铝热连轧原理与技术.doc

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铝

热

连

轧

原

理

与

技

术

总序email
当今有色金属已成为决定一个国家经济、 科学技术、 国防建设等发展的重要物质基础， 是提升国家综合实力和保障国家安全的关键性战略资源。作为有色金属生产第一大国， 我国在有色金属研究领域, 特别是在复杂低品位有色金属资源的开发与利用上取得了长足进展。
我国有色金属工业近30年来发展迅速, 产量连年来居世界首位， 有色金属科技在国民经济建设和现代化国防建设中发挥着越来越重要的作用。与此同时, 有色金属资源短缺与国民经济发展需求之间的矛盾也日益突出, 对国外资源的依赖程度逐年增加, 严重影响我国国民经济的健康发展。
随着经济的发展, 已探明的优质矿产资源接近枯竭， 不仅使我国面临有色金属材料总量供应严重短缺的危机, 而且因为“难探、 难采、 难选、 难冶"的复杂低品位矿石资源或二次资源逐步成为主体原料后， 对传统的地质、 采矿、 选矿、 冶金、 材料、 加工、 环境等科学技术提出了巨大挑战.资源的低质化将会使我国有色金属工业及相关产业面临生存竞争的危机.我国有色金属工业的发展迫切需要适应我国资源特点的新理论、 新技术。系统完整、 水平领先和相互融合的有色金属科技图书的出版， 对于提高我国有色金属工业的自主创新能力, 促进高效、 低耗、 无污染、 综合利用有色金属资源的新理论与新技术的应用， 确保我国有色金属产业的可持续发展, 具有重大的推动作用。
作为国家出版基金资助的国家重大出版项目， 《有色金属理论与技术前沿丛书》计划出版100种图书， 涵盖材料、 冶金、 矿业、 地学和机电等学科。丛书的作者荟萃了有色金属研究领域的院士、 国家重大科研计划项目的首席科学家、 长江学者特聘教授、 国家杰出青年科学基金获得者、 全国优秀博士论文奖获得者、 国家重大人才计划入选者、 有色金属大型研究院所及骨干企业的顶尖专家。
国家出版基金由国家设立， 用于鼓励和支持优秀公益性出版项目， 代表我国学术出版的最高水平。 《有色金属理论与技术前沿丛书》瞄准有色金属研究发展前沿, 把握国内外有色金属学科的最新动态, 全面、 及时、 准确地反映有色金属科学与工程技术方面的新理论、 新技术和新应用, 发掘与采集极富价值的研究成果, 具有很高的学术价值。
中南大学出版社长期倾力服务有色金属的图书出版, 在《有色金属理论与技术前沿丛书》的策划与出版过程中做了大量极富成效的工作， 大力推动了我国有色金属行业优秀科技著作的出版, 对高等院校、 研究院所及大中型企业的有色金属学科人才培养具有直接而重大的促进作用。

序email
铝板带箔是国民经济发展的重要基础材料,市场需求强劲.国家中长期科学和技术发展规划纲要指出，鼓励发展铝的深加工和新型铝合金材料。20世纪末，铝板带箔的产品结构、档次发生了重大变化，航空航天铝合金板，高性能、高精度、高表面质量的“高精尖”铝板带箔成为市场主导,但我国市场所需高档产品仍靠进口，国家铝加工业的发展面临严峻的挑战。在此背景下,中铝西南铝板带有限公司、 西南铝业(集团）有限责任公司、 中南大学、 洛阳有色金属加工设计研究院等单位共同完成了“铝及铝合金现代化热连轧技术与工艺开发”项目。 通过自主设计， 引进、吸收、消化和集成创新，在我国建设了首条现代化铝热连轧生产线，实现铝板带箔加工装备与技术的升级换代，引领国内铝现代化热连轧短流程生产线建设潮流,推动我国铝加工方式由粗放型向集约型的转变。该项目总体技术达到国际先进水平， 使我国铝板带加工技术水平跨入世界先进行列.2008年该项目获国家科学技术进步一等奖。
热连轧是生产高档铝及铝合金板带产品的现代化装备与技术。采用热粗轧机和多机架热精轧机串连的连轧方式生产铝及铝合金板带产品,与单机架、双机架传统热轧相比,不仅产品尺寸和形状精度高, 表面质量优良；而且生产的产能大，效率高，能耗低，成本低。本书介绍了铝热连轧技术发展的概况、设备组成及其技术特点,并以现代Alunorf铝热连轧生产线为例进行了说明;阐述了铝热连轧金属流变、组织结构演变的基本原理、板带材尺寸精度、凸度与平直度、表面质量控制的原理以及控制模型及技术;阐述了铝及铝合金热连轧板带产品后续冷轧、退火过程中组织与织构的变化规律与机理，以及冷轧薄板成形性能的预测模型与控制方法。
本书在总结国内外同行及作者科研团队研究成果的基础上,重点在铝热连轧原理、控制模型基础方面进行阐述，学术思想新颖,内容丰富。本书涉及材料、机械、自动控制等多学科知识与技术,是一本系统论述铝热连轧原理与技术的著作。它不仅丰富了铝合金塑性加工理论与技术，填补了铝合金热连轧书籍的空白；而且为进一步发展铝热连轧技术提供了参考，将对我国铝加工工业的发展起到促进作用。
左铁镛
2010年12月

前言email
本书包括10章内容。第1章简要介绍了铝及铝合金板带产品的基本特点,国内外铝热连轧技术的发展。通过对我国铝板带箔塑性加工装备和产品质量现状的分析， 论述了我国建设铝热连轧线的必要性和紧迫性。第2章介绍了铝热连轧生产线的设备配置及其特点, 并且结合世界上产量最大、技术水平最先进的德国Alunorf铝板带热连轧生产线进行了说明。第3章阐述了铝热连轧的工艺基础，包括金属流动的基本规律，轧制温度、轧制速度、变形程度及张力、润滑等工艺参数调控和确定的基本依据。第4章针对产品的高精度、高表面质量和高性能要求的组织结构， 论述了铝板带凸度、平直度的调控原理及调节系统，简介了工艺模型的自适应。第5章介绍了铝热连轧温度控制模型与技术。第6章介绍了厚度控制原理与技术。第7章介绍了凸度和平直度控制原理与技术。第8章介绍了表面质量控制原理与技术.第9章介绍了铝板带微观组织控制原理与技术.第10章介绍了铝板带冷轧、退火、成形等后续加工过程中组织结构、织构的演变原理与控制技术，以及成形性能的预测与调控技术等内容。
该书结合对铝热连轧原理与技术介绍，编入了许多有关材料、机械、自动控制等学科的知识与研究成果，填补了目前金属塑性加工领域铝及铝合金热连轧书籍的空白,可供企业有关工程技术人员、高等院校有关师生和研究人员参考.
由于作者的学术水平和实践经验有限,对本书中存在的不当之处敬请同行和读者指正！
作者向在本书中所引用著作、论文及交流报告内容的所有作者和研究人员表示衷心感谢，感谢他们的辛勤劳动成果!衷心感谢唐建国、郭金龙两位同事对整理、编辑付出的辛勤劳动！
作 者
2010年12月

目录email
第1章 铝热连轧技术的发展
1。1 铝及铝合金板带简介
1。2 铝板带箔生产供坯方式
1.3 铝热轧技术的发展状况
1。4 我国铝板带加工业概况
第2章 铝热连轧生产线设备配置及其特点
2。1 铸锭铣床
2.2 推进式加热（均热）炉
2.3 轧机机组
2.3。1 粗轧机组
2。3.2 热连轧机机组
2。3.3 全自动数控轧辊磨床
2.4 Alunorf铝热连轧生产线简介
2。4.1 熔铸分厂
2。4.2 带锯与铣床
2。4。3 推进式加热炉
2.4.4 铸锭的搬运系统
2.4。5 半连续热轧机
2。4.6 双机架冷连轧机
2。4.7 高架仓库
第3章 铝热连轧工艺基础
3.1 铝热连轧金属流动基本规律
3。1.1 连轧常数
3.1.2 连轧张力
3。1.3 连轧中的前滑和后滑
3.1.4 连轧中的推拉现象
3.2 热连轧工艺参数
3。2。1 轧制温度
3.2。2 轧制速度
3.2.3 压下制度
3。2.4 连轧张力的确定及其调控
3.2。5 乳 液
3。2.6 辊 形
3。3 三种典型产品轧制工艺
第4章 铝热连轧凸度、平直度控制原理及工艺模型自适应
4。1 板形或平直度
4。2 精度控制目标
4。3 凸度和平直度控制原理
4.3.1 调节系统
4.3.2 离线模拟
4。3。3 在线控凸、控平系统
4。4 铝热连轧机工艺模型自适应
4。4。1 轧机设定系统概述
4。4。2 批次间自适应
4。4。3 铸锭到铸锭自适应v 4.4.4 道次到道次自适应
4.4。5 自适应系统的估计算法
4.5 Alunorf 2热连轧线板凸度控制简介
第5章 铝热连轧温度控制
5。1 热连轧温度控制目标
5。2 热连轧过程的温度模型
5。2。1 热连轧过程的热量损失
5。2。2 热连轧过程轧件热量计算
5.2.3 精轧机组温降简化计算
5.3 热轧带坯温度变化及调控
5。3。1 调控温度的手段
5。3。2 典型温控系统
第6章 铝热连轧厚度控制
6。1 板厚控制的基本原理
6。1。1 板厚波动的影响因素
6。1.2 板厚控制原理
6。2 板厚自动控制系统
6.2。1 粗轧GM—AGC控制
6.2.2 精轧机连轧过程AGC控制
第7章 铝热连轧凸度和平直度控制
7.1 凸度和平直度控制（PFC)的原则
7.2 凸度控制的数学模型
7.3 板形板凸度自动控制
7.3。1 基于弯辊力和轧制力的凸度控制
7.3.2 基于冷却液喷淋的凸度控制
7.3。3 工作辊出口冷却控制
7。3。4 力跟随控制 (FFC)
7。4 凸度和平直度的调控
7。5 凸度和平直度检测与控制
第8章 铝热连轧表面质量控制技术
8。1 乳液润滑
8.1。1 热粗轧乳液
8。1.2 热连轧乳液
8.1.3 乳液控制设备配置
8。1.4 乳液的维护管理
8。2 轧辊表面磨削及辊面清刷
8.2.1 轧辊表面磨削
8.2。2 清刷辊的配置
8.3 其他控制因素
8.3.1 轧机振动
8。3。2 铸锭铣面与加热
第9章 铝热连轧板带的微观组织控制
9。1 铝板带生产的主要工序及控制参数
9.2 成分与铸锭均匀化
9.2。1 合金成分
9。2。2 铸锭均匀化
9。3 热轧过程中的微观组织的演变
9.4 热轧过程织构演变
第10章 铝热轧板带后续加工与成形性能
10。1 冷轧、退火过程的模拟
10.1.1 力学性能的变化规律
10。1.2 冷轧退火后的立方织构形成
10。1。3 保留的轧制织构和R织构
10。1。4 不均匀变形后的再结晶
10.1。5 粒子诱发形核（PSN)
10。1.6 剪切带中的形核
10.2 薄板成形性能的预测与模拟
10。2.1 薄板成形性能模拟基础
10。2.2 成形性能的快速预测
10.3 3104铝合金罐料板中的织构演变及制耳
10.3。1 热轧后的织构和制耳
10。3.2 冷轧后的织构与制耳

1。1 铝及铝合金板带简介email
铝及铝合金板、 带、 箔因具有质量轻、 比强度高、 耐蚀可焊、 易加工、 表面美观及容易回收等优点而被广泛应用在国民经济的各行业， 其消费主要集中于航空航天、 包装、 建筑、 家电、 印刷、 船舶及交通运输等领域。特别是全铝易拉罐、PS版基板和铝箔的普遍使用， 极大地促进了铝合金板带热连轧生产技术的快速发展和铝合金板带产能、 产量的大幅度增长.据统计， 全世界铝板带平均消费量约占铝材消费总量的55.9％, 美国铝板带消费量最高达66%， 日本达47％, 中国只有世界平均水平的1/3， 可见差距十分明显。其原因主要是国内铝板带供坯结构、 坯料质量与国外相比存在很大差距， 主要体现在热轧装备和生产技术水平的落后两个方面。
所谓板带箔是指截面尺寸恒定且为宽高比大的矩形、 长度一般很长的产品, 这是铝及铝合金的重要消费产品。在铝加工业界, 通常按照其厚度分为超厚板、 厚板、 中厚板、 薄板、 特薄板和铝箔等几个类别.厚度一般大于150 mm的板材称为超厚板, 大于8 mm的为厚板, 2~8 mm的为中厚板， 2 mm以下的为薄板， 小于0。50 mm厚的为特薄板, 小于0。20 mm厚的为铝箔。热轧板的厚度一般在2 mm以上, 主要包括超厚板、 厚板和中厚板， 薄板带、 铝箔一般需经过冷轧/箔轧以后才能获得。
根据用途的不同， 对板带箔提出的技术要求也不相同, 但是由于其相似的外形特点和使用条件， 它们仍然有一些共性的技术要求:
1）组织细小、 性能均匀。对于厚板， 特别是超厚板要求厚度方向上的性能均匀， 不允许有较大的性能波动; 对于中厚板、 薄板带不能在长度、 宽度方向上存在较大的性能波动, 对于不同用途和规格的板材有相应的专门控制标准。
2）尺寸精度高。主要包括厚度精度和宽度精度, 其中难度最大而要求又很严格的是厚度尺寸精度， 它影响到使用性能或后续加工工序。由于板带的宽厚比很大， 厚度的微小变化都有可能造成使用性能和金属消耗量的巨大变化。国标GB 3194—1982对铝合金板材尺寸精度做出了详细的规定。高精尖铝板带箔产品对精度的要求更高， 如高性能制罐料、 高档PS版基板、 优质铝箔毛料等都对尺寸精度提出了更高的要求. 表1-1给出了PS版基板的尺寸精度要求， 它远高于普通铝板的精度要求。

3）板形良好。板形包括平直度和板凸度。板带平直度有时也称为板形, 主要表现在波浪形或翘曲， 而板凸度是指横截面偏离矩形的程度， 它们都会严重影响成形加工性能和使用性能。同时由于它们, 特别是板凸度具有“遗传性"， 会严重影响到后续加工性能, 并且往往难以在后续工序中纠正。这与变形不均匀程度密切相关， 由于轧制过程中轧辊的弹性形变不均匀,板带的宽厚比很大, 对不均匀变形很敏感， 板带越薄这种敏感性就越大， 即不良的板形直接来源于变形的不均匀, 而变形的不均匀又往往导致厚度的不均匀, 因此它往往与厚度精度有着直接的关系。
4）表面光洁度高。板带多用做外围构件， 广泛应用于包装、 印刷、 建筑等行业， 因而必须保证有良好的表面质量， 不得出现夹杂、 压入物、 黑白条、 擦伤等表面缺陷。印刷行业用铝板对表面质量要求最高， 如对于PS版基板， 要求黑条、 压过划痕、 凹点轧制印痕等单个缺陷深度不超过5 μm, 长度不超过3 mm， 每平方米不超过2处; 凸起轧制印痕、 硬质点印痕、 轧制粘铝等缺陷深度不超过5 μm; 不允许直径大于0。3 mm的缺陷点， 直径0。2~0。3 mm的点状缺陷每平方米不超过6处, 0。1～0.2 mm的点状缺陷每平方米不超过20处.随着印刷质量的提高, 对以上指标的要求会越来越苛刻。

1.2 铝板带箔生产供坯方式
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对于薄板及特薄的板带产品一般都采用轧制方法生产。按现行生产方法, 国内外铝板带主要有热轧供坯和铸轧供坯两种方法, 两种方法各有优缺点。
热轧一般是指在金属再结晶或强回复温度以上进行轧制， 后者有的学者称为温轧。大变形轧制能将粗大的铸造晶粒破碎, 使显微疏松愈合, 减少或消除铸造显微组织缺陷， 同时, 还能将铸造组织改变为形变组织， 改善金属的加工性能.由于热轧通常采用强应变、 大压下、 高速轧制, 为保障高速、 连续化和自动化生产创造了条件。热轧供坯生产能力大, 并且可生产所有牌号的变形铝及铝合金板带产品和薄板、 铝箔等的坯料， 适应所有铝板带消费领域的要求， 产品在深冲性能、 表面质量及精度控制等各方面都有较大的优势.
铸轧供坯设备简单、 占地少、 建设速度快、 一次性投资小, 从工艺上看, 由于不铣面、 不需要再加热， 铸轧坯可直接进入现代化冷轧机轧制, 节省了可观的能源， 属于一种短流程生产的方式。但铸轧目前生产合金的品种少, 主要以纯铝为主, 另外, 还包括部分3×××和低Mg含量的5×××铝合金。这些铝合金产品的表面质量、 内部组织和深冲性能等往往不及热轧的供坯料， 因而, 高档市场覆盖面受到较大限制。但现在有的厂家采用铸轧坯料也可生产高档的PS版基板及双零箔。
热轧坯与铸轧坯相比, 各有优劣, 从目前总体技术来看， 热轧坯在产品质量方面优于铸轧坯。国外热轧供坯已占全部板带坯的86%， 铸轧坯仅为14％.美国、 日本生产的铝板带产量已占世界总产量的50%以上, 他们供的几乎全部是热轧坯。近10年来， 我国新建铝板带加工生产线绝大部分采用铸轧坯， 占可用于现代化冷轧机供坯统计能力的51。8%， 热轧产品只占铝板带消费的20％左右, 与实际需求结构相距甚远.

1.3 铝热轧技术的发展状况（1）email
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, 大大减少了金属变形的能耗, 实现在提高产品的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， 铝合金板带产品的厚度愈来愈薄, 但厂商对产品的性价比及产品的质量标准要求却愈来愈高。以制罐料为例, 随着制罐技术发展和市场需求的变化， 3104罐料厚度由20世纪60年代的0.45 mm减薄至80年代的0。31~0。34 mm, 90年代的0.28 mm, 2000年的0.275 mm， 2010年的0.265 mm, 预计不久将减至0.21 mm; 厚差由过去的±0.010 mm, 已减到±0.005 mm, 预计将来可能减到±0.0025 mm； 制耳率也从5％~6%降至现在的1。5%~2％， 将来可能降至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.
1。单机架热轧
这是一种经典的热轧形式, 如图1—1所示， 采用一台可逆式热轧机将铸锭轧至目标厚度， 即热粗轧和热精轧都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15万吨左右。轧机的结构形式有二辊可逆式热轧机和四辊 可逆式热轧机两种。前者一般用于生产民用1×××、 3×××、 8×××和个别5×××系软合金板带材。后者根据产品的种类分为两类, 一类是专门轧制几种软合金， 产品专一； 另外一类为万能式的, 可以轧制多种变形铝合金产品。根据其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如图1-1所示， 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7 mm。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， 一般在1~3吨.由于带材卷取前坯料比较薄（一般在10 mm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), 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如图1—2所示, 在轧机的前后方都配有相应的卷取装置。当铸锭开坯到20 mm左右， 通过卷取装置卷取后, 带卷轧制3~5道次（即精轧)至所需要的厚度， 最小厚度一般在2。5 mm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， 但仍难生产具有国际市场竞争能力的制罐料。
这种单机架热轧机， 特别是带双卷取的单机架热轧机要求在操作工艺和轧制工艺方面非常有经验, 因为:
1)工作辊的选择不仅要考虑到热粗轧的压下量， 也要考虑到轧制最大厚度。
2)清辊工艺必须适用于工作辊在整体轧制过程中的轧辊表面质量控制要求。
3)冷却喷射、 乳液质量和集中润滑必须适用于热粗轧和热精轧, 满足头几道次的压下量和最终产品的表面质量控制。
4)卷取机结构设计必须适用于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。
2。“1+1"双机架热轧
“1+1”双机架热轧是将相距一定距离的两台可逆热轧机(1台热粗轧机和1台热精轧机)串联起来构成双机架热轧， 形成热连轧的雏形（如图1-3所示)。它是将单机架热轧道次和时间合理分配到两台轧机, 有利于辊形控制， 产品精度比单机架更高， 其产能是单机架的1。5~1。7倍。与单机架相比, 双机架在轧制工艺上具有以下特点:

1。3 铝热轧技术的发展状况（2）
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1）轧制的带材厚度较薄， 带材的长度增加， 铸锭质量加大, 可达10多吨; 在铸锭质量相同的条件下， 机列的辊道长度可以减少。
2）带材在精轧机上卷轧制时， 因带材不与辊道接触， 可以避免机械损伤.
3）因卷带张力轧制， 可使轧出的带材平整， 与单机架轧机相比， 产品质量得到有效的提高。
“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; 并以此为基础运用动态规划方法建立辊缝优化设计的系统软件, 预测轧机压下装置、 弯辊装置、 冷却系统、 张力系统等最佳运行参数， 由计算机进行在线控制, 以改善热精轧带材的板形和断面几何精度。但“1+1”配置的“热粗轧+热精轧”生产方式本身存在较大的局限性， 与现代热连轧生产的产品相比， 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”配置方式在多年的实际生产中遇到的主要问题有:
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)厚度波动大， 性能不稳定。由于多道次轧制, 造成多次升速、 减速, 升减速阶段属于不稳定轧制阶段, 这样必然造成头尾厚度波动大、 性能不稳定或不合格。
3)表面易损伤。由于多次卷取、 开卷， 造成热轧卷层间粘伤, 致使热轧表面产生深度缺陷, 严重降低PS版基板和铝箔表面质量, 造成PS版基板腐蚀后出现白条， 铝箔针孔多和轧制时易断带等问题.
4）板形和板凸度波动大.若热精轧无板形和板凸度的自动控制和检测装置, 将使热轧卷板形、 板凸度波动大或达不到技术要求， 从而造成冷轧板形差， 更难以满足铝箔坯料板形、 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。因热精轧的速度一般只有4 m/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办法，这就增加了工序，提高了成本。
6)精轧和粗轧能力难匹配。由于多道次轧制， 辅助时间增多, 生产效率较低， 使热精轧能力与热粗轧能力不匹配, 导致热粗轧能力不能充分发挥。
目前, 全球共有“1+1"式热轧生产线9条， 其中美国Athens公司的“1+1”生产线可轧制的最大铸锭规格重达25吨, 日本Furukawa Sky铝业的可轧最小厚度最小， 可轧至2。0 mm。“1+1"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、 中国西南铝业以及日本的Furukawa Sky铝业, 但是产品性能的稳定性与制造成本都竞争不过多机架热连轧生产线.
3。多机架热连轧
所谓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多机架连续热轧生产线， 如图1—4所示.通过二辊或四辊可逆式热粗轧机往复轧制开坯至30～50 mm, 根据后续连轧机架数不同， 粗轧坯厚度不相同, 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以及优质铝箔毛料等。既可生产2×××、 7×××系等硬合金， 又可生产1×××、 3×××、 5×××系等软合金板坯， 最薄可轧至2。0 mm, 年生产能力30万~60万吨。

一般建设热连轧生产线的目标就是为了实现高效、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最大铸锭不超过10吨，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+多机架热精轧生产线难以继续发展，而四辊热粗轧+多机架热精轧的多机架热连轧线不断发展。四辊粗轧的热连轧生产线,“1+2”、“1+3"、“1+4”、“1+5"和“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机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620 mm, 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.在精轧机上也配有清刷辊、 液压弯辊和液压AGC系统控制, 单点或多点扫描式板凸度仪, 非接触式温度检测实现了温度闭环控制。除采用弯辊和分段冷却控制凸度和平直度外, 有的精轧机还采用了CVC、 DSR、 TP等辊形控制方式, 同时在收集、 检测、 显示各种参数上都采用了自动管理系统。由于采用以上先进技术和方法, 使得热轧卷的质量大大提高, 厚度公差<±1%, 平直度≤25 I， 板凸度率0.2%~0.8％, 终轧温度250～360 ℃， 温度偏差<±10 ℃。 表1—2给出了全球典型三家公司对热轧板带质量的保证指标。

一般建设热连轧生产线的目标就是为了实现高效、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最大铸锭不超过10吨,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+多机架热精轧生产线难以继续发展，而四辊热粗轧+多机架热精轧的多机架热连轧线不断发展。四辊粗轧的热连轧生产线，“1+2”、“1+3”、“1+4”、“1+5”和“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机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620 mm， 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。在精轧机上也配有清刷辊、 液压弯辊和液压AGC系统控制, 单点或多点扫描式板凸度仪, 非接触式温度检测实现了温度闭环控制。除采用弯辊和分段冷却控制凸度和平直度外， 有的精轧机还采用了CVC、 DSR、 TP等辊形控制方式, 同时在收集、 检测、 显示各种参数上都采用了自动管理系统。由于采用以上先进技术和方法， 使得热轧卷的质量大大提高， 厚度公差〈±1%, 平直度≤25 I, 板凸度率0.2%~0.8％， 终轧温度250～360 ℃， 温度偏差〈±10 ℃。 表1—2给出了全球典型三家公司对热轧板带质量的保证指标.

1。3 铝热轧技术的发展状况（3）
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1.4 我国铝板带加工业概况（1）
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国内铝板带加工经过几十年的建设和发展, 从无到有, 从小到大， 已具备了较大生产规模和完整的设计、 生产体系, 从装备数量和产品生产能力上讲可基本满足国内消费, 如表1-4所示， 但在产品品种、 质量上与国外相比还有较大的差距.

1.4 我国铝板带加工业概况（2）
（1）企业数量多、 规模小， 不能形成规模经济
我国现有铝板带企业数量多达近300家, 总的主机能力才120万吨/年, 最大的西南铝业在“1+4”热连轧生产线建成之前的年产能也只有15万～20万吨， 总体上多数企业尚未形成规模经济。
（2)装备相对落后、 不配套， 产品竞争能力差
我国众多的铝板带厂中有19家是经过现代化改造或新建企业, 占总数量的15%， 装机生产能力72.5万吨/年， 实际产能约55万吨/年, 约占全国能力的60％。虽有几台冷轧设备达到或接近世界先进水平， 但总的装配水平与国际水平相比, 还有相当大的差距， 特别是高精度铝板带材的质量很难与国外产品竞争, 最突出的问题是我国热轧供坯质量总体水平较差， 在我国的现代化铝热连轧生产线建成之前， 即使用最先进的冷轧机也很难生产出高质量的铝板带产品。有关国内外热轧装机水平及产品质量对比如表1-5所示, 与日本热轧与冷轧装备结构对比如表1-6所示。

（3）铸轧产品多, 热轧产品少, 供坯结构不合理
目前, 国内铸轧产品相对多， 而以制罐料、 中厚板、 超厚板、 汽车空调复合箔、 高档PS版基板等为代表的高精铝板带仍需要进口， 同档次、 同品种的产品竞争相当激烈， 绝大部分的生产能力不能正常发挥, 效益较差。
目前， 国内的铝板带消费大致可分为三类:
1）铝制品业及部分小五金等， 除要求有较好的深冲性能外， 价格是主要影响因素， 因此这部分市场目前基本由国内的设备生产。
2)既要求材料性能， 又要求表面质量和外形尺寸精度的产品, 铸轧开坯很难满足要求, 如制罐料、 建筑涂层板、 深冲防盗盖、 中厚板及部分非包装用铝箔坯料等。
3）热轧开坯和铸轧开坯的冷轧用产品, 如铝版基板、 空调箔、 包装用铝箔坯料等。几乎在所有的应用领域， 热轧产品的服役性能一般都优于铸轧产品.
随着下游深加工设备的不断现代化和产品质量的提高， 越来越多的用户要求使用热轧产品。例如热轧坯料生产的铝版基板， 其表面质量和内在质量均明显优于铸轧坯料; 铸轧供坯的空调箔在制作散热片时, 冲孔卷边常产生裂口等现象； 铸轧供坯的铝箔坯料在生产时成品率比热轧卷的低。有关国内铝板带箔需求结构近10年的大体情况如表1—7所示.
从表1-7中可以看出： 2000年我国热轧开坯的冷轧产品83万吨， 2005年约101万吨， 2010年约126万吨， 其中高精尖产品需求分别为38万吨、 47万吨、 60万吨。铸轧产品国内需求量分别为19万吨、 27万吨、 37万吨， 所占市场容量的比例范围为17%~23%， 与国外铝板带热轧法生产与铸轧法生产的比例结构基本相同， 而我国目前热连轧供坯能力120万吨, 卷重达6吨以上能与现代高速冷轧机配套的热轧产品有西南铝业、 南山集团、 渤海铝业以及亚洲铝业。因此， 新建热连轧生产线增加了热轧卷的供应能力, 从满足市场对热轧产品的需求、 改善产品结构、 减少进口， 增加出口，增强行业的竞争力以及发挥国内现有冷轧能力等方面来看都十分有利， 具有巨大的社会和经济效益。
20世纪90年代， 西南铝业成功实施了“1+1”热粗轧-热精轧技术改造, 配套完成了现代化的扁锭、 特薄板和铝箔生产线建设， 综合装机水平和设备能力达到国际20世纪80年代水平, 代表了国内目前热轧的最高水平, 促进了中国铝加工特别是板带行业的发展。但“1+1"热粗轧-热精轧的生产技术， 同国外先进的多机架热连轧生产技术相比有很大差距, 难以生产出高质量的热轧坯料， 制约了国内现代化冷轧机和铝箔轧机生产高精尖产品优势的发挥。20世纪末至21世纪初中铝西南铝板带有限公司以及山东南山轻合金有限公司先后建成了“1+4”热连轧生产线，标志着我国软铝板带加工技术已跻身于世界先进行业。

2.1 铸锭铣床
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为了保证成品板带的表面质量, 必须铣除铸锭表面的缺陷。由于热连轧主要用于生产一些需求量大、 质量要求高的1×××、 3×××和5×××铝合金， 它们相对于2×××和7×××硬铝合金来说硬度低， 并且铸锭中残余应力小, 在热连轧生产线上一般将铸锭铣床配置在加热炉前, 铣面完了加热, 减少铣面过程中夹具对铸锭表面质量的损伤.现代化热连轧生产线铸锭铣床性能要求如下：
1)运用现代化数控技术， 快速、 高效、 准确地实施逻辑程序指令控制, 自动化程度和可靠性高。主电机备有软启动， 启动电流小, 对电网的冲击小； 配有厚度自动检测装置并能按检测结果自动进刀； 工作台运行可实现无级变频调速; 故障自动诊断和显示。
2)整体设计合理.铣床采用大功率、 高刚性的箱体结构; 主轴轴承采用高精度主轴轴承， 并采用循环油润滑， 具有工作精度高、 使用寿命长的特点; 工作台床身为高强度铸铁材料， 树脂砂造型， 动静刚度好； 其导轨采用“一腔一泵”恒流闭式静压式, 具有承载能力大、 运动精度高、 摩擦系数低、 吸震性能好、 磨损极小等优点； 铣削装置和气力输送排屑装置（含吸排屑管路、 破碎机、 除尘装置等)整体适应性强, 确保铣屑在管路内不堵塞。
3）所有移动部件自动注油润滑, 可免除维护； 生产操作简单, 方便灵活, 生产效率高。
4）铣削质量好.铣后铸锭表面没有因断屑飞溅而形成的划痕和粘附物, 光洁度高, 铣后表面粗糙度Ra≤1。6 μm； 铣后铸锭两边和两端厚差小, 铣面平行度≤0。2 mm/m.
5）工作环境好， 特别是弥散在空气中的铝粉和飞溅到机列周围的断屑少。
现代铸锭铣床主要有立式单面铣、 卧式单面铣和卧式双面铣三种结构形式, 但无论是立式还是卧式, 其结构基本相同， 主要包括: 主机(铣削装置、 工作台等)、 辅机(上料辊道、 卸料辊道、 翻锭机等）及配套设备（风机、 吸排屑管道、 破碎机、 除尘装置、 碎屑收集装置等）。图2-1和图2-2分别是典型的立式单面铣床和卧式双面铣床(不带侧面铣）主体结构图。

对于不同合金， 铣削要求不同， 对于软合金一般只需要铣大面， 而对于硬合金、5×××系合金和高要求的产品还需要侧铣。设定平面铣和侧面铣工艺, 除了要考虑产品档次和质量要求外, 还要考虑铸锭冶金质量。例如, 电磁铸造或低液位石墨铸造与常规铸造方法相比, 其急冷层或粗晶层浅以及表面偏析物或氧化物少, 一般说来， 平面铣削厚度为每面6～15 mm， 3104罐体料和1235双零箔用锭的铣面量常在12～15 mm之间； 而侧面铣削厚度一般为5~10 mm。目前， 欧、 美、 日等产量超过20万吨/年的铝加工企业已广泛采用侧铣方式。因为侧铣能有效防止轧制过程中铸锭边部氧化物或偏析物随铸锭的减薄或滚边而压入板坯边部, 或者边部塑性差产生裂纹。对高表面、 高性能要求的特薄板或铝箔