电解铝液铸轧铝箔毛料的白条缺陷成因及控制方法

 付利智1，胥福顺2，李永平2，尹明香2，贾瑞娇2

 （1.云南铝业股份公司，云南昆明650502；2.昆明冶金研究院，云南昆明650500）

摘要：通过SEM扫描铝箔毛料中白条组织和正常组织，发现其化合物相的形状、形貌和种类相似，A1- Fe相呈球状，A1-Ti相既有球状的，也有粗杆状的；经过EDS能谱分析，在白条组织中发现有Ti和Fe的聚集物，富集的Ti、Fe聚集物是毛料中成分偏析的结果。在实际生产过程中，通过改进熔体精炼和铸轧相关工艺参数，减少结晶条件的差异，降低毛料中成分、组织偏析，使白条缺陷得到有效控制。

关键词：铸轧铝箔毛料；白条缺陷；成分偏析；结晶条件；精炼；工艺参数

中图分类号：TG292；TG339  文章编号：1007 - 7235( 2016) 03 - 0016 - 03

 双零铝箔毛料可采用热轧法、铝锭重熔铸轧法和电解铝铸轧法三种工艺来生产。我公司采用电解铝液铸轧法生产的铝箔毛料，其内部组织、力学性能与热轧法、铝锭重熔铸轧法生产的毛料并无明显差异，用电解铝液铸轧法生产的毛料已完全可以满足生产0.004 5 mm超薄铝箔的质量要求，但是在毛料表面质量方面仍然有一些不足之处，其中白条是最常见的表面质量缺陷，白条在铝箔毛料上表现为色差条或色差带，使铝箔轧制过程中出现局部板形波

浪、起鼓、皱褶、断带、带状透光孔洞，在纸箔复合中出现分层和色差带。

 正常毛料表面的形貌如图1a所示，有白条的毛料表面形貌如图1b所示。

1  白条的组织分析

 我公司从2012年开始用电解铝液铸轧法生产超宽幅铝箔毛料，白条主要存在铸轧板坯下板面。取样进行SEM扫描检测（图2、3）和EDM能谱分析（图4、5），出现白条的部位存在Fe、Ti富集。从SEM照片可以看出，正常部位组织和白条部位组织化合物相的形貌和种类相似。白色相基本是A1-Fe相，沿轧制方向是连续或者半连续分布，A1-Ti相有球状和粗杆状两种形貌，球状的A1-Fe相和球状的A1-Ti相有一定的区别，球状A1-Ti相要比球状A1-Fe相的体积大。根据上述分析，可以初步确定白条是毛料的成分、组织偏析所致。

2  偏析原因分析

 铸轧生产铝箔毛料，液态铝液通过结晶器在8s～12 s完成物理形态和化合物相的转变，其成分的均匀性、结晶条件的稳定性决定着析出第二相的特点、形貌、数量、分布情况。如果保证结晶过程的一致性、连续形，就会降低其成分的偏析，实现板坯内部、表面组织均匀一致，便可有效地防止毛料白条缺陷产生。

2.1成分偏析分析

 合金添加剂是重要的化学成分调配原料，添加剂原料的品质、实收率、添加温度、搅拌频次和方式对合金成分的均匀性影响大；A1-Ti丝作为晶粒细化剂，其添加速率、添加点温度不仅对晶粒形核、晶粒细化有很大因素，而且对Ti的沉淀富集也有重要影响。

2.2结晶条件差异分析

 铝液南液态凝固成固态的过程称为结晶，晶粒尺寸、形态、方向由晶核数量、大小、生长速度等因素决定，组织偏析与常规参数如前箱温度、铸轧速度、冷却强度、轧制压力有密切关系，针对成分富集、组织偏析的白条问题，应重点从上、下轧辊表面温差（表1）、铸嘴腔前端冷铝块（图6）、铸嘴腔内气泡孔洞（图7）及立板翻铝（图8）等因素进行分析改进。

3控制措施

3.1  成分均匀性的控制方法

 ①用A1-Fe中间合金替代铁添加剂，添加温度可以降低约20℃，节约能耗，减少熔体造渣和吸氢，且熔化速度快，提高铁在铝中溶解度2%~3%，A1-Fe中间合金还发挥固体冷料形核作用，杜绝添加剂因各种原因出现实收率不稳定、饼块沉淀烧结等现象，因而成分偏析得到最好的控制，尤其是在用电解铝铸轧生产毛料中效果更加明显；②固体料在熔化过程中进行多次电磁搅拌，可加快它与液体料的混合，减少因表面加热导致局部铝液过热和成分不均问题；③当铝熔体温度在670℃~680℃之间时扒去表面浮渣，快速升温；在达到精炼温度时，采用可定时定量喷粉的装置用氩气+精炼剂在炉底连续均匀地进行首次精炼，静置25 min后再次扒出浮渣，再用氩气+二氯甲烷进行二次精炼，不留死角，二次精炼还可实现炉内搅拌熔体使其成分更均匀的目的；④保证A1-Ti丝添加点温度，根据不同铝合金牌号、产品规格、铸轧参数、小时通过量，合理计算A1-Ti丝添加量，一般按w( Ti)=0.020~0.040%的在线实收量较合适。

3.2  结晶条件改进方法

 ①从表1可知，铸轧上辊表面温度比下辊温度高20℃～30℃，在同一结晶断面下板面先结晶凝固，组织和成分必然产生偏析现象，夏、秋季的温差比冬、春季的更大，毛料白条问题在冬、春季节更加突出现象也不难解释。可以调整上、下轧辊冷却强度来实现上、下板面结晶的同步性；②铸嘴前端冷铝出现，铝液必须绕过硬块再完成结晶，必然影响该部位铝液的温度和流速，在板坯同一横断面出现结晶差异化。改进分流块通道尺寸、调整铸嘴腔横断面温度梯度、减少结晶过程温度波动及粘结挂渣，这些措施都能有效解决冷铝问题；③立板时容易出现气泡，停机后气泡破裂则出现孔洞现象，铝液的流动、结晶过程与冷铝块机制一样。如果保证除去铸嘴的水气，采用合理的立板液面高度，就可以有效地减少该问题；④立板时出现翻铝，该部位铝液铸轧区就会变短，结晶条件差异也会导致组织偏析。根据铸嘴变形率、轧辊预热温度，合理地调整嘴与辊的间隙、立板液面高度和平稳性，就可以减小翻铝情况出现几率。

4  对白条缺陷越薄则越明显的分析

 连续或不连续富集Fe、Ti的第二相(A1-Ti、A1-Fe)，在板坯边部细小，破碎程度较高，沿轧制方向不连续分布；到了中心部位，第二相的破碎程度明显减小，第二相呈连续带状分布在基体中，而且这些带状相并不是完全沿着轧制方向分布，它们的分布没有明显的取向性；随着轧制道次增加，板坯中心部位的第二相被破碎和拉长，其取向趋于轧制方向，与周围基体的形貌、尺寸、性能差异进一步扩大，宏观上表现为色差台或带条。

5  结论

 1)采用A1-Fe中间合金替代铁添加剂，在熔炼过程中进行多次电磁搅拌、二次精炼搅拌和合理的A1-Ti丝添加量，就可以增加形核质点，减少铸轧板坯的成分、组织偏析，对铝箔毛料的白条缺陷控制有显著效果。

 2)减少铸轧机上、下轧辊的辊面温差、减少或杜绝铸嘴内腔冷铝、气泡孔洞和翻铝现象，使铝液结晶条件趋于稳定一致，也是解决铝箔毛料白条缺陷的有效措施。