飛尚才，蔣小霞

（1.青海高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，海東810799；2.寧夏大學(xué)，銀川750021）

0 前言

由于省去了鑄坯銑面、預(yù)熱和熱軋等工序，鑄軋生產(chǎn)鋁箔坯料具有流程短、能耗低的優(yōu)點(diǎn)；并且由于激冷的原因，鑄軋板坯具有枝晶間距小、金屬間化合物細(xì)小的優(yōu)點(diǎn)。鑄軋坯料由于具有上述優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用到箔材軋制中[1]。但是經(jīng)鑄軋生產(chǎn)出的產(chǎn)品經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)晶粒不均、熱帶、裂邊過大以及一些諸如黑條等表面缺陷，造成產(chǎn)品報(bào)廢，增加企業(yè)成本。研究發(fā)現(xiàn)，鑄嘴對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響非常重大。因此本文通過分析鑄軋中鑄嘴對(duì)鋁箔坯料質(zhì)量的影響，提出應(yīng)對(duì)措施，為鑄軋生產(chǎn)提供參考。

1 鑄軋中鑄嘴的作用

鑄嘴是連續(xù)鑄軋過程中直接輸送和分布金屬液體的關(guān)鍵部位，它由上下嘴扇、分流塊和邊部耳子組成。鑄嘴內(nèi)部的結(jié)構(gòu)對(duì)鑄軋穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。分流塊的分布直接影響鑄嘴內(nèi)部的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的均勻性。

2 鑄嘴對(duì)鋁箔坯料的影響

2.1 對(duì)晶粒度的影響

鑄態(tài)金屬的晶粒度大小和晶粒生長(zhǎng)方式取決于金屬液體內(nèi)部的晶核數(shù)量和凝固結(jié)晶條件，結(jié)晶條件的差異會(huì)造成組織形貌的差異。

在鋁箔坯料的鑄軋生產(chǎn)過程中，鑄嘴起到分流和均勻溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的作用。如果鑄嘴內(nèi)的分流塊位置設(shè)計(jì)不合理，會(huì)在鑄嘴的整個(gè)橫截面上造成熔體溫度和供給不均勻。在相同的冷卻條件下，熔體供給少、流量小的地方溫度就低，在結(jié)晶時(shí)先結(jié)晶；熔體供給多、流量大的地方溫度高，在結(jié)晶時(shí)后結(jié)晶；由于受到后結(jié)晶的結(jié)晶潛能影響，先結(jié)晶晶體的晶粒大小就會(huì)發(fā)生變化，這樣會(huì)造成鑄軋板面酸洗后出現(xiàn)同一板面晶粒不均的現(xiàn)象[2-4]，如圖1所示。

圖1 鑄軋板坯酸洗后的晶粒度

另外，如果鑄嘴設(shè)計(jì)不合理還會(huì)造成上下板面晶粒不均的現(xiàn)象。因?yàn)殍T軋是一個(gè)快速冷卻的過程，在鑄軋區(qū)內(nèi)的平均冷卻強(qiáng)度能達(dá)到300℃/s以上。鋁熔體流出鑄嘴進(jìn)入鑄軋區(qū)后，其上表面優(yōu)先于下表面接觸到鑄軋輥發(fā)生快速冷卻。當(dāng)鑄軋區(qū)增大或軋制線升高時(shí)，坯料上下表面接觸到鑄軋輥的時(shí)間差就會(huì)減小，冷卻強(qiáng)度差值也隨之減小。這會(huì)導(dǎo)致鑄軋坯料的上表面受到的熔體靜壓力較小、接觸面積減小，從而使上表面的冷卻強(qiáng)度比下表面的小，造成上表面前沿形成更大的溫度梯度，使鑄軋板坯上表面容易出現(xiàn)粗大晶粒，造成上下板面晶粒不均[4]。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，制作鑄嘴時(shí)往往將上下嘴扇錯(cuò)開2~3 cm，以盡量減少上下表面接觸鑄軋輥的時(shí)間差。

2.2 對(duì)外觀質(zhì)量的影響

耳子是鑄軋鑄嘴的組成部分，耳子制作是否合適，直接影響著坯料的外觀質(zhì)量。在鑄軋中，液態(tài)金屬被兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥冷卻，短時(shí)間內(nèi)完成鑄與軋兩個(gè)過程，金屬表面與軋輥表面粘合無相對(duì)滑動(dòng)，軋件變薄，只在金屬中心有較大的后滑動(dòng)[4-5]。由于金屬內(nèi)層受到剪切力與壓力作用使金屬表面產(chǎn)生變形。這種變形逐漸傳遞到液穴的凝固硬殼內(nèi)，使凝固硬殼的內(nèi)部產(chǎn)生同樣的變形與剪切力。當(dāng)變形產(chǎn)生的剪切力超過凝固硬殼金屬的剪切強(qiáng)度時(shí)，在材料的薄弱處首先開裂，進(jìn)而擴(kuò)展。待此處應(yīng)力全部松弛后，裂紋不再擴(kuò)大，這樣形成了裂紋。在變形區(qū)內(nèi)，邊部金屬同時(shí)受到來自耳子施加于斷面的向后摩擦力以及施加于兩側(cè)面的向前的拉應(yīng)力，這種相反方向的應(yīng)力作用會(huì)使鑄軋卷的邊部產(chǎn)生裂紋[6]，如圖2所示。因此，為了避免或盡量減少邊部裂紋，在制作耳子時(shí)盡可能減少摩擦力。

圖2 鑄軋板坯裂邊缺陷

2.3 對(duì)板面質(zhì)量的影響

鑄嘴分流塊的分布和開口度是否合理對(duì)鑄軋鋁箔坯料的板面質(zhì)量有很大的影響。在同樣的結(jié)晶條件下，與其他區(qū)域相比，鑄軋過程中容易出現(xiàn)熱帶缺陷位置的鑄嘴的過流量較小，因此鋁液出鑄嘴唇部時(shí)對(duì)凝固殼內(nèi)壁施加的靜壓力也較低，不足以平衡凝固殼因收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，凝固殼橫向呈波浪彎曲狀，繼續(xù)發(fā)展則形成黑絲[3]。鑄嘴分流塊分布不合理是鑄軋生產(chǎn)鋁箔坯料時(shí)出現(xiàn)熱帶現(xiàn)象的原因之一，也是出現(xiàn)黑絲的因素之一。

在同樣的結(jié)晶條件下，鑄軋過程中鑄嘴的開口度越大，鋁液出鑄嘴唇部時(shí)對(duì)凝固殼內(nèi)壁施加的靜壓力就越低，不足以平衡凝固殼因收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。凝固殼橫向呈波浪彎曲狀，繼續(xù)發(fā)展便形成黑絲[3]。

3 改進(jìn)措施及效果

（1）為解決由于鑄嘴原因造成晶粒不均現(xiàn)象，建議鑄嘴上下嘴扇錯(cuò)開2~3cm，盡量減少上下表面接觸到輥面的時(shí)間差。

（2）合理分配分流塊的位置，盡可能地做到流場(chǎng)、溫度場(chǎng)均勻。圖3為某廠鑄嘴分流塊的分配圖。如此改進(jìn)后，該公司生產(chǎn)中晶粒不均、熱帶等影響坯料質(zhì)量的鑄軋卷所占比例大大降低，板材的表面質(zhì)量也有所提高，酸洗板面的晶粒度如圖4所示。

圖3 鑄嘴分流塊分配圖

圖4 改進(jìn)后酸洗板面的晶粒度

（3）制作耳子時(shí)，盡量避免或者減小耳子的摩擦力，改進(jìn)后的耳子如圖5所示。改進(jìn)耳子后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各系列合金分別抽取10卷進(jìn)行裂邊統(tǒng)計(jì)和側(cè)面對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1和圖6所示。從數(shù)據(jù)和圖片來看，改進(jìn)后裂邊缺陷的數(shù)量明顯下降，裂邊尺寸明顯縮小，卷端面表面光滑。

圖6 改進(jìn)前后8011合金裂邊對(duì)比圖

表1 耳子改進(jìn)前后各系列鑄軋卷出現(xiàn)裂邊統(tǒng)計(jì)表

圖5 摩擦力小的耳子

（4）制作鑄嘴時(shí)，開口度宜小不宜大。

4 結(jié)束語

分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，鑄嘴對(duì)鑄軋鋁卷質(zhì)量的影響非常明顯。通過合理分配鑄嘴分流塊的位置及鑄嘴上下嘴扇錯(cuò)開2~3cm的方法，可以減少鑄軋鋁卷晶粒不均的質(zhì)量缺陷；通過改變耳子的制作形狀，可以減少鑄軋鋁卷裂邊缺陷。因此，在進(jìn)行鑄軋卷生產(chǎn)時(shí)，要合理制作鑄嘴，防止或減少鑄軋產(chǎn)品晶粒不均及裂邊缺陷的出現(xiàn)。