刘伟尚
（酒钢集团技术中心，甘肃，嘉峪关，735100）
摘 要：本文介绍了3102D铝合金的生产难点，以及3102D铸轧板的质量要求和主要生产设备，通过研究3102D铝合金铸轧板的生产工艺，寻求解决3102D铸轧板晶粒组织粗大不均匀的途径。 关键词：3102D铝合金；铸轧工艺；晶粒粗大
Study on Production Process of 3102D Aluminum Alloy Cast
Rolling Plate
Liu Weishang
(Technology Center of Jiuquan Iron and Steel(Group) Corporation, Jiayuguan,Gansu, 735100)
Abstract: The paper introduces the difficulties in the production of 3102D aluminum alloy, the quality requirements and main production equipment of 3102D cast rolling plate. By studying the production pr
ocess of 3102D aluminum alloy cast rolling plate, the way to solve the coarse and uneven grain structure of 3102D cast rolling plate is found.
采集程序 Key words: 3102D aluminum alloy; cast rolling; coarse grain
1 前 言
3102铝合金属Al-Mn系变形合金，它的塑性高，焊接性能好，强度比1系铝合金高，而耐腐蚀性能与1系铝合金接近，是一种耐腐蚀性能良好的中等强度铝合金，广泛用于生产空调箔[1-2]。由于采用铸轧板轧制比采用热轧法轧制具有工艺流程短、生产成本低、能耗低等一系列优点，因此，目前在3102铝合金空调箔生产中普遍以铸轧板为坯料进行轧制[3]。3102D铝合金与普通3102铝合金相比，合金成分范围要求更窄，杂质含量要求更低，熔炼工艺控制难度增大。3102D 合金目前多以电解铝液为主要原料进行生产，由于电解铝液金属杂质含量多、氢含量高、非金属夹杂物含量多以及活性晶核少等一系列缺点，容易导致铸轧板产生晶粒粗大、裂边、气和渣含量高等铸造缺陷，直接影响铸轧板的组织均匀性和后续轧制产品的性能［4］。因此，用电解铝液生产3102D铝合金铸轧板在工艺控制上难度较大。本文将重点探讨利用电解铝液生产3102D铝合
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表1 3102D 铝合金的化学成分（质量分数/%）
金铸轧板的生产工艺及内部晶粒组织均匀性控制措施。
2 3102D 合金的技术要求
2.1 铸轧板的成分要求
某公司与下游铝加工企业签订了空调箔用3102D 合金铸轧板的技术协议，其化学成分要求
见表1。
2.2 铸轧板质量要求
下游用户对3102D 铝合金铸轧板的质量要求主要体现在以下几方面：
⑴铸轧卷板型尺寸：规格6.5mm×1688mm，内径605mm，外径1810mm~1835mm，铸轧卷厚度偏差±0.2mm，板宽偏差-2~7mm，0.01mm ≤中凸度≤0.04mm，同板差≤0.03mm，纵向厚度差≤0.1mm，整卷厚度差≤0.2mm。
⑵内部组织要求：坯料的低倍晶粒度应均匀，上下表面均为一级，且经低倍腐蚀后目视不得有明显线
条、鱼鳞状花纹、水波纹等异常缺陷；高倍组织要求中心组织横向能识别晶粒方向，纵向长短轴比例≮3。
⑶氢含量≤0.15ml/100gAl。
糖蜜酒精
⑷外观质量：带材端面卷取应整齐，不能有碰伤、勒伤、硌伤等，错层宽度≤5mm，塔形≤10mm（头尾两圈除外）。表面应平整、清洁，不允许有热带、粘辊、划伤、通条缺陷、气道、
裂纹、缩边、粘铝、手感辊印、腐蚀、夹渣、孔洞、纵向条纹、金属或非金属压入物及其他影响使用的表面质量缺陷。
⑸边部质量：工艺裂边≤4mm。
3 试验方案
按照用户的技术要求及以往生产3102F、8011及1100铝合金空调箔的经验确定生产线及生产方案，为了使铸轧卷有较好的晶粒度，同时又保持铝液的纯净度，固体料比例为总炉料量的30%~45%，前期生产100t 与客户进行空调器用箔的全部试验。
3.1生产线选择及主要设备参数
本次试生产因需加大固体投料占比，故熔炼炉选用燃气熔炼炉和电阻式保温炉，铸轧机为φ1010mm×1900mm 倾斜式铸轧机，主要参数见表2。
3.2 3102D 铝合金铸轧生产工艺
3102D 铸轧板的生产工艺流程如下：配料→装炉→升温熔化→搅拌扒渣→取样分析→添加中间合金→取样分析→精炼→扒渣→倒炉→炉内精炼→扒渣→在线除气→在线过滤→铸轧→取卷。3.3 配料
本次试生产按照电解铝液65%+35%固体料
（铝锭或工艺废料）、电解铝液60%+40%固体料（铝锭或工艺废料）、电解铝液55%+45%固体料（铝锭或工艺废料）分三炉次进行配料。电解铝液全部灌入后再送电升温，等炉料完全熔化，温度达到720℃时进行人工搅拌扒渣，取原样进行化学成分分析，配合金时按中下限进行配料。3.4 精炼
Fe Si Cu Mn Ti
V Zn 其他单个Al 0.24~0.27
0.06~0.10
≤0.020
0.16~0.19
0.02~0.04
≤0.025
≤0.03
≤0.020
余量
表2 倾斜式双辊铸轧机的主要技术参数
瓜子烘干机名称铸轧辊尺寸
/mm 成品带材厚度
/mm
成品带材宽度
/
mm 单辊最大扭矩
/kN/m
最大线速度/mm/min
密目式安全网最大卷取张力
/kN
技术参数
φ1010×1900
石墨转子5~10
1250~1750
590
2000
190
- 8 -备注：（a）-固体料35%；（b）-固体料40%；（c）-固体料45%恶劣捕捉
图1 不同固液比铸轧板纵截面中心部位高倍组织金相图
4.2 不同铸轧区调价下的铸轧板高倍晶粒组织 3102D 第一批试制铸轧区采用了小铸轧区进行生产，客户反馈铸轧板中心部位晶粒偏大，长宽比偏小。第二批试制增大了铸轧区长度，增大了铸轧过程压下率。前后两批铸轧板中心高倍金相组织照片如图2，通过对比分析，大铸轧区相比小铸轧区生产出的铸轧板中心晶粒组织更细小，晶粒长宽比更大，更有有利于后续冷轧工序的轧制。
本次试生产为了确保产品晶粒均匀，经技术人员讨论，根据铸轧速度及板型尺寸计算铸轧通过量，通过减少每炉的总装炉量，控制铝液在静置炉内停留时间不超过15小时。炉内精炼分熔炼炉精炼和保温炉精炼，熔炼炉第一次精炼温度控制在735~745℃范围内，采用N 2加二合一精炼剂精炼，第二次精炼温度控制在745~750℃范围内，采用N 2加液体精炼剂，每次精炼时间24min，精炼完静置20min 后扒渣。静置炉内精炼温度控制在735~745℃范围内，第一次和第三次精炼采用N 2加液体精炼剂，精炼前不加冷料；后续采用N 2精炼，精炼前加入100~120kg 冷料控制温度，每次精炼间隔4小时，精炼时长10min。
3.5 在线除气与过滤
在线除气箱采用高压N 2为介质进行除气，N 2压力控制在0.2~0.3MPa，石墨转子转速400r/min。过滤箱采用双极陶瓷过滤板串联过滤，前一极过滤板为30目，后一极过滤板为40目。3.6 晶粒细化工艺
为了得到较好的晶粒细化效果，防止钛沉积，本次试生产采取通过喂丝机在除气箱入口和在过滤箱出口加装摇摆机的方式分别加入铝钛硼丝，总加入量按照2.5kg/t.Al 控制，除气箱入口与过滤箱出口铝钛硼丝加入量为4:1。
3.7 铸轧
根据合金特性及用户对产品的性能要求，本次试制采用的铸轧主要工艺参数为：铸轧辊辊径：上辊992.79mm、下辊993.41mm、中凸度0.36mm，铸轧区长度分别为55mm，65mm，前箱温度695±2℃，铸轧速度950~1050mm/min，卷曲张力55±2℃。在生产时为缩短铝液在炉内停留时间，减少铝钛硼晶粒细化剂的钛沉积，在不影响铸轧板表面质量的前提下适当提高铸轧速度，降低前箱温度［5］。
4 试验结果分
4.1不同固体投料比下的铸轧晶粒组织
本次试生产分别对固体料投料量占比35%、40%、45%三种配料方式下生产的铸轧板在高倍显微镜下
对其从截面金相组织进行了对比，在其他工艺参数基本一致的情况下取样，进行高倍金相组织分析，三组样品的纵截面中心部位高倍金相组织如图1，通过三组金相图对比可以得出，随着固体料配比增加，铸轧板晶粒组织变的更加细小均匀。但固体料占比要综合考虑熔炼炉性能及生产成本，在满足客户对晶粒组织要求的前提下，尽量降低固体料的
配比。
备注：（a）-小铸轧区中心部位晶粒组织；（b）-大铸轧区中心部位晶粒组织
图2 不同铸轧区长度下生产的铸轧板中心部位高倍组织金相图
通过采取上述措施，第二批试制铸轧卷内部晶粒细小均匀，上下表面晶粒度都达到一级，全部符合客户对产品组织的要求。
4.3 晶粒细化效果
晶粒细化是确保坯料获得均匀细小组织的重要手段，现在最普遍采用的方法是添加铝铝钛硼丝，为了防止钛沉积，使铝钛硼丝获得较好的添加效果，铝钛硼丝添加采取摇摆添加方式，并严格控制其添加点温度，取得了良好的效果，经测试钛的吸收率达到了90%以上。5 结束语
（1）为了获得优质的 3102 铝合金箔的铸轧坯料，在电解铝液原料中要配进合理比例的固体原料。
（2）合适的铸轧速度和铸轧区长度是提高铝箔坯料组织、性能的均匀性的有效措施，在确保生产稳定的前提下铸轧区按上限设定。
（3）铝钛硼丝在过滤箱出口处加装摇摆装置，
能提高铝钛硼丝细化晶粒的效果。
参考文献
[1]蒋显全，李宁，张秀锦，等.3102合金翅片铝箔铸轧过程的晶粒变化与控制[J].特重铸造及有合金,2006,07.
[2] 胥福顺，陈劲戈.电解铝液铸轧生产3102铝合金箔坯料工艺研究[J].轻合金加工技术,2012,02.
[3] 肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册[M].北京：冶金工业出版社.2005.
[4] 沈海鸥.用电解铝液生产铝合金扁锭的熔体净化[J].有金属加工,2008,05.
[5] 娄菊红.铝中间合金遗传性研究[D].太原理工大学,2003．
作者简介：刘伟尚（1987-）男，汉，河南信阳人，工程师，2011年毕业于辽宁科技大学材料成型及控制工程专业，现在酒钢集团技术中心铝业研究院主要从事铝合金产品研发工作，邮箱***********************。
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