浅谈倾动式保温炉电池箔铸轧工艺

【摘要】目的；通过改进倾动式保温炉铸轧生产过程中熔炼和轧制工艺，解决铝水除气除渣和过滤问题。首先熔炼工序通过调整熔保炉精炼时精炼剂用量、精炼方式使得炉内铝水可以与精炼介质充分反应，调整精炼后静置时间来保证在静置的过程中铝渣充分的上浮并能扒出，供给轧制工序合格的铝水。其次轧制工序在原有板式过滤的基础上，增加管式过滤用以加大铝水的过滤级数，杜绝非金属及金属等夹杂物进入铸腔，造成组织气孔或疏松，保证铝水洁净程度，内部组织均匀，所生产电池用铝箔经过压延至成品0.012mm、0.013mm、0.015mm厚度后，针孔指标可以达到行业领先水平。

关键词：倾动式保温炉；除气除渣；夹杂；针孔

A brief discussion on the casting and rolling process of battery foil in tilting insulated furnace

SHE Xing1，LIU Renxiang2

(Li dao New Energy (Anhui) Co., Ltd., Beng bu City, Anhui Province 233000)

Abstract：By improving the melting and rolling processes in the tilting insulation furnace casting and rolling production process, the main solution is to remove gas and slag from aluminum water. The smelting process adjusts the amount of refining agent and refining method during the melt holding furnace refining process, so that the aluminum water in the furnace can fully react with the refining medium. The settling time after refining is adjusted to ensure that the aluminum slag can fully float up and be removed during the settling process, supplying qualified aluminum water for the rolling process. On the basis of the original plate filtration, the rolling process adds tube filtration to increase the filtration stage of aluminum water, prevent non-metallic and metallic impurities from entering the casting cavity, causing porosity or looseness in the structure, ensure the cleanliness of aluminum water, and ensure uniform internal structure. After rolling the aluminum foil for batteries to finished products of 0.012mm, 0.013mm, and 0.015mm, the pinhole index can reach the industry-leading level.

Key words：Tilting insulation furnace;Degassing and slag removal;Inclusion;pinhole

引言

倾动式保温炉相较于传统固定式保温炉具有操作过程自动化、能源利用率高及生产过程中不需要进行炉眼维护等特点，被广泛应用于连铸连轧机前端。但由于在生产过程中随着保温炉内铝水量的减少炉体会逐渐倾斜，导致熔炼炉倒炉一段时间后，保温炉倾翻角度过大无法在线精炼除气除渣，保温炉铝水在长时间储存后会吸收空气中的水分和氢，生成氧化渣和吸氢，在后续轧制时有气孔、夹杂等质量隐患，使得倾动式保温炉基本用于生产铸锭、铸棒等普通产品，而不能用于连续铸轧来生产高端双零箔、电池箔产品。

因市场需要，公司计划自产电池箔铸轧坯料，现结合铸轧车间现状及产品需求，优化车间熔炼及轧制工艺，使得现有倾动式保温炉具备生产高端电池箔能力。

1  针孔对电池箔影响及形成原因分析

针孔为铝箔在迎光检查时可见的细小孔洞，是决定铝箔质量的关键指标，其无规则地分布在铝箔成品中，对铝箔的遮光、防潮等性能都有很大影响。尤其对于电池箔而言，针孔会加快电池内部化学反应和气体扩散过程，造成发热、泄漏、爆炸等安全隐患，所以针孔的密集程度和大小，将影响动力电池最后的使用寿命和安全性能[1]。

铝箔针孔产生原因是多样的，主要可分为两类：一类为外部因素导致的针孔，主要为箔轧轧制和分切过程中的异物压入、冷箔轧轧制过程中导路不干净导致的擦划伤等。一类为坯料内部组织缺陷，其中在铸轧端导致此类缺陷的主要原因为：1、铝液氢含量超标，导致铸轧板坯气孔，在后续轧制过程中此部分缺金属，表现为针孔；2、铝液中的金属及非金属夹杂物未完全去除，由于夹杂物在轧制变形组织中呈硬脆相，不具有延展性，铝箔越轧越薄后，此部分破碎，沿轧制方向呈链状分布，造成针孔。本文主要提供一种倾动式保温炉生产电池箔的铸轧工艺方法，用来解决因铸轧端原因造成的坯料组织缺陷。

2  解决办法

铝是活泼金属，极易与空气中的氧和水气发生反应，在高温炉气氛围下，其反应式如下：

4Al+3O2=2Al2O3  （1）

2Al+3H2O=Al2O3+6[H]  （2）

从式（1）和（2）可以看出，主要的生成物都是Al2O3和[H]，这是电池箔产生针孔缺陷的主要原因。要想从铸轧端解决，就要从减少保温炉铝液中的夹杂、吸气和增加浇铸前的过滤入手。

2.1 熔炼工艺优化对针孔的影响

因铸轧车间倾动式保温炉的设计短期无法改变，故要降低保温炉的夹杂和吸气，就要增加熔炼工序的除气除渣效率。在生产高端铸轧板坯时，熔炼工序对铝液进行除气除渣时基本采用在炉内喷入颗粒精炼剂的方式来进行。颗粒精炼剂对铝液除气除渣原理为：在使用铝合金精炼机进行精炼操作时，以高压惰性气体（一般为氩气、氮气）为辅助气体，在喷吹的过程中把颗粒精炼剂从精炼机罐体带出并喷到铝液下部，精炼剂遇到高温铝水熔化成液珠，由于液珠的比重小，对金属、非金属氧化物润湿性比铝水好，液珠上升的过程中把金属、非金属氧化物带出，细小颗粒的表面也会吸附氢原子带出。所以，要提高铝液除气除渣效率，要从以下三个方面入手：

一、选用合理的颗粒精炼剂吨铝用量。要带出铝液中存在的杂质和气体，需要喷入的精炼剂熔化后形成足够多的液珠，同时也要避免过多精炼剂引入导致成本浪费和无法溶解造成夹杂，结合车间实际生产情况，定义熔炼炉做两次精炼操作，颗粒精炼剂吨铝用量1.5kg（一次精炼1.0kg，二次精炼0.5kg；原工艺为一次精炼1.0kg，无二次精炼）；因保温炉为倾动式，仅在熔炼炉倒炉后做一次精炼，颗粒精炼剂吨铝用量1kg（原工艺为0.5kg）。

二、精炼操作有效性。主要考虑精炼操作过程中颗粒精炼剂能否均匀喷出，经过反复摸索实验，熔炼炉将两次精炼时长都定义为20±2min，精炼机电机频率分别为60-65HZ和30-35HZ，可以保证有效出精炼剂时间18min以上，保温炉精炼方式同熔炼炉第一次精炼。并对精炼过程的走位及动作进行调整，使精炼过程能覆盖整个铝液表面，炉内精炼无死角。

三、精炼后静置时间设定。理论上铝液经过精炼操作后，铝渣悬浮在铝液中，需要有充分的时间才能浮出，便于后续扒出。但静置的时间过长，一方面影响熔速度，另一方面还会造成铝水表面铝渣继续深入氧化造渣，加大烧损。最终熔炼炉静置时间定为25±2min，保温炉静置时间定为15±2min（原工艺为5-10min）。

铸轧坯料为1100合金电池箔，我司冷轧工艺为6.8mm-4.mm0退火-1.9mm-1.0mm-0.6mm冷却切边-0.36mm-0.22mm切边，箔轧工艺为0.22mm-0.105mm-0.041mm（切边）-0.020mm-0.013mm，表1中试样1/2/3/4和试样5/6/7/8分别为改进前后过滤箱出口氢含量检测及成品厚度（0.013mm）针孔情况（A类针孔孔径为20-100μm，D类针孔孔径为300-1000um，Big类针孔为孔径＞1000um）：

表1 熔炼工艺改进前后氢含量及针孔情况

从图中可以看出，熔炼工艺改进后氢含量有明显降低，除气效果明显；A类针孔数量、Big类针孔数量及整体的针孔密度降低明显，除渣效果显著，但D类针孔无明显降低。

2.2 增加过滤级数对针孔的影响

通常铸轧生产时，轧制工序过滤铝液中的杂质均使用板式过滤箱，板式过滤箱有两个室，分别放置不同目数的过滤板。在线生产时，铝液先自上而下通过进口侧过滤板，然后自下而上通过出口侧过滤板，由于过滤板独特的通道设计，使得在线生产时能去除铝液中大块夹杂，并吸附微米尺寸的细小夹杂物粒子，净化铝液中氢气含量，减少氢原子吸附的氧化夹杂物，起到净化铝液的作用。因考虑到本车间倾动式保温炉倾角过大无法在线精炼除气除渣，引入管式过滤，增加过滤级数以保证后续的除渣除气效果[2]。

管式过滤箱过滤原理为在尽可能小的箱体空间中，提供大的接触面积，以此来形成极高的过滤介质面，来应用更细的过滤介质，相比于板式过滤，管式过滤的级数更高，过滤后能获得更纯净的铝液。综合考量后，车间使用板式过滤加管式过滤的方式，板式过滤选用50ppi+60ppi的陶瓷过滤板，管式过滤用RB级管组（相当于80ppi过滤片），表2中试样5/6/7/8和试样9/10/11/12分别为单板式过滤和板式加管式过滤的氢含量及成品厚度（0.013mm）针孔情况：

表2 不同过滤方式对应氢含量及针孔情况

从图中可以看出，使用板式加管式过滤后A类针孔数量、D类针孔数量及针孔密度均有有明显改进。

3  结 论

铸轧板坯组织缺陷对于电池箔针孔影响重大，本车间通过熔炼工序工艺优化，并结合轧制工序使用板式加管式双重过滤，不仅解决此前氢含量一直居高不下问题，且各类针孔数量及整体针孔密度均匀明显降低，公司电池箔成品厚度针孔达行业先进水平，说明此改进后的铸轧工艺已经让车间倾动式保温炉具备稳定生产高端电池箔能力[3]。

参考文献:

[1]马泉林.周麒升等. 关于铝合金铸件针孔问题的浅析[J].特种铸造及有色合金,2007,NO.S1:95-97

[2]苏州新长光热能科技有限公司.双倾动熔炼保温炉[P].中国:CN 101639323A,2010年2月3日

[3]程久元. 铝合金连续铸轧炉内精炼效果浅析[J].甘肃冶金,2023,NO.06:68-71

第一作者简介：佘星(1990年), 男, 湖南省常德市，工程师,东北大学硕士；