导致成品卷材尾部波浪无法完全改善而不满足生产要求。因矫直机延伸率设置不当时也会使带材产生波浪问题，当延伸率设置过大时，带材延伸过度，出现边部大波浪。而延伸率设置过小时，原有波浪无法矫平改善。因此带材波浪问题不仅取决于带材原有板形问题还与设备生产能力及板形波动有关，想要得到理想板形务必要关注轧制过程中板形控制及辅助调节矫直机，同时注意矫直机延伸率设定值的控制。