铝板带连铸连轧工艺装备及工程建设综述

铝板带连铸连轧工艺装备及工程建设综述
孟范明;闫文彪;李强;董红卫
【摘要】比较了铝板带三种主要热轧生产方式的优点及各自的局限性,说明了连铸连轧工艺在铝板带生产中的独特优点,以及连铸连轧工艺的发展情况,分析了连铸连轧工艺在我国铝板带加工行业的应用前景.结合正在建设的国内首条Hazelett铝板带连铸连轧生产线,对铝板带连铸连轧生产线的技术参数、设备组成及工程建设情况等进行了介绍和讨论.
【期刊名称】《轻合金加工技术》
【年(卷),期】2011(039)005
【总页数】5页(P21-25)
【关键词】铝加工;连铸连轧;工艺装备;工程建设
【作者】孟范明;闫文彪;李强;董红卫
【作者单位】中冶东方工程技术有限公司,轧钢室,内蒙古,包头,014010;中冶东方工程技术有限公司,轧钢室,内蒙古,包头,014010;中冶东方工程技术有限公司,轧钢室,内蒙古,包头,014010;中冶东方工程技术有限公司,轧钢室,内蒙古,包头,014010【正文语种】中文
【中图分类】TG292
1 热连轧铝板带生产方法比较分析
现在工业上热连轧铝板带主要有三个途径:传统铝锭热连轧法、连续铸轧法和连铸
连轧法。

1.1 传统铝锭热连轧法
传统铝锭热连轧法生产的板带材成分均匀、组织致密、平整度好、产品档次高，这也是其他热轧生产方法无法比拟的。

综合性铝板带生产企业，其坯料大多采用热轧卷，热连轧供坯是制备制罐用铝板带、高精度PS版基材等的主要方法。

但从经济效益上看，热连轧法需要批量生产高档产品才会有比其他两种方法更明显的经济优势。

铝锭热连轧法起点高、成本高，各方面都需要很高的投资。

国内拥有热连轧生产线的只有东北轻合金有限责任公司、西南铝业(集团)公司、南山铝业公司等实力较强的企业［1－2］。

1.2 连续铸轧法
连续铸轧法的设备简单、投资小，对于某些铝合金牌号的板带材生产可取代投资大、成本高的传统铝锭热连轧方法;可铸轧出用铝锭轧制法得不到的精细微观组织，从
而更适合于某些特殊用途铝材的生产，如散热片、空调铝箔和计算机用磁盘基材等［3－4］。

连续铸轧法也有其明显的劣势:(1)速度慢，生产率低;(2)仅能适合生产结晶间隔范围窄的有限铝合金，如1×××系、3×××系和8×××系的一部分合金;(3)表面偏析严重，其后续轧制品易产生表面缺陷;(4)冷作硬化程度较高，另外铸轧法生产的坯料
较厚，使得后续冷轧时加工道次增多;(5)由于结晶的特殊性，所生产的板坯不适于
用来加工某些铝材，如目前不适于轧制饮料罐用料;(6)铸轧板深冲性能比不上热轧
开坯板材的深冲性能;(7)铸轧提供的坯料大多为铸态组织，且往往能生成对后续冷
加工非常不利的羽毛状晶，影响成品率［4－5］。

铸轧法生产的产品在组织结构、晶粒均匀性、表面质量和加工性能等方面虽均不如热轧法生产的好，生产的产品只能满足市场上普通产品的要求，但双辊铸轧法具有的一系列优点，使其从20世纪50年代以来一直广泛应用，国内以铝箔生产为主
的铝加工企业，坯料大多采用铸轧法生产［6］。

总的来说，用铸轧法生产板带箔坯料的优势是存在的，铸轧法在中低档铝合金板带材加工方面有一定的成本竞争力。

1.3 连铸连轧法
连铸连轧生产法有履带式和双钢带式。

履带式机械部分结构复杂，实际应用中需要的维护工作量较大，全世界只安装过三台。

真正被大规模用于商业生产的连铸连轧工艺只有Hazelett双带式连铸连轧法［7］。

Hazelett连铸连轧法是液态铝液在双带式铸机内结晶，连铸机有很高的冷却速率，可高达50℃/s～70℃/s［8］，这就容易获得较小的晶粒度，带坯的晶体组织致密细小、枝晶间距小、合金元素固溶度大，使产品性能得到一定程度的提高。

连铸连轧方法生产铝合金板带与铸轧法比起来，前者可满足更宽结晶区间合金品种的生产。

在生产成本及节能降耗方面，铸轧法和连铸连轧法都比传统铸锭轧制法有优势。

但铸轧法产品的出口厚度比连铸连轧法的厚得多，需增加后续冷轧道次;且铸轧坯多
为铸态组织，对后续加工不利。

连铸连轧法同铸轧法一样，省去了传统铝锭轧制法的铝锭切头、铣面及铝锭预加热的能耗，且连铸连轧的热轧带厚度下限仅为1 mm，比传统铝锭轧制法的薄得多，可省去大部分冷轧道次。

生产3003和3006
铝合金建筑装饰用带板时，可不经冷轧而以热轧状态交货，明显降低了生产成本［9］。

在成材率方面，连铸连轧的成材率在94% ～96%，是其他方法无可比拟
的［7］。

综合考虑，连铸连轧法在生产成本及能耗方面的优势是相当明显的。

国内对于连铸连轧法存在某些认识:认为连铸连轧法能生产的铝合金少;产品品种、
规格不能经常改变;由于不能对铸锭表面进行铣面、修磨，对某些需化学处理的及
高表面要求的产品质量会产生不利影响;在产品的性能方面的限制，不能生产某些
特殊制品，如易拉罐料［10］。

据有关资料报道，现在Hazelett连铸连轧机能生产的铝合金品种已经很广泛，以
往连铸连轧法不能生产的2×××系、7×××系中的部分合金牌号已能商业生产，比
如 2024 和 7072 铝合金［7，11］;对于连铸连轧机更换合金生产的，实际上是不需停机的，不同合金切换时产生的混合料一般为半个热轧卷的量;当然，对某些表
面质量要求很严格的产品，比如汽车车身用板，Hazelett工艺目前是存在问题，
这也是Hazelett公司和用户近年来正在努力攻关的瓶颈，经过数年的技术革新，
通过改进钢带材料及连铸机的辅助设施，比如惰性气体保护及钢带的电加热等，产品的表面质量已得到很大改观，表面偏析、氧化情况很少发生［7］;在产品性能方面，比如对深冲性能要求严格的易拉罐料，也是Hazelett公司及用户正在努力尝
试的品种，目前Hazelett双带式连铸连轧工艺生产的产品不论在成分偏析方面，
还是在力学性能等方面，都有了很大的改善。

2 铝板带连铸连轧线的建设情况
第一台商业化Hazelett生产线已有50多年的历史，当今世界上有60多条生产线在工作，用于生产铝、锌、铜和铅的带坯。

目前在世界范围内已有12条不同产品宽度的热轧铝板带生产线采用Hazelett技术，这些生产线大多分布在北美、欧洲、日本等，我国有几条铜线杆生产线亦采用此工艺。

国外的铝板带Hazelett生产线
下游大多配置了第二代钢板轧机，这些轧机大多由二手轧钢设备改造成多机架连轧机列，可保证最低的一次投资［11］，这也可供我国铝板带企业参考。

我国第一条铝板带Hazelett生产线已从2008年6月开始进行各项建设工作，基
于中冶东方公司在钢铁及有色金属加工领域的良好业绩与经验，此项目建设方选择了中冶东方公司与国外铸机、轧机设备制造商合作，共同承担此生产线的工程设计。

目前该工程建设已接近尾声，即将进行生产线调试。

3 我国第一条铝板带Hazelett生产线概况
该生产线包括熔炼车间、连铸及热连轧车间，整条生产线按“T”字形布置，在总图运输及公用辅助设施中留有二期冷轧建设的可能性。

热轧车间年产铝及铝合金带材28.9万t，热轧车间产品全部为带卷状态交货。

产品品种包括普通板带、铝箔
坯料、建筑板坯、PS版板基和交通运输板带等，合金品种包括1×××系、3×××系、5×××系、6×××系及8×××系等铝合金。

成品热轧带卷规格:铝带厚度×宽度，1.0 mm ～8.0 mm ×1650 mm、1950 mm。

最大卷重，18.0 t。

生产工艺流程:4台120 t铝熔炼、保温炉→在线除气过滤装置→Hazelett双钢带
连续铸造机→弧形辊道→液压剪→3机架热连轧机→分段飞剪→张力卷取机→半自动打捆机→成品仓库(或去冷轧)。

生产线设备布置见图1。

图1 该Hazelett连铸连轧生产线设备布置图1—熔炼、保温炉;2—连铸机前铝液
处理设备;3—Hazelett连铸机铸嘴及导槽;4—Hazelett连铸机;5—弧形辊道前夹
送辊;6—弧形辊道;7—液压剪前夹送辊;8—移动式液压剪;9—轧机1;10—机架间设备;11—轧机2;12—机架间设备;13—轧机3;14—出口测温仪;15—出口厚度检测仪;16—飞剪前夹送辊;17—飞剪;18—皮带助卷器1;19—卷取机1夹送辊;20—张
力卷取机1;21—皮带助卷器2;22—卷取机2夹送辊;23—张力卷取机2
4 主要工艺设备及装备特点
4.1 120 t熔炼、保温炉
熔炼、保温炉的规格为液压倾动式，所用炉料为电解铝液、各车间返回废料和中间合金。

电解铝液由同厂区的电解铝车间通过真空罐运入熔炼车间，固体铝废料及中间合金等通过专用的机械加料装置加入到炉内。

熔炼、保温炉设备包括:炉体基本机构、炉体倾动机构、炉体供料排废系统、检测
元件、控制系统。

另外，熔炼、保温炉在炉底安装了电磁搅拌装置及炉内精炼系统。

4.2 在线除气过滤装置
为了提高净化处理效果和保证熔体质量稳定可靠，铝液采取炉内和炉外连续净化处理相结合的方式。

炉外在线精炼处理装置主要作用为细化晶粒、加强除气精炼、除渣和除碱金属杂质等。

在线除气过滤装置包括:送丝机、除气箱体、电器控制柜、气体控制柜、浸没式加热器、旋转喷头、提升装置、过滤箱体、过滤板及加热装置等。

4.3 Hazelett双带式连续铸造机
Hazelett铸造机是整个连续生产线的核心设备，同时此项目的铸造机也是目前世界上采用Hazelett法生产铝板带最宽的连续铸造机之一。

经炉内精炼、在线细化晶粒、在线除气、过滤装置处理，铝熔体满足Hazelett铸造机要求后，紧接着就进入连续铸造过程。

铸机部分的机构组成:
铝及铝合金熔体进料系统;铸造机本体，它由上下部钢带、边部挡块形成与水平面成6°夹角的模腔，通过机械传动和自动化控制，实现连续铸造过程;铸造机机械传动;铸造机出口;铸造机钢带静电喷粉、涂层系统;前箱保护气体;磁性支撑辊;钢带水冷系统;钢带预热干燥装置;钢带排湿气;铸造机配套设施等。

4.4 铸机与轧机间设备
铝带经Hazelett铸造后送到弧形辊道，弧形辊道控制板带的弯曲和调节板带的位置。

弧形辊道作为铸机与轧机之间的活套装置，保证有一定的缓冲时间使生产保持连续。

铝带经弧形辊道到移动式液压剪，以切头或事故分段。

剪下的废料通过废料运输机移出并送至废料箱。

4.5 3机架热连轧机组
轧机型式为四辊不可逆式。

热连轧机组装备有:轧辊平衡;正负弯辊和液压AGC系统;轧线标高调节装置;用于提供反馈控制信号的测厚仪、板凸度仪及红外线高温计。

轧制过程中采用轧制液冷却和润滑，机架配备有冷却乳液喷射梁及清除工作辊表面
金属残留的刷辊。

机组配备排烟系统以将热轧过程中产生的烟气排出，达到良好的清洁除尘的目的。

四辊热轧机参数:
4.6 张力卷取设备
在热连轧机组出口配备滚筒式飞剪以切分成品，铝带经皮带运输机构送入两台卷取机，或碎段缺陷铝带不经卷取直接送入轧线后的废料收集坑。

轧制线后配备两台张力卷取机，每台卷取机前分别设有卷取机夹送辊。

为顺利实现铝带卷取过程，卷取机配备有皮带助卷器。

卷取机分别配备有半自动打捆机，以实现带卷的周向打捆。

卷取机的主要设备组成:压下装置，扇形块式胀缩芯轴，端部套筒，压辊，推板，外伸支撑轴承，皮带助卷器等。

4.7 生产线自动化装备水平
自动化系统的硬件、软件和网络配置是目前世界上工艺水平最先进的，该系统具有开放性、实用性、安全性和可兼容性。

采用2级计算机控制，预留与工厂三级计算机管理系统的接口。

1级自动化控制系统主要控制功能是EIC数字控制系统执行全线逻辑控制、顺序控制、位置控制、操作控制、速度控制、张力控制、过程控制、材料跟踪及全部过程同步控制的协调等，同时完成在线实时数据采集、分析和故障诊断功能。

2级过程控制系统主要控制功能是各种设定计算、完成自动控制和自适应控制、从炉料入炉到板带下线的物料跟踪、质量控制、数据记录、综合轧制节奏控制、人机对话处理、数据分类的设备监视和报警等。

5 车间布置及建设情况
车间工艺平面布置见图2。

根据该车间生产工艺要求，本着生产高质量产品、物流顺畅以及对未来发展冷轧充分预留的原则，确定如图2所示布置方案:
公辅设施均布置于热轧车间与预留冷轧车间相邻区域，利于分期建设。

熔炼跨留有充裕的空间，以方便废料运输汽车及电解铝液真空罐的运输。

铸造机钢带为消耗件，定期需要更换，钢带按序摆放于钢带存储间内。

主电室设在主轧跨传动侧，靠近供电及主要用电设施。

轧制线稀油润滑系统、高压液压系统、低压液压系统及乳液收集装置均布置在地下室。

热轧线排烟装置布置在除尘机室内，烟尘经净化处理排出。

热轧线乳液处理系统布置在乳液系统间内，车间地下室内的乳液收集箱共同构成轧制线乳液系统。

图2 该Hazelett铝板带车间平面布置图1—熔炼、保温炉;2—在线过滤除气装置;3—Hazelett连续铸造机;4—连铸机水系统;5—主车间变压器及电气室;6—连铸机钢带存储间;7—轧机前弧形辊道;8—废料运输机构及废料箱;9—三机架连轧机;10—轧机主传动电机室;11—轧机出口检测设备;12—1#/2#卷取机;13—铝卷及其鞍座;14—轧机排烟系统间;15—轧机乳化液系统间;16—轧辊间;17—主轧
跨;18—一号成品库;19—二号成品库
6 结束语
某铝板带公司的这条Hazelett铝板带连铸连轧生产线，填补了国内热轧铝板带连铸连轧工艺的空白，为我国铝板带生产增加了一种新途径。

综合文中的分析及国外各生产线的数据资料，Hazelett工艺在节能减排及生产成本上有其他工艺无可比拟的优势，符合现形势下我国的国情。

类似于钢铁行业中的CSP工艺，新工艺的产生总会存在一些问题，但随着技术的进步，Hazelett工艺技术会不断的改进完善，使其投入商业化生产的产品范围将
会进一步扩大，最终必能稳定、可靠地生产多数民用铝合金板带材。

【相关文献】
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