下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
铝及铝合金热轧变形抗力低、塑性高，可采用大压下量轧制大尺寸的铸锭，轧制过程便于控制，可以充分发挥设备能力，大大减少金属变形的能耗，实现在提高产品质量和生产效率的同时，降低产品的成本。因此，热轧成为世界上广泛采用的铝薄板（带）及铝箔冷轧产品的供坯方法。
随着科学技术的高速发展，精密机械加工、计算机控制、现代检测等现代化技术已广泛应用于铝及铝合金热轧设备制造和热轧过程控制中。随着现代化塑性加工技术的发展和应用，铝合金板（带）产品越来越薄，但厂商对产品的性价比及产品的质量标准要求却越来越高。以制罐料为例，随着制罐技术的发展和市场需求的变化，3104罐料厚度由20世纪60年代的0.45mm减至80年代的0.31～0.34 mm、90年代的0.28mm、2000年的0.275 mm、2010年的0.265mm，未来将减至0.21mm；厚差由过去的±0.010mm减到±0.005mm，未来可能减到±0.0025mm；制耳率也从5%～6%降至现在的1.5%～2%，未来可能降至1%～1.5%。这种对铝板（带）的质量和成本的双重高要求，必然对铝及铝合金板（带）加工装备和技术提出严峻的挑战。正是这种需求和挑战有力地促进了铝热轧技术的发展。
单机架热轧是一种经典的热轧形式，采用一台可逆式热轧机将铸锭轧至目标厚度，即热粗轧和热精轧在同一台轧机上进行，具有投资少、成本低的优点，年生产能力一般在15万t左右。轧机有二辊可逆式热轧机和四辊可逆式热轧机两种。二辊可逆式热轧机一般用于生产民用软合金板（带）材。四辊可逆式热轧机根据产品的种类分为两类，一类专门轧制几种软合金，产品专一；另一类为万能式的，可以轧制多种变形铝合金产品。根据卷取机的配置情况，可分为单机架出口带卷取的可逆式热轧和单机架双卷取可逆式热轧。
单机架出口带卷取的可逆式热轧配置，在轧机出口不远处上方或下方安装一台卷取机，最后一道次一边轧制一边卷取，最小厚度一般控制在7mm。这样配置的热轧生产线轧制板材的长度受辊道长度和终轧温度的制约，铸锭质量不能过大，一般为1～3t。由于带材卷取前坯料比较薄（一般为10mm左右），轧制温度比较低，板形控制比较难；且由于带材在辊道上不断地往复运动，容易造成表面损伤，影响表面质量。该生产方式适合规模不大且对质量要求不高的产品。截至2000年底，全世界有90多台二辊和四辊单机架可逆式热轧机（不包括热连轧生产线的粗轧机和“二人转”的块片式热轧机），生产能力占全球热轧板（带）总生产能力的20%左右。这类轧机大多是20世纪80年代设计制造的，总体水平属于20世纪70年代国际一般水平。
单机架双卷取可逆式热轧配置，在轧机的前后方都配有相应的卷取装置。当铸锭开坯到20mm左右，通过卷取装置卷取后，带卷轧制3～5道次（精轧）至所需要的厚度，最小厚度一般为2.5mm左右。该热轧生产方式是20世纪80年代发展起来的，以四辊为主。与单卷取相比，双卷取热轧生产线具有结构紧凑、自动化控制水平较高的特点，但仍难以生产具有国际市场竞争力的制罐料。
这种单机架热轧机，特别是带双卷取的单机架热轧机要求工作人员在操作工艺和轧制工艺方面非常有经验，原因有以下几点。
（1）工作辊的选择不仅要考虑热粗轧的压下量，也要考虑轧制的最大厚度。
（2）清辊工艺必须满足工作辊在整体轧制过程中的轧辊表面质量控制要求。
（3）热粗轧和热精轧中的冷却喷射、乳液质量和集中润滑环节必须满足前几道次的压下量要求，从而实现成品的表面质量控制。
（4）卷取机结构设计必须适应轧制过程的张力控制，在可逆轧制期间，不得损伤带材表面质量。
“1+1”双机架热轧是将相距一定距离的两台可逆式热轧机（一台热粗轧机和一台热精轧机）串联起来，形成热连轧的雏形。双机架热轧能更好地控制辊形，合理分配单机架热轧道次和时间，提高产品精度和产能。与单机架相比，“1+1”双机架在轧制工艺上具有以下特点。
（1）轧制的带材较薄，带材的长度增加，铸锭质量增大，可达10多t；在铸锭质量相同的条件下，机列的辊道长度减小。
（2）采用双机架轧制时铝材不接触轨道，可在精轧机上完成上卷轧制，减少机械损伤。
（3）因卷带张力轧制，可使轧出的带材平整，与单机架相比，产品质量得到有效提高。
“1+1”双机架热轧，以大量工业试验实测数据为依据，根据轧机的参数和原始轧制条件，运用非线性接触有限元理论，建立辊缝的高精度分析、计算模型；在此基础上设计系统软件实现对辊缝的动态规划，从而完成弯辊装置、轧机压下装置、张力系统、冷却系统等的参数预测，通过计算机进行在线监测，实现对热精轧带材的板形和断面几何精度的改善。但“1+1”双机架热轧机配置的“热粗轧+热精轧”生产方式本身存在较大的局限性，与现代热连轧生产方式相比，其产品精度、性能稳定性较差，生产效率较低，成品率较低，生产成本较高。国内“1+1”双机架热轧机配置方式在多年的实际生产中遇到的主要问题有以下几个。
（1）终轧温度波动大。
单机架热精轧需对热粗轧坯料进行3～5道次可逆轧制，易造成终轧温度波动大，特别是制罐料终轧温度偏低，达不到卷取后再结晶的目标。
（2）双机架热轧方式在多道次轧制中升速、降速比较频繁，从而导致轧制厚度波动大，性能不稳定，产品不合格。
（3）容易损伤材料表面。
在多次卷取、开卷过程中，热轧卷层间多次损伤，造成热轧表面深度缺陷，大大降低PS版基板和铝箔表面质量，部分PS版基板腐蚀后出现白条，铝箔针孔增加、轧制时易发生断带等。
（4）板形和板凸度波动大。
如果在热精轧时未安装控制和检测板形和板凸度的自动装置，则无法有效控制热轧卷板形、板凸度，使其波动幅度增大甚至技术要求不达标，导致冷轧板形差，无法满足铝箔对坯料的板形和板凸度的要求；同时，由于板形差，制约了冷轧机的高速轧制。
（5）组织、织构控制难。
热精轧的速度一般只有4m/s，且要多道次轧制，对于生产一些高质量要求的产品来说，每道次变形速率偏低，难以通过提高和控制终轧温度来保证必需的内部组织和织构，因而只能采取预先退火的方法，这就增加了工序，提高了成本。
（6）精轧和粗轧的能力匹配比较难。
因为多道次轧制增加了辅助时间，使得热精轧能力与热粗轧能力匹配困难，无法完全发挥热粗轧的能力，降低了生产效率。
美国 Athens 公司的“1+1”双机架热轧机生产线可轧制的最大铸锭重达25t。日本Furukawa Sky铝业的可轧最小厚度最小，可轧至2.0 mm。“1+1”双机架热轧机生产线轧制罐料虽然也取得了一些成功，如澳大利亚的科马尔科（Comalco）铝业、中国西南铝业及日本的Furukawa Sky铝业，但是产品性能稳定性与制造成本都不如多机架热连轧生产线。
多机架热连轧是由可逆式热粗轧机和3～6台热精轧机串联起来构成的多机架连续热轧生产线。通过二辊或四辊可逆式热粗轧机往复轧制开坯至30～50mm，根据后续连轧机架数不同，粗轧坯厚度不同，然后通过后面串联的多机架四辊连轧机组轧至所需要的厚度，最后卷取成带坯。这种生产方式具有生产工艺稳定、工序少、产量大、生产效率高、产品质量稳定等特点，且能有效地降低生产成本。同时，轧制后的热轧带坯具有厚度小，厚度、凸度及板形精度高，组织稳定等优点，是其他热轧方式无法比拟的。多机架热连轧特别适用于大规模生产在世界铝板（带）材产量中占有很大比例的制罐坯料及优质铝箔毛料等，既可生产硬合金板坯，又可生产软合金板坯，最薄可轧至2.0 mm，年生产能力为30万～60万t。
一般建设热连轧生产线的目标是实现高效、高质量、短流程热轧卷生产，因此多机架热连轧机组都是四辊轧机，而粗轧机则有二辊和四辊之分。二辊热粗轧+多机架热精轧的热连轧生产线设计比较早，目前全世界只有“1+2”和“1+3”式两种，共5条生产线，这些生产线目前可轧制的最大铸锭不超过10t，并且只能轧制软铝合金。现代化的紧凑式四辊可逆双卷取单机架热轧机完全可以取而代之，且降低了投资成本。因此，这种二辊热粗轧+多机架热精轧的生产线难以继续发展，而四辊热粗轧+多机架热精轧的热连轧生产线不断发展。对于四辊粗轧的热连轧生产线，“1+2”“1+3”“1+4”“1+5”“1+6”式都有，全球拥有包括“1+1”式在内的多机架热轧生产线近50条。
在这种多机架热连轧的粗轧机上大多配有清刷辊，以改善坯料表面质量；有的还配有液压弯辊和液压AGC，以改善板形和提高板坯厚度、精度；在轧机前后配有乳液喷淋装置，以控制板坯温度；轧机开口厚度一般为620mm，德国 Alunorf 加工厂的铸锭最大尺寸为610 mm×2200 mm×8650 mm，热粗轧最终板坯厚度为30～50 mm。在精轧机上也安装了液压弯辊、液压AGC、清刷辊、板凸度仪和温度闭环控制系统，可实现单点或多点扫描、非接触式温度检测等功能。精轧机除采用弯辊和分段冷却方式控制板形平直度和凸度外，有的还采用了CVC、DSR、TP等辊形控制方式，自动收集、检测和显示各种参数。由于采用了以上先进技术和方法，热轧卷的质量得到大大提高，厚度公差小于±1%，平直度≤25 I，板凸度率为0.2%～0.8%，终轧温度为250～360℃，温度偏差小于±10℃。