27.2 铝箔生产工艺流程

27.2 铝箔的生产工艺流程及主要轧制工艺参数

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27.2 铝箔的生产工艺流程及主要轧

制工艺参数的优化

27.2.1 铝箔生产工艺流程

铝箔的生产工艺流程主要有以下两种方 式，见图27-1和图27-2。图27-1是老式设备 生产工艺流程。由于老式设备规格小，需要的 铝箔坯料窄，要经过剪切分成小卷退火后再进

行轧制，轧制时老式设备采用的是高黏度轧制 油，需经过一次清洗处理，双合轧制前还要经 过一次中间低温恢复退火。图27-2是现代铝箔 生产工艺流程，由于轧制油黏度的下降与轧制 速度的提高，就不需要清洗和中间恢复退火工 序。现代铝箔生产工艺流程短，缩短了生产周 期，减少了中间生产环节，从而减少了缺陷的 产生，降低了成本，提高了铝箔的产品质量和 成品率。

图27-1 老式设备铝箔生产工艺流程

图27-2 现代设备铝箔生产工艺流程

27.2.2 铝箔轧制的特点

在双张箔的生产中，铝箔的轧制分粗轧、 中轧、精轧三个过程，从工艺的角度看，可以 大体从轧制出口厚度上进行划分， 一般的分法 是出口厚度大于或等于0.05mm 为粗轧，出口 厚度在0.013～0.05mm 之间为中轧，出口厚度 小于0.013mm 的单张成品和双合轧制的成品为 精轧。粗轧与铝板带的轧制特点相似，厚度的 控制主要依靠轧制力和后张力，粗轧加工率 大，可达50%～65%,而中精轧，由于其出口 厚度很小，其轧制特点已完全不同于铝板带材 的轧制，具有铝箔轧制的特殊性，其特点主要 有以下几个方面：

(1)铝板带轧制。要使铝板带变薄主要依 靠轧制力，因此板厚自动控制方式是以恒辊缝 为AGC 主体的控制方式，即使轧制力变化， 随时调整辊缝使辊缝保持一定值也能获得厚度 一致的板带材。而铝箔轧制至中精轧，由于铝 箔的厚度极薄，轧制时，增大轧制力，使轧辊 产生弹性变形比被轧制材料产生塑性变形更容 易些，轧辊的弹性压扁是不能忽视的，轧辊的 弹性压扁决定了铝箔轧制中，轧制力已起不到

像轧板材那样的作用，铝箔轧制一般是在恒压 力条件下的无辊缝轧制，调整铝箔厚度主要依 靠调整后张力和轧制速度。

(2)叠轧。对于厚度小于0.012mm ( 厚 度大小与工作辊的直径有关)的极薄铝箔， 由于轧辊的弹性压扁，用单张轧制的方法是 非常困难的，因此采用双合轧制的方法，即 把两张铝箔中间加上润滑油，然后合起来进 行轧制的方法(也称叠轧)。叠轧不仅可以轧 制出单张轧制不能生产的极薄铝箔，还可以 减少断带次数，提高劳动生产率，采用此种 工艺能批量生产出0.006mm～0.03mm 的 单 面光铝箔。

(3)速度效应。铝箔轧制过程中，箔材厚 度随轧制速度的升高而变薄的现象称为速度效 应。对于速度效应机理的解释尚有待于深入的 研究，产生速度效应的原因一般认为有以下三 个方面：

1)工作辊和轧制材料之间摩擦状态发生 变化，随着轧制速度的提高，润滑油的带入量 增加，从而使轧辊和轧制材料之间的润滑状态 发生变化。摩擦系数减小，油膜变厚，铝箔的 厚度随之减薄。

第4篇 铝合金板、带、箔材生产技术

2)轧机本身的变化。采用圆柱形轴承的 轧机，随着轧制速度的升高，辊颈会在轴承中 浮起，因而使两根相互作用而受载的轧辊将向 相互靠紧的方向移动。

3)材料被轧制变形时的加工软化。高速 铝箔轧机的轧制速度很高，随着轧制速度的提 高，轧制变形区的温度升高，据计算变形区的 金属温度可以上升到200℃,相当于进行一次 中间恢复退火，因而引起轧制材料的加工软化 现象。

27.2.3 铝箔坯料

27.2.3.1 铝箔坯料的类型

铝箔坯料分热轧坯料 ( DC 材)和铸轧坯 料 ( CC材)。热轧坯料是由大铸锭(最厚的扁 锭达600mm) 经锯切、铣面、坯锭加热、热 轧、冷轧、退火后生产的坯料。铸轧坯料是由 连续铸轧带坯(一般6～8mm 厚)经冷轧、退 火后生产的坯料。不管是DC 材还是 CC材生 产的铝箔坯料，是按坯料厚度(一般0.3~ 0.7mm) 退火，还是在冷轧某个道次退火或冷 轧不退火，主要取决于将要生产铝箔的品种和 性能要求。

用铸轧法和热轧法生产的铝箔坯料，铝箔 轧制过程中的力学性能变化不同，CC 材强度 高，轧制加工硬化速度快，铝箔的最终退火性 能也不同。在相同温度、时间退火后，CC 材 生产的铝箔强度高，DC 材生产的铝箔强度低。 所以用不同的坯料生产铝箔，应分别采用不同 的轧制、分切、退火工艺。7μm铝箔 DC 材退 火温度比CC材退火温度低10～30℃。

铸轧法和热轧法各有优、缺点。铸轧法工 艺流程短，成本低，但它不适于生产多品种铝 合金板带箔材。目前，世界用铸轧料和热轧料 生产的铝箔产量相当，前者的产量略高于后 者。

27.2.3.2 铝箔坯料的技术要求

(1)冶金质量。熔体必须经过充分的除 渣、除气、过滤和晶粒细化，铸(锭)轧板的 内部组织不允许有气道、夹渣、偏析和晶粒粗 大等缺陷。要求熔体的氢含量控制在0.12mL/

设计、制造、安装水平 良好的生产运行条件

厚度检测与控制水平 板形检测与控制水平

表面质量

—厚度偏差

板形质量

内在冶金质量 成分与力学性能

油温和黏度

技术操作水平

人员

责任心

清洁的环境

环境

适宜的温度

图27-3 影响铝箔轧制质量的因素

27.2.5 轧制工艺参数的优化

27.2.5.1 铝箔坯料厚度、宽度、状态

的选择

铝箔坯料的厚度范围一般为0.3～0.7mm, 选择多大厚度做铝箔坯料，主要取决于粗轧机 的设备能力和生产工艺的安排。

铝箔坯料宽度的选择应考虑所生产铝箔的 合金状态、成品规格、轧制与分切的切边及分 切抽条量的大小、设备能力、操作水平及生产 技术工艺管理等因素。轧制铝箔时，铝箔坯料 的最大宽度一般不超过工作辊辊身长度的80% ~85%,如有良好的板形控制系统也可达 90%。

铝箔坯料的状态分软状态、半硬状态和全 硬状态三种。对于一般力学性能要求的软状态 或硬状态铝箔如双张箔、普通单张箔，可以选 择软状态或半硬状态坯料。对于有特殊性能要 求的铝箔如电缆箔、酒标料、空调箔等，可以 选择半硬状态或全硬状态坯料，选择半硬状态 坯料时应充分考虑中间热处理工艺、化学成分 及最终热处理工艺对成品铝箔力学性能的影

响，选择全硬状态坯料时，应充分考虑化学成 分和最终热处理工艺对成品铝箔力学性能的影 响。

27.2.5.2 铝箔加工率的选择

由于成品厚度的不同，箔材轧制一般为2 ~6个道次，轧制道次要根据发挥轧机效率、 成品箔材的规格和组织性能的要求、前后工序 生产能力的平衡来确定。纯铝箔材的总加工率 一般可达99%,铝合金箔材的总加工率一般不 大于90%。道次加工率的选择原则如下：

(1)在设备能力允许，轧制油润滑和冷却 性能良好，并能获得良好表面质量和板形质量 的前提下，应充分发挥轧制金属的塑性，尽量 采用大的道次加工率，提高轧机的生产效率。

(2)道次加工率，要充分考虑轧机性能、 工艺润滑、张力、原始辊型、轧制速度、表面 质量、板形质量、厚度波动等因素。软状态或 半硬状态铝箔坯料的轧制道次加工率一般为 40%～65%,硬状态铝箔坯料的轧制道次加工 率一般为20%～40%。

(3)对于厚度偏差、表面质量、板形质量 要求高的产品，宜选用较小的道次加工率。

(4)对有厚度自动控制系统和板形自动控 制系统的轧机，可适当采用较大的道次加工率。

(5)道次加工率的选择，应从实际出发，

在现场实践中依据设备、质量、生产效率等情 况不断摸索总结后，最终确定下来。典型的道 次分配见表27-16和表27-17。

表27-16典型的道次分配表(硬状态坯料)

表27-17典型道次分配表(软状态或半硬状态坯料)

27.2.5.3 铝箔轧制力的计算

铝箔粗轧时，铝箔工作辊还没有完全压 靠，轧制力的大小对铝箔厚度的变化仍起到主 要作用，但当铝箔厚度小于0.05mm后，工作 辊已紧密压靠，轧辊在接触区产生弹性压扁， 在这种条件下，增大轧制力对铝箔的减薄已起 不到明显作用，但可以改变铝箔产品的平整 度。轧制力本身与许多因素有关，它随着下列 因素的变化而增大，轧制材料屈服强度提高、 道次压下量和轧辊直径的增大、轧制材料厚度 和宽度的增加、摩擦系数的增大、张力的减少 和轧辊压扁程度的增大。在实际生产中要准确 测定出材料的屈服强度、摩擦系数和变形区长 度是极其困难的，因此，虽然现有的轧制力计 算公式很多，通常用下列公式计算。

考虑轧辊压扁和有张力时的平均单位压力为：

(27-1)

式中 D——轧辊直径，mm;

L’′——考虑轧辊弹性压扁的变形区长度，

mm;

L——不考虑轧辊弹性压扁的变形区长

度 ，mm。

考虑轧辊压扁：

L′=L√a+bA

式中 A——系数，

b——系数，

a——系 数 ，a=1-b; μ——摩擦系数；

8——加工率，%;

K。 ——强制流动应力，K 。=1.1550a.2-σ;

σ0.2——咬入弧上金属的平均屈服强度， MPa;

σ ——前后张力的平均值，MPa。

摩擦系数的影响因素很多，如轧辊粗糙 度、轧制油温度和黏度、轧制力、轧制速度、 铝箔表面粗糙度等，在轧制时很难准确测定其 数值的大小，在高速铝箔轧机上，摩擦系数一 般取0.03～0.07,粗轧时取上限，精轧时取下 限，中轧时取中间值。

则轧制总的力为：

P=p′bL′ (27-3)

27.2.5.4 铝箔轧制速度的选择

A 影响铝箔轧制速度的因素

(1)箔材轧机的性能。

(2)坯料的质量。坯料如果厚度波动较 大，板形或端面不良，为最大限度地改善轧制 后铝箔质量应采用低速轧制。

(3)轧制油。在其他条件相同的情况下， 轧制速度随轧制油中添加剂含量的增加和轧制 油黏度的增大而降低，随着轧制油温度的升高 而提高。

(4)轧辊粗糙度。在其他条件相同的情况 下，轧制速度随着工作辊粗糙度的增大而提 高，随着粗糙度的减小而降低。粗糙度对轧制 速度的影响如图27-4。

30

20

10

轧制力(kN) 1950×2

21600×2

200

轧制速度/m·min:

图27-4 粗糙度对轧制速度的影响

(5)铝箔板形。在铝箔轧制过程中，由于 变形热、摩擦热的作用使轧制变形区的温度变 化很快，从而轧辊辊形发生变化。轧制出的铝 箔板形也会随着辊形的变化而发生改变，对于 手动控制板形的铝箔轧机，铝箔板形的变化完 全依靠操纵手的观察，然后再手动分别控制弯

辊或轧制力及各油嘴的喷射量，如果轧制速度 太快，操纵手的反应能力跟不上，板形控制就 很困难。即使一名最优秀的操作手，所能控制 的轧制速度一般也不会超过700～800m/min, 在线最好板形水平在±80I 以上。当轧制速度 超过800m/min, 为了获得良好的板形质量， 就必须采用板形自动控制系统，由于板形自动 控制系统采用了自动喷淋、自动弯辊、自动倾 斜，更为先进的轧机还采用了VC 、DRS等板 形控制技术，使铝箔的轧制速度和板形控制水 平大幅度提高，铝箔的在线板形可以控制在 ±9I～20I以下的水平。

(6)表面质量。在其他工艺条件相同的情 况下，轧制速度低、轧辊间油膜薄、铝箔表面 更接近轧辊表面，轧出的铝箔光亮度好。轧制 速度高，轧辊间的油膜厚，轧出铝箔的光亮度 差，因此，在非成品道次，为提高生产效率应 尽量采用高速轧制，但在生产成品道次，要求 铝箔表面的光亮度好，应降低轧制速度，适当 增加后张力，对0.006～0.007mm 厚度的铝箔 双合道次的轧制速度一般不超过600m/ min。

B 铝箔轧制速度效应

当轧制力和前后张力不变时，铝箔的出口 厚度随着轧制速度的升高而减薄，这种现象称 为铝箔轧制的速度效应。下面以在φ260mm/ 700mm×1600mm 四重不可逆轧机上所做的速 度效应试验为例来说明。

(1)试验条件。轧制速度的增减由操纵手 手动控制，铝箔出口厚度是根据Measurex-1050 计算机数字显示记录下来的，轧制油黏度为： 粗轧1.9mm²/s 、中精轧1.7mm²/s; 轧制油温 度为：粗轧40℃,中精轧50℃。坯料厚度波 动不大于±5%,经粗轧一道次后，厚度波动 为±3%。

(2)试验结果。试验结果列于表27-18和 表27-19。

(3)结果分析：

1)速度效应可以用t=f(V) 表示，其中 t 表示箔材出口厚度、V表示轧制速度、设K= d ./d, K 值较大区域为速度效应敏感区， K 为 速度效应系数。

表27-18不同出口厚度的速度效应敏感区和速度效应系数K

表27-19不同速度区域的平均速度效应系数K

2)出口厚度在150～200μm, 轧制速度到 1200m/min, 随着轧制速度的不断增加，箔材厚 度不断减薄。出口厚度不同，速度效应也不同。

3)出口厚度大于150 μm 时 ，K 为常数，t = f(V) 近似一条直线。直线斜率与轧制力有 关，轧制力大，斜率大，轧辊表面粗糙度影响 直线截距，粗糙度大，截距也大。

4)出口厚度小于50μm 时，轧制力和轧 辊表面粗糙度对速度效应仍有明显影响，t= f(V) 直线性下降。

5)出口厚度在15～30 μm 时，轧制力对 速度效应的影响几乎消失。但轧辊表面的粗糙 度对速度效应仍有明显影响，在其他条件相同 时，轧辊表面粗糙度大，则出口厚度较厚。

27.2.5.5 轧制后张力的选择

后张力主要是通过影响变形区状态以改变 塑性变形抗力来起作用，后张力在铝箔轧制中 调节厚度的作用十分明显，而且重要，与速度 调节厚度相比，具有快速、灵敏的特点，值得 提出的是，用后张力调节铝箔的厚度要充分考 虑入口带材的板形、材质等对轧制速度的影 响。

(1)后张力与入口板形。入口带材板形如 有中间或两肋波浪，应适当减小后张力，人口 带材如有两边波浪，应适当增大后张力，以增 加入口带材的平整度，减少入口打折现象，同

时后张力的设定范围不宜过大。

(2)后张力与入口带材性质。后张力的设 定与入口带材的性质有关，带材因合金、状态 的不同，其屈服强度也不同，屈服强度越高， 后张力越大，在生产中选取的后张力值应为所 轧带材屈服强度值的25%～35%为宜。如果后 张力过大，会增加铝箔的断带次数，如果后张 力过小，会造成入口带材拉不平，入口出现打 折现象。

(3)后张力与轧制速度。后张力对轧制速 度的影响程度随着铝箔厚度的减薄而呈现增加 的趋势，如果要通过调节轧制速度来提高轧机 的生产能力，应适当降低后张力。

27.2.5.6 前张力的选择

前张力的主要作用是拉平出口铝箔，使铝 箔卷展平、卷紧、卷齐。前张力对厚度的影响 比后张力要小得多，但前张力对出口铝箔的平 直度却有很大影响。一名优秀的操作手给定的 前张力总是尽可能的小，前张力小，可以明显 地观察到铝箔板面的板形质量，反映出真实的 铝箔出口板形，但过小，容易造成松卷、串 层，甚至“起棱”,反之前张力过大，不仅掩 盖了真实的板形，使离线板形变差，而且容易 造成断带。对于纯铝，单位前张力范围一般为

25～60MPa,0.006～0.007mm 道次的前张力范

围以25～40MPa为宜。

27 铝箔生产技术

27.2.5.7 轧辊的选择

轧辊是铝箔轧制的重要工具，在铝箔轧制 过程中，工作辊辊身和铝箔直接接触，其尺 寸、精度、表面硬度、辊型及表面质量对铝箔 表面、板形质量与轧制工艺参数的控制起到非 常重要的作用。轧辊又分为工作辊和支承辊。 轧辊使用一定时间后，为磨去轧辊表面疲劳层 并获得一定的凸度和粗糙度，必须进行磨削。

(1)工作辊尺寸。工作辊的直径和辊身长 度代表铝箔轧机的公称规格。工作辊的直径对 单张箔轧制的最小出口厚度影响很大，单张轧 制铝箔的最小厚度可用下式计算：

(27-4)

式中 h:—— 轧出铝箔的最小厚度，mm;

D——工作辊直径，mm;

K——金属强制流动应力，K=

1.115oa.2MPa;

σ0.2—入口金属的平均屈服强度，MPa;

σ——轧件平均单位张力， +σ₁),MPa;

σ₀——前张力，MPa;

σ₁——后张力，MPa;

E——钢轧辊的弹性模量， E=2.2×

10⁵MPa。

工作辊辊身长度决定铝箔轧制宽度，通常 最大可轧制的铝箔宽度是辊身长度的80%~ 85%,当投入板形控制系统时，最高可达 90%,再宽，板形控制将非常困难。

(2)轧辊的几何精度。工作辊辊身和辊颈 的椭圆度不大于0.005mm, 辊身两边缘直径差 不大于0.005mm, 辊身和辊径的同心度不大于 0.005mm, 当轧制为双辊驱动时， 一对工作辊 的直径偏差不超过0.02mm。支承辊的辊身和 辊颈的椭圆度不大于0.03mm, 辊身的圆锥度 不大于0.005mm。

(3)轧辊的表面硬度。轧辊在生产运行过 程中要承受相当大的压力， 一般都采用经过特 殊处理的锻造合金钢来制造，轧辊表面硬度要 求严格，同时还要有一定深度的淬火层。工作 辊的表面硬度一般为95～102HSD, 淬火层深 度不小于10mm, 支承辊表面的硬度一般为75 ~80HSD, 淬火层深度不小于20mm, 辊颈的 硬度一般为45～50HSD。

(4)轧辊的辊型。为了获得厚度均匀、板 形平整的铝箔产品，合理的选择轧辊辊型是非 常重要的。辊型是指辊身中间和两端的直径差 和这个差值的分布规律，通常分布是对称的， 呈抛物线(另一种说法呈正弦曲线),而把直 径差称为凸度。如果凸度偏大，轧出的铝箔会 中间松两边紧，凸度偏小，轧出的铝箔会中间 紧，两边松。凸度的选择，通过理论计算很困 难，大多是根据实际经验来选定。工作辊的凸 度一般为0.04～0.08mm, 支承辊的凸度一般 为0～0.02mm, 辊型的误差应在标准值的 ±10%以内。

(5)轧辊表面磨削质量。轧辊表面磨削后 不允许有螺旋印、振痕、横纹、划痕及其他影 响铝箔表面质量的缺陷，同时具有满足不同要 求的粗糙度。

轧辊表面的粗糙度与轧出铝箔的粗糙度、 光亮度、轧制过程中的轧制速度、摩擦系数、 轧制力的大小等有直接的关系，根据轧制工艺 的不同，轧辊表面的粗糙度不同。粗轧时，压 下量较大，工作辊的粗糙度应当能使轧制油充 分吸附。此外，轧辊表面应尽可能适应高速轧 制。中轧辊的粗糙度要比粗轧精细，精轧为使 铝箔获得光亮表面，精轧辊表面粗糙度应更精 细些。但值得注意的是，如果轧辊粗糙度太 小，轧制后的铝箔表面容易产生人字纹、横波 纹缺陷，同时降低了轧制速度。表27-20列举 了常用工作辊磨削砂轮号与粗糙度值。支承辊 的粗糙度一般为R =0.3～0.4 μm。

表27-20常用工作辊磨削砂轮号与粗糙度值

(6)轧辊的磨削工艺。轧辊的磨削工艺包 括砂轮的修整、冷却润滑剂及砂轮转速、轧辊 转速、走刀量和进刀量。

1)砂轮修整。砂轮在磨削过程中会有一 部分铁屑残留在砂轮表面的气孔中，随着沉积 量的增加将影响轧辊的磨削质量，另外砂粒在 磨削过程中逐渐变钝，降低了砂轮的磨削加工 性能，所以通过砂轮修整来恢复砂轮的磨削性 能。砂轮修整采用的是金刚石刀刃(顶角70° ~80°),修整质量与砂轮转速、刀架进给速 度、横向进磨量、修整时间有关。

2)冷却润滑剂。轧辊磨削液的作用一方 面是冷却磨削过程中产生的热量，润滑轧辊与 砂轮，另一方面是冲洗磨削产生的铁屑等。为 了提高轧辊的磨削质量，还要在线过滤和定期 更换，经常取样分析，要求 pH 值不大于7.5, 杂质颗粒最大不大于2 μm, 杂质含量不大于 0.3%。 冷却润滑剂(磨削液)是由防锈乳化 油并按2%浓度与水混合而成的乳液，应具有 良好的防锈润滑和冷却性能。

3)磨削制度。包括砂轮转速、轧辊转速、 走刀量和进刀量，参数值应根据不同的磨床性 能、砂轮型号与磨辊要求来选定。表27-21为 典型的砂轮参数，表27-22为KT640 磨床220 号辊精磨工艺参数。

表27-21 典型的砂轮参数

表27-22 KT640 磨床220号辊精磨工艺参数

续表27-22