淺談Hazelett連鑄連軋產品的特性與應用

邢俊紅，程遠鵬，韓成藝

（洛陽龍鼎鋁業有限公司 河南 洛陽 471300）

Hazelett連鑄連軋生產工藝作為一種新型的生產技術，該技術在鋁帶生產的商業應用始于20世紀60年代。但在中國的應用和研究時間較短：2009年，由洛陽豫港龍泉高精度鋁板帶有限公司（現由洛陽龍鼎鋁業有限公司托管）引進了中國首條Hazelett連鑄連軋線，并于2011年3月投產；2013年，內蒙古聯晟新能源材料有限公司引進了中國第二條Hazelett連鑄連軋線，并于2018年4月投產。目前兩條生產線均已實現批量、穩定、連續性生產。

近年來，林道新、馬道章等[1,2]結合國外生產經驗，為Hazelett連鑄連軋生產技術在中國的推廣與應用做了大量努力，并該技術的工藝特性及其產品特性做了大量論述介紹。鄭州大學楊永昌[3]、關紹康等人也對Hazelett連鑄連軋生產工藝進行了大量研究。2017年，中國工程院毛新平毛新平院士率隊到洛陽龍鼎實地考察了這條生產線。2018年，由鄭州大學和洛陽龍鼎合作研究的《高通量連鑄連軋鋁合金板材關鍵技術與應用》項目獲得了中國有色金屬工業科學技術獎一等獎。但是，由于該技術引入中國鋁加工行業時間較短且只有兩條生產線，目前市場上對該產品的工藝特性及應用情況仍然存在較多疑慮。本文將結合筆者近10年來對Hazelett連鑄連軋生產線的管理與產品應用研究經驗，對該產品的特性與應用進行論述。

1 國內Hazelett生產線運行情況

目前國內應用于鋁帶加工的Hazelett連鑄連軋生產線共2條，分別位于河南省伊川縣和內蒙古霍林郭勒市。現有2條生產線，設備寬度均為2100mm，綜合設計產能40萬噸。2018年，兩條生產線實現總產量25萬噸，預計到2019年，可實現總產量35萬噸。

在產品結構方面，洛陽龍鼎主要以生產各種單零箔、電纜帶、裝飾板帶、深沖料、汽車散熱器料等產品坯料為主，近三年來，年產量穩定在16-18萬噸之間，產品質量在同行業中，享有較好的口碑。內蒙古聯晟自2018年4月份安裝調試完成后，立即進入到穩定生產狀態，且當年即實現產量8萬噸，其產品主要以雙零箔、單零箔、空調箔、汽車散熱器料等產品坯料為主。

2 Hazelett連鑄連軋線的構成

Hazelett連鑄連軋生產線實際上是由熔爐組、在線除氣除渣裝置、Hazelett鑄坯機、熱三連軋等共四部分組成，其中Hazelett鑄坯機是該工藝的核心工序，也是區別于其他工藝技術的典型標志。圖1是典型的Hazelett連鑄連軋生產線組成示意圖。

圖1 Hazelett連鑄連軋生產線組成示意圖

作為核心部位，Hazelett鑄坯機是由一副完全張緊的低碳鋼帶作為上下表面，兩條根據寬度需要可移動的矩形的金屬塊鏈隨著鋼帶運行以形成邊壁，由此組成鑄造模腔。其中，在鋼帶的內表面上安裝有若干根鋼棍作為支承輥，并噴射定量的水流來對鋼帶進行冷卻。生產時，前箱和鑄嘴被精確地安放在鑄模的入口處，鋁液通過鑄嘴進入到兩根鋼帶之間，通過水冷作用，鋁液發生凝固并形成矩形的15～20mm厚的鑄坯，以此完成鑄造工作。

鑄造工作完成后，鑄坯會直接送入熱連軋機組，以此形成不間斷的連續鑄造和連續軋制，從而達到高效、批量化生產的目的。

一般而言，鑄坯機在生產不同的合金種類時，各種如溫度、速度等參數也不盡相同[4]，以8011合金為例，其鑄造速度為7～9m/min，鑄造溫度為690℃～700℃之間，鑄坯溫度在450～550℃之間，初軋溫度為400℃～500℃之間，終軋溫度為120℃～250℃之間。一般8011合金的再結晶溫度在300℃～350℃之間，由此可知，按照寬度1650mm，厚度19mm計算，其生產能力可達35～45噸/h，且在此工藝條件下生產的8011合金鋁帶卷，具有類似于熱軋卷的工藝效果。

3 合金種類

Hazelett鑄坯機在生產時冷卻速度約30-80℃/S，從其冷卻速度和冷卻強度來看，其可以生產大部分合金含量在5%以下，或者結晶溫度區間＜60℃以內的變形鋁及鋁合金。從進8年來國內技術人員對Hazelett連鑄連軋生產工藝的研究經歷與經驗來看，在現有技術能力下，該生產線可適用生產的合金種類主要包括如表1所述的以下幾種。

表1 Hazelett連鑄連軋線可生產的合金種類

4 表面質量

Hazelett連鑄連軋生產由于其工藝特點，其鑄造是鋼帶表面粗糙度達到Ra15.5-16μm之間，造成鑄坯的表面存在較多的麻坑，以及因冷卻的相對不均勻會造成化學成分的表面偏析；傳統的輥式鑄軋技術，作為結晶冷卻器的鑄軋輥表面粗糙度一般在Ra0.6-1.0μm之間，且在高速冷卻條件下，表面偏析程度更低；而傳統的熱軋技術，雖然在鑄造過程中，鑄坯表面同樣存在更嚴重的氧化皮、偏析等缺陷，但由于鑄坯在進入熱軋工序前會進行銑面，從而得到表面質量更優的熱軋坯料。因此，Hazelett連鑄連軋坯料的表面相對于輥式鑄軋與熱軋坯料而言，表面質量存在相對不足，主要缺陷表現在鋁卷表面光澤度差、明暗條紋明顯，嚴重的會伴隨黑絲線的存在等缺陷[4]。

近年來，通過國內技術人員不斷的研發與摸索，已經總結出了一些減輕Hazelett連鑄連軋產品表面缺陷的技術方案和生產經驗，雖然未能徹底消除，但已經可以基本滿足絕大部分板帶箔產品的質量需求。包括：

（1）改善鑄機支撐輥與鋼帶間隙，調整冷卻水壓等手段，從鑄造技術上減少偏析物的產生；

（2）調整后續軋制工藝，包括提高粗軋軋輥粗糙度，中間增加一次高溫退火是表面偏析物完全析出等。

通過上述技術手段的實施，目前國內兩條Hazelett連鑄連軋生產線所生產的坯料，除對表面要求極為苛刻的CTP版基、鏡面鋁、氧化板等產品外[5]，已經可以滿足其他絕大多數鋁板帶箔產品的質量要求，尤其是對一些后續需要噴漆、涂層處理的鋁材產品。

5 力學性能

如前文所述，Hazelett鑄坯機在生產時，其鑄造冷卻速度控制在30～80℃/s之間，而熱軋鑄錠的冷卻速度一般為1～3℃/s，輥式鑄軋的冷卻速度則可達到100～300℃/s。由此可見，Hazelett鑄坯機所得到鑄坯的晶界偏析程度及過飽和固溶體量應介于二者之間；Hazelett鑄坯出口溫度一般為500-550℃之間，在進入熱連軋時鑄坯溫度仍然保持在450-500℃之間，其軋制溫度仍然在材料的再結晶溫度以上，仍然屬于熱軋范疇。綜上，Hazelett連鑄連軋坯料在力學性能方面，應該是介于傳統熱軋與輥式鑄軋之間的。

而從實踐經驗來看，采用Hazelett連鑄連軋坯料在經過一系列的壓延、熱處理等工藝后，確實能夠獲得由于輥式鑄軋、接近于熱軋坯料的力學性能。例如，采用Hazelett連鑄連軋技術生產的3003合金坯料，在經過一系列的壓延、熱處理工序至1.0mm厚度O態時，其延伸率可以達到40%甚至更高。因此，一些對成型性能要求較高的產品，如鋰動力電池殼、軍用水壺、高壓鍋內膽等產品，就完全可以采用Hazelett連鑄連軋坯料加工。

另一方面，從軋制性能來看，Hazelett鑄坯原始厚度為19mm，經過三機架的熱連軋，鑄坯在鑄造過程中所產生的組織缺陷，大部分在熱連軋過程中得到了消除，可以得到組織更為致密、均勻的坯料，同時材料內部的過飽和固溶體量也比輥式鑄軋坯料要少的多，加工硬化速度相對較慢。因此，與輥式鑄軋坯料相比，Hazelett連鑄連軋坯料擁有了更好的軋制特性，既可以增大加工率，提高生產效率，也可以很好地解決鑄軋坯料在生產雙零鋁箔時容易出現的針孔、氣道、表面白條等缺陷。

6 結論

從工藝技術的對比來看，Hazelett連鑄連軋工藝是一種介于熱軋與傳統輥式鑄軋工藝之間的新型鋁帶坯生產技術。其具有以下幾個主要特點：

（1）Hazelett連鑄連軋工藝流程短，效率高，能耗低。其產量可以達到普通輥式鑄軋工藝的20倍以上。

（2）與輥式鑄軋工藝相比，Hazelett連鑄連軋技術可以生產的合金種類要遠遠多于輥式鑄軋，很適合生產一些輥式鑄軋技術無法生產、熱軋生產成本過高的產品種類。

（3）與傳統熱軋和輥式鑄軋工藝相比，Hazelett連鑄連軋技術所得到的坯料表面質量相對較差，但仍可滿足除CTP版基、鏡面鋁、氧化板等產品以前的絕大多數產品的質量需求。

（4）與輥式鑄軋工藝相比，Hazelett連鑄連軋技術所得到的坯料擁有更好的軋制性能、退火性能和深沖性能，非常適合于深沖成型產品、3×××系產品的生產，也有利于后續加工成本的降低。