浅谈铸轧弯液面氧化膜的形成及控制

熊增彩，索宝生，崔 勇

（青海中铝铝板带有限公司，西宁 810100）

0 前言

铸轧是将铝液直接转化成5~10 mm厚度的坯料生产过程，它具有生产灵活、投资小、占地面积小、建设速度快、能耗低、生产周期短等优点，故其产品在包装、印刷、装饰等行业的应用特别广泛。随着轧制工艺的不断改善，人们对带材板面质量的要求不断提升，许多产品不允许铸轧坯料表面有氧化膜脱落以及因此产生的印迹。在生产过程中引起氧化膜脱落的主要原因在于铸轧弯液面氧化膜的不稳定性。

1 弯液面氧化膜的形成

在铸轧生产中，供料嘴与铸轧辊之间存在有一定的缝隙，被称之为嘴辊间隙。铝熔体在嘴辊间隙处受液体表面张力影响形成弯曲状，故称之为弯液面[1]。弯液面铝水由于氧化所形成的氧化膜称之为弯液面氧化膜，如图1所示。

图1 弯液面氧化膜示意图

正常生产时，由铸嘴进入铸轧区内的液体被这一层弧形氧化膜所包围，才保持了生产的连续进行，但是受众多因素的影响，这个氧化膜被破坏时，铸轧板面就形成了影响质量的氧化膜或夹渣。正常情况下，氧化膜不受外力冲击或人为破坏时能够稳定存在并保护生产正常进行，它的稳定性取决于氧化膜表面张力产生的施加给金属液体的附加压强和前箱内熔体产生的静压强之间的平衡，如图2所示。氧化膜表面张力产生的施加给金属液体的附加压强为[2-3]：

图2 前箱熔体水平面与氧化膜示意图

式中，P膜是氧化膜表面张力给熔体的压强，Pa；R是液膜的曲率半径，cm ；σ是表面张力系数，N/cm。

前箱熔体和弯液面氧化膜之间存在一定的静压力，其产生的压强为：

式中，P静是前箱熔体静压力造成的压强，Pa；H是前箱熔体水平面与氧化膜之间的高度差，cm；ρ是熔体密度，kg/cm3；g是重力加速度，m/s2。

当P静=P膜时，氧化膜稳定存在，铸轧过程也将稳定进行。如果工艺一直稳定，结晶过程能按这个模式持续进行。当氧化膜的表面张力产生的附加压力小于前箱液面静压力时即P膜＜P静时，氧化膜就会被冲破，严重时会造成漏铝停机；当P静≤P膜时，氧化膜就会被流动的铝水带到板面，这两种情况都会导致产生板面氧化膜夹渣缺陷。

2 破坏弯液面氧化膜的因素

在实际生产中，破坏弯液面氧化膜的因素有很多，有工艺因素也有外界因素，下面对主要的几个因素进行分析。

2.1 前箱静压力对弯液面氧化膜的影响

弯液面氧化膜的稳定性取决于弯液面的稳定性，而前箱液面的稳定是控制弯液面稳定及氧化膜形成的关键，因此要维持铸轧生产的连续性和干净的板面，前箱液面的高度和稳定是一个极重要的参数。熔体对嘴辊间隙作用的静压力和弯液面处的表面张力处于平衡状态，当液面起伏不定或前箱稳流器配合不好易导致前箱液面频繁波动，就会打破平衡状态。液面较低时静压力减小，金属供流不足使弯液面处表面张力减小，致使熔体局部过冷凝固，铝凝壳后移增厚；前箱液面过高时静压力增大，弯液面处表面张力也随之增大，液穴加深，熔体结晶面前移，凝固壳减薄。不稳定的结晶条件直接导致氧化膜的曲率半径也随之变化，从而导致氧化膜频繁脱落，造成板面氧化膜夹渣缺陷。

2.2 唇辊间隙对弯液面氧

唇辊间隙直接影响弯液面氧化膜的厚度，同时铸嘴的平直度又影响弯液面氧化膜的均匀性。一般情况下唇辊间隙大的地方，氧化膜厚相应较厚，在出现波动时，偏厚的氧化膜就容易脱落，而且前面已经破坏过的地方的氧化膜也容易脱落。

2.3 冷却强度对弯液面氧化膜的影响

循环水的冷却强度主要由循环水的温度、压力、流量来决定，它们的变化和波动是影响铸轧稳定生产的重要条件。但在实际生产过程中，铸轧辊会随着水温、水压、流量的变化出现微量的热胀冷缩变化，该变化直接导致辊缝开度出现反复的变化，而铸嘴开口度是固定不变的，所以容易出现氧化膜脱落。 而且水温、水压的变化直接造成轧辊带走的热量不同，铸轧区内凝固区的长度（液穴深度）发生变化，氧化膜的表面张力也会反复变化，轻则出现细横纹，重则在其他条件有变化时出现氧化膜破裂引发的问题。

2.4 外界因素对弯液面氧化膜的影响

2.4.1 液面波动的影响

引起液面波动的因素很多，如转炉时液面波动、除气炉炉盖升降和除气炉扒渣、稳流器调整精度不好控流不稳等。转炉刚开始时由于熔炼炉内的铝液多、压力大，对保温炉的冲击大，到转炉后期随着炉料的减少冲击也变小，液位的变化会引起弯液面的波动，严重时会造成氧化膜脱落。由于除气炉上盖上有加热体、石墨转子，所以除气炉作业时对溜槽的影响较大，弯液面的平衡也极容易被打破，造成氧化膜脱落。稳流器的调整精度是前箱液面保持稳定的关键，它的精度主要由稳流器的灵敏度、安装精度、石墨堵头的密封性以及浮盘的完整性决定，调节灵敏的稳流器可以有效防止其他液面波动对弯液面的影响。

2.4.2 速度波动的影响

在生产过程中，当铸轧速度发生变化时，铸轧区内的液相区也会相应延长，液穴加深会使嘴辊间隙处凝固壳减薄，造成嘴辊间隙处弯液面持续产生变化，此时其他条件稍有波动就会引起氧化膜脱落[4]。

2.4.3 机械震动和人为因素的影响

机械震动一部分来自外部的因素，如天车行走的震动、外部敲打设备或检修作业，同时还有来自设备本体的因素，如设备机械卡死的震动、轴承破损、轴承滚珠磨损、辊套滑移等等。

人为因素主要是指在生产过程中，当过滤箱液位差增加时，为了防止板面塌边，操作工人会进行敲击过滤箱等带有震动性的操作。这种人为因素造成的振动也会破坏弯液面氧化膜的平衡，造成大量的氧化膜带出。

3 预防措施及控制方法

（1）保持技术参数合理且稳定。铸轧生产中铸轧区、唇辊间隙、冷却强度、带材速度是最为重要的几个技术参数，根据合金种类、板厚和板宽的不同以及轧机型号的不同、生产环境温度的不同，参数设定均不相同。一般情况下轧辊直径为980 mm的大轧机铸轧区控制在58~62 mm，辊直径为820 mm的小轧机铸轧区控制在52~56 mm之间；而且唇辊间隙越小越好，通常情况下上间隙控制在0.8 mm以内，下间隙控制在0.6 mm以内；带材速度根据合金和产品的要求控制不一，但是正常卷曲后不再进行调整，特别应注意保持生产过程的稳定性；冷却强度夏天要大于冬天，但是压力、流量和水温需稳定[5]。

（2）精细操作立板生产过程。立板生产过程中的精细操作尤为重要，它既是确保工艺参数的前提又是过程控制的关键，特别是铸嘴、前箱、稳流器、轧区和唇辊间隙的调整。在安装调整时铸嘴要做到唇口平直均匀，耳子紧固到位；前箱、流槽之间的组装面和连接口要做到密封、畅通、固定；稳流器的组装要做到灵敏、支架要固定、对位要准确、连杆浮盘的保护要严实；铸轧区的测量一定要准确，标定要真实准确，唇辊间隙在保证铸嘴扇板不与辊面接触的前提下要尽量放小。

（3）减少外界和人为破坏。外界对生产的影响是完全可以避免的，特别是设备的影响，在立板前做好设备的点检和维护，在生产过程杜绝在轧机周围进行敲打、撞击等检修作业；天车的轨道要加强维护和紧固，避免啃轨、震动等故障的发生；每卷下线后及时查看过滤箱液位差和通过量，二者任一项达到工艺要求时要提前做好切换准备并及时切换，坚决杜绝人为敲击过滤箱情况发生。

4 结束语

铸轧弯液面氧化膜的稳定性是主导板面氧化膜缺陷的根本因素，合理的参数控制和精细的操作又是弯液面氧化膜稳定的关键所在。因此在铸轧生产过程中既要杜绝设备和人为的干扰，同时还要加强操作质量，立板时的原始参数要符合工艺技术标准，确保弯液面氧化膜均匀、稳定，从而有效防止由于弯液面破坏造成的夹渣缺陷。