1846年，英国工程师贝塞麦提出了将熔融金属注入两个旋转轧辊之间的间隙来生产板坯的想法。然而，经过多年的努力，还是失败了。后来，在连续铸造铝和黄铜丝坯的基础上，人们想起了贝塞麦的想法。最后，在1951年，美国亨特-道格拉斯公司制造了双辊连续铸造机，并首次铸轧铝带。

我国铝带连铸连轧技术的研究始于60年代初。1964年1月，进行了双辊顺流铝带连铸连轧模拟试验。从7月到9月，宽度为250毫米和400毫米的铝板被连续铸造和轧制。1978年研制出双辊倾斜式铸轧机，1979年7月研制出φ650×1300mm铸轧机。1981年，φ650×1600毫米铸轧机研制成功并投入试生产。1982年5月发展成为φ980×1600mm超级铸轧机，1983年8月通过冶金部科技司组织的专家组鉴定。

目前，世界上生产双辊铝带连铸连轧机的主要企业有:FATA亨特)；意大利的；法国Novelis PAE生产JUMBO 3C和3CM铸轧机；国内有8家企业，如卓申公司、上海杰如机电重工有限公司、上海天重机械有限公司、中色科技工程技术有限公司、杭州丁锐机械制造有限公司、鸿业科技有限公司等，它们是中国和日本的合资企业。截至2010年底，全世界约有1060台双辊铝带连铸连轧机投入生产，其中中国约有520台，占世界总数的49.1%，即约一半在中国大陆。然而，中国铸轧厂的平均产能只有8.5千吨/年，而国外约为11.5千吨/年。

中国的铸轧厂大多是中小企业，约占总数的60%，装机容量相对较低。

一、铸轧工艺流程及铸轧辊套

铝带连铸连轧省去了铸造和热轧，降低了生产成本。设备简单，占地少，投资少，建设周期短；而且工艺简单，维护方便。这些是主要优势。但也存在一些不足，如铸轧速度慢，产能低，无法生产6××××系列、2××××系列、7×××系列、部分5×××系列、8×××系列合金；从铝合金品种来看，可生产的合金品种仅占总品种的20%左右，但可生产的板带材却占总量的75%以上。除了2××××系列、7×××系列板带材、厚板、CTP基板、槽料、电解电容箔带不能生产外，其实不仅厚板(26mm)不能生产，大于2mm的板也不能生产。

(一)铸造和轧制工艺

铸造车间的整体情况见图1，生产流程见图2。铝熔体经受“四种处理”(合金化、成分和温度的均匀化、净化和添加晶粒细化剂)。由进料嘴输送到两辊之间的间隙，连续铸轧成带材，切头轧制成冷轧带卷。

图1现代双辊铝带铸轧机

1-脱气系统；2-过滤系统；3-液位控制；4-铸造喷嘴；

5-铸造车间；6-喷雾系统；7-剪切机；8带卷

图2铸轧生产流程图

(2)铸轧区

轧制区由固相区、固溶体区和液相区组成(L = L1+L2+L3)，是指两个轧辊中心线与喷嘴前缘之间的区域(图3)；铸造区域在铸造开始前确定，由铸带厚度、轧辊直径、合金、设备容量和喷嘴前端厚度决定。铸轧区长度设定的总原则是:铸轧板厚度加厚，铸轧区缩短；辊径增大，铸造面积增大；铸唇厚度增加，铸轧区增大；设备轧制力大，铸轧面积增加；纯铝和软合金铸轧区略长，硬合金铸轧区略短。

H0-带材厚度；h-熔体凝固厚度；l-铸轧区；

L1-固相区；L2-固-液区；L3-液相区

图3铸轧区示意图

(3)铸轧

铸辊由辊套、辊芯和冷却水通道组成，如图4所示。

1卷芯；2辊套筒；3-冷却水通道

图4铸辊结构

1.滚筒套筒

辊套在外层，与液态金属接触。由于冷热的反复交替作用，最终导致表面出现热疲劳裂纹等缺陷。每次使用一段时间都需要重新打磨，属于易损件。

2.辊芯

型芯是铸轧辊的核心部件，支撑辊套，实现循环水的冷却。

3.冷却水通道

冷却水通道又称冷却水通道，是辊芯加工形成的循环水通道。由于冷却水长期通过，容易结垢、生锈或损坏。一般在更换辊套时，需要重新修理和研磨。

4.辊芯和辊套材料

国内外常用的辊芯材料为钢，包括:45、35CD4、34CrMo4、SCM432、23CD4、23CrMo、35CrMo、SCM440等。广泛使用的钢是23CrMo和35CrMo。硬度在HB 280-400之间。

由于弯曲应力、扭转应力、表面摩擦和周期性热冲击的影响，要求辊套具有良好的导热性、较低的线膨胀系数和较小的弹性模量、较高的强度和硬度、良好的耐高温性能、抗热疲劳性能和抗热变形性能。除上述性能要求外，还应考虑综合成本。

国内外常用的辊套钢材有3MoV、32Cr3MoV、20Cr3MoWV、35CrMnMo、45MnMWV、CrNi3MoV等。硬度范围为HB 380~420，室温抗拉强度为950 ~ 1400n·∕·mm2，600℃抗拉强度为550 ~ 750n·∕.

二、铜辊套筒

德国KME公司引进的铜辊套已在生产中投入实际使用，取得了良好的经济效益，值得引进和推广。但是铜辊套的应用还没有进入一个完善成熟的阶段，还有一些问题需要研究和开发。

钢辊套最大的缺点是导热系数约为25w∕·m·k，而Cu-Co-Be合金Elbrodur B95高达约250 w/m·k，前者仅为后者的1/10，因此钢辊套铸轧机的生产率较低。图5显示了铜辊套和钢辊套之间的热导率和抗拉强度之间的关系。

1-Elbrodur Nib合金；2-Elbrodur B95合金；3-钢

图5铸造辊套材料的导热系数和抗拉强度

(一)、铜辊套筒的研制

自从双辊铝带连铸连轧机诞生以来，冶金工程师和科学家们就想到了铜合金的高导热性。经过多年的尝试，由于铜合金强度低，最终未能达到预期目的。Graanges和Pechiney在这方面做了大量的实验研究，取得了一些经验，也弄清楚了很多问题，虽然还没有在实践中应用。而在小规模窄范围铸轧方面，瑞士铝业公司(1 999年被加拿大铝业公司收购)首次应用成功，用铜辊套铸轧机生产汽车轴承用铝合金AlSn12，具有相当宽的凝固温度范围。

所使用的铜辊套的主要缺点总结如下:

硬度不高；

在铸轧工艺温度下，强度较低，尤其是疲劳强度不高；另外，抵抗热应力的能力不强；

铜辊套和钢辊芯之间的限制和不理想的收缩配合导致辊套在辊芯上的滑动不可控；

与常规钢辊套相比，铜辊套使用寿命短，经济效益低。

为了克服上述缺点，世界最大的铜生产国KME从1998年开始投入相当大的力量对铜辊进行科技研究，经过近四年的研发取得突破性进展。到目前为止，制约铜辊套应用的因素大部分已被克服，少数虽未完全解决，但已有很大改善。

梅开集团也是世界上最大的铜产品制造商。它在德国、英国、法国、意大利、西班牙和中国都有工厂，可以生产几乎所有类型的铜合金。2008年销售收入30亿欧元，销售约57万吨铜材及制品，员工6700人。其总部位于德国奥斯纳布吕克。受世界金融危机影响，2009年经营状况非常糟糕:营业额19.49亿欧元，投资3800万欧元，铜材及铜制品销量约43.7万吨，员工6497人，股权4.23亿欧元，产权比例23.9%。凯集团在中国有八家工厂和贸易公司，分别是新华友利(北京)贸易有限公司、上海友和有限公司、天津泛亚贸易有限公司、东莞友贤有限公司、上海华友有限公司、优尼科机械有限公司和大连大山模具有限公司

1.R&D目标

开发铜辊套的目标是提高铸造速度和产量；提高产品质量；降低生产成本；挖掘下游铝加工行业的新潜力，即扩大浇注料合金的种类和产品规格。因此，研制成功了两种新型特种青铜:钴青铜(Cu-Co-Be合金)和镍青铜(Cu-Ni-Be合金)。前者用于制造铸轧机的辊套，后者用于制造净铸模具和其他需要抵抗高强度应力的模具。镍的品牌是ELBRODUR NiB，铸造辊套钴青铜合金的商业品牌是ELBRODUR B95，简称KME B95。

KMB95合金是基于钴青铜成分的优化合金，含有约1%的Co和0.2%的Be；；当然也可能含有一些起特殊作用的微量合金元素，其加工工艺也有一些特殊之处。其优点可以概括为“四高”:高硬度、高强度、高导热、高抗蠕变、高抗疲劳。

KMB95合金的各项性能均达到了预期目标值。

2.制造和加工技术

铜辊套(KME B95)的制造工艺如图6所示。

图6铜辊套制造过程示意图

(2)铜辊套的性能

组装好的铸辊套如图7所示，收缩组装后的等效应力(SEQV)如图8所示。图9显示了铸造过程中铜辊套的温度环境和交变应力，而铸造过程中的等效应力如图10所示。

图7组装好的铸辊套

图8组装好的铜辊套的等效图

图9铸轧过程中铜辊套的温度和交变应力

图10铸轧过程中铜辊套的等效图

三。KME B95合金

KMB95合金是梅开集团开发的双辊铝带连铸轧机辊套专用合金。它是一种钴青铜，钴和铍的平均含量分别为1%和0.2%。

(1)物理性能和机械性能

kmb95合金的物理性能见表1，力学性能见表2和图11。

表1 KME B95合金的物理性能

表2 KME B95合金的力学性能

图11 kme 895合金抗拉强度与温度的关系

(2)钴(co)和铍(be)对铜性能的影响

Cu-co和Cu-be二元合金的相图见图12和图13，Cu-co-be合金的时效Cu-Be见图14。在共晶温度为1112℃时，Co在铜中的固溶度为8.8%，随后随着温度的降低而急剧下降。Cu-Be二元合金的相图相当复杂，在Cu端有包晶反应和共析转变。在包晶反应温度为866℃时，铍在铜中的固溶度为16.5原子%，而在共析温度为600℃时，铍在铜中的固溶度为10原子%。在该体系中，除铜基固溶体外，铍端还存在β(Cu2Be)、γ(Cu，CuBe)和δ相。

图12铜钴二元相图

图13铜铍二元相图

图14 Cu-0.5 be-2.5 co合金的时效曲线

加工铍青铜的正常铍含量为0.2% ~ 2.0%，一般含0.2% ~ 2.7% Co，与cobe共存时可形成CoBe、Co5和Be21。CoBe属于体心立方晶格，显微硬度高达443N∕mm2.CoBe在α固溶体中的固溶度随着温度的降低而降低，在共晶温度1011℃时的最大溶解度为2.7%。因此，当合金中含有一定量的钻时，可以通过固溶和时效处理来提高钴青铜的强度，如图14所示。

钴还阻碍了青铜在加热过程中的晶粒长大，延缓了固溶体的分解，抑制了晶界反应，避免了过时效反应导致的晶界附近组织不均匀的形成，从而提高了合金的析出硬化效果。

我们知道，固溶处理的主要目的是为了获得高浓度的过饱和固溶体，它是热力学亚稳态的。在一定条件下，如加热到一定温度，原子的扩散能力会加强，分解过程自动发生，析出多余的第二相，使固溶体达到其温度的平衡状态。这个过程就是去溶剂化(时效)过程，合金在时效过程中会得到强化。

图14显示了Cu-0.5be-2.5co合金的老化曲线。从图中可以看出，合金在425℃时效时可以获得最佳的综合性能。KMB95的Co和Be含量虽然比这种合金低，但时效曲线的趋势无疑也是相似的。

第四，铸轧辊套的组合及其对带材组织和性能的影响。

自2000年第一台配备铜合金辊套的双辊铝带铸轧机在韩国朝鲜半岛投产以来，形成了三种不同的辊套组合:钢-钢、铜-钢(通常上辊套由铜制成，下辊套由钢制成)和铜-铜。

(a)铸造和轧制速度和生产率

拉速方面，钢钢辊套0.5 ~ 1.2m/min，铜钢辊套1.2 ~ 1.65m/min，铜铜辊套1.3 ~ 2.2m/min，如图15、16所示。表3列出了不同组合辊套铸造机的铸造速度和生产能力。

图15不同组合辊套铸造机的铸造速度

图16不同组合辊套铸造机生产能力

表3不同组合辊套铸造机的铸造速度和生产能力

备注:*带材厚度为8毫米。

图15和16清楚地显示，由于铜辊套的高导热性和高铸造速度，铜-钢辊套机的生产能力比钢-钢辊套高约50%，并且铜-铜辊套可以加倍。

(2)微观结构

1.粒度比较

由于铜辊套传热能力强，铝熔体凝固速度更快，因此微观组织更致密、更细小、更均匀，枝晶臂间距更短。钢-钢辊铸轧机和铜-铜辊铸轧机生产的1050和8011合金带材的晶粒度见表4和图17。

表4不同辊套铸造机生产的1050和801 1合金带材的晶粒度

图17不同辊套铸造机生产的8011合金带材

从表4的数据可以看出，铸轧1 ××××和8××××合金带材时，晶粒尺寸大大细化；特别是8011合金，钢-的晶粒度比铜-铜辊套大3.41倍，但带材中心晶粒度仅比钢辊套大1.41倍。这是因为各中心的冷却速度差别不大。就1050合金的最大和平均中心晶粒尺寸而言，钢-钢辊套铸造仅是铜-铜辊套铸造的两倍多一点。

钢-钢辊套铸轧带的枝晶间距为3 ~ 6微米，铜-铜辊套铸轧带的枝晶间距为2 ~ 3微米，即前者比后者长1.5 ~ 2倍。

2.微观结构比较

钢-钢辊套和铜-铜辊套铸轧带材的典型结构如图18所示。铸轧8011合金时，钢-钢辊套轧制的带材中心线偏析严重，板材偏差大、厚、长。然而，铜-铜辊套铸轧带材不仅数量和尺寸小得多，而且是不连续的，如图19所示。钢铜辊套铸轧的3003合金带材经高温均匀化处理后的显微组织如图20所示。从图中可以看出，钢套管的晶粒粗大且不均匀，而铜套管的晶粒细小且均匀。除了原始晶粒尺寸和分布状态外，这主要是因为分布在晶界的含锰化合物能抑制3003合金中的晶粒长大。均匀化温度为580℃，左侧为未经均匀化处理的带材，右侧为经过均匀化处理的带材。

图18钢-钢辊套和铜-铜辊套铸轧1050合金带材的典型显微组织。

图19钢-钢辊套和铜-铜辊套铸轧8011合金带材中心偏析对比

图20钢-铜辊套轧制3003合金带材均匀化处理前后的组织对比。

图21示出了通过铜-钢辊套铸造和轧制的8006合金(0.40 Si，1.2 ~ 2.0fe，0.30 Cu，0.30~1.0Mn，0.10 Mg，0.10zn)。其他杂质各0.05，合计0.15；其余为Al)和3003合金的显微组织，这是典型的带材纵向显微组织:晶粒具有明显的取向性，钢辊套侧晶粒的取向性较强，而铜辊套侧晶粒的取向性明显减弱，晶粒较小且均匀；第二相粒子的偏析程度比钢-钢辊套铸轧薄带弱得多，出现了更短更细的共晶组织。铜辊套侧带存在孪晶和过渡组织，钢辊套侧带存在具有高剪切作用的共晶组织。

图21铜钢复合辊套铸轧辊生产的带材纵剖面图

铜钢结合铸轧铝合金带材时，由于铜和钢的热导率不同，中心线偏析会发生偏移，即中心线偏析的位置会发生变化。然而，这种位移对带材和最终产品的性能、微观结构、孔洞和针孔没有不利影响。用铜钢辊套铸轧机生产的钢坯轧制8006合金、10.5μm箔和8011合金

6.5μm箔的微观结构如图22所示。

钢铜辊套铸造的8006合金和8011合金的显微组织。

3.机械性能

铜钢辊套铸坯轧制箔(啤酒标签箔)的机械性能见表5和图23。数据表明，铜辊套的显微硬度等力学性能明显高于钢辊套，国外箔的力学性能也高于中国箔。

表5铜-钢辊套铸轧带8006合金箔的力学性能

备注:*中国制造的铝箔。

图23不同辊套铸轧机生产的不同厚度的8006合金带材的显微硬度。

五、铜辊套铸轧生产线的典型生产工艺

(1)基本技术参数

使用铜-铜辊套或铜-钢辊套铸轧机生产铝带坯时，由于铸造速度的加快，要增加铝熔体的供应量。例如，当以2米/分钟的铸造速度生产1900毫米宽和8毫米厚的带材时，铝熔体的供应量为:

2× 60× 1.9× 0.008× 2.7 = 4.92(吨/小时)

由于铝熔体的供应量越来越大，应加强熔体的净化以保证其质量。φ840∕673×1650mm铸轧厂的工艺参数如下(图24):

图24铜辊套铸轧机基本技术参数

施加在上辊两端的轧制力(MN) 4.6(最大8.5)

入口冷却水温度(℃) 34

出口冷却水温度(℃) 38

冷却水的最大流量(m3∕h) 100

套筒表面预车削和辊磨后的粗糙度(微米)Ra 0.6 ~ 0.8

带材厚度(mm) 6 ~ 10

铜辊套(毫米)φ840∕673×1650规格

设计生产能力(kt ∕ a) 18 ~ 20

(2)浇铸喷嘴

采用铜辊套后，由于熔体流速的增加，需要对喷嘴设计进行适当的改动，以保持熔体流动和温度的均匀性。否则，铸轧带会出现各种缺陷。

(3)润滑剂喷射系统

铜套铸轧机速度快，套筒表面的润滑尤为重要。整个辊表面必须涂上薄而均匀的润滑剂。铸造速度较高时，最好使用蠕动泵式双枪石墨喷涂系统。至于喷枪的移动速度，与滚筒套筒的距离，液体的喷射模式等。，梅开集团公司可以提供切实可行的技术指导。

(4)冷却水系统

随着铸造速度的提高，单位时间内需要带走的热量也会相应增加。因此，在条件允许的情况下，冷却水流量应尽可能大，并保持预定的压力。进水温度应低于35℃，出水温度应低于38℃，不允许超过40℃。否则规模会明显上升。

(5)车削和磨削

将锻造好的铜辊套用干法预车(图25)，再用砂轮湿磨(图26)，磨出所需的凸度，即辊形。磨削后，轧辊表面粗糙度ra为0.6 ~ 0.8微米..铜套的厚度为80 ~ 100毫米，钢带的厚度优于4毫米..铜套管的车削和磨削工艺与钢套管相同，没有任何特殊工艺。

图25铜辊套的干式预车削

图26湿磨铜辊套

(6)辊组匹配

铜套与钢芯的装配与钢套相同(图27)，过盈装配参数将由梅开集团提供给用户。

图27铜辊套的过盈配合

不及物动词铜辊套使用概述

自2000年韩国旭硝子铝业公司在980mm双辊铸轧机上使用梅开集团的铜辊套以来，截至2009年底，全球共有1 00多家意大利铜辊套铸轧厂，分布在11个国家的12家铝业公司，其中最小的铸轧厂是挪威海德鲁·卡尔莫伊铝业公司的φ530mm铸轧厂，最大的是意大利诺维利斯公司。

表6 2009年世界上拥有铜辊套铸造机的国家和企业

梅开集团的铜辊套已广泛应用于法塔亨特铸轧机和诺维利斯PAE工程公司的JuMBO 3C和3CM铸轧机。没有必要对原有的和现有的钢-钢辊套铸造机进行任何改变。它也适用于国产的铸轧机，可以原封不动地安装在现有的铸轧机牌坊上。

铜套的使用寿命为10 ~ 18天，之后要进行车削和磨削。切削量一般为Smm，每次车磨后平均铸轧量为110吨。使用铜辊套的优点可总结如下:

1.增加产量:

铜-钢辊套铸轧机的产量比钢-钢辊套铸轧机高65%左右，而铜-铜辊套铸轧机的产量比钢-钢辊套高100%左右。

2.提高质量:

细化晶粒，缩短枝晶间距(钢套铸轧带3 ~ 6微米，铜套铸轧带2 ~ 3微米)，铸轧带呈现均匀细小的晶粒组织；

有效抑制带坯的通道偏析和中心偏析；

提高合金元素在固溶体中的过饱和度，从而提高材料的力学性能；

能有效抑制3xxx合金在高温均匀化处理过程中的晶粒长大。

铜铜辊套φ980∕800×1850mm生产7.5mm厚3003合金带材时，实际速度为2.12m/min，产能超过33kt/年。

七。效益分析

经济效益分析表明，在运营周期内，钢-钢铸轧厂创造的利润为513.3万元，而铜-铜铸轧厂创造的利润为809.9万元。铜辊套的利润远远高于钢辊套。铜辊套单边厚度为90mm，比钢辊套厚30mm，以延长其使用寿命。铜辊套的最薄厚度为25 ~ 30 MMO。成本分析和利润计算见表7。由于铜辊套生产效率提高一倍左右，新项目单位产品投资成本可显著降低。

表7成本分析和利润计算

本表中的数据和利润计算由新华友利(北京)科贸有限公司何胜经理提供并完成，在此表示感谢。

铜套重磨时，一侧的车磨量为2.5毫米

(a)每台铸轧机的辊套成本

1.计算公式

单个辊套价格×辊套数量+单个辊套车磨次数×辊套数量×每次车磨费用。

2.计算过程

钢套管:25万×3+13×3×3000 = 86.7万元。

铜套:113.52万×4+20×4×2000 = 470.08万元。

(2)各铸轧厂的年利润

1.计算公式

带材生产利润(暂定400元/吨)×年产量-辊套投入成本

2.计算过程

钢套管:400×15000-867000 = 513.3万元。

铜套:400× 32000-4700800 = 8099200元。

2009年，德国等欧洲国家熔铸车间用Cu-Co-Be合金辊套生产铸锭的成本为110 ~ 130欧元/吨，中国的生产成本可能低20%左右。

自2006年以来，全球11个国家的12家铝公司使用铜-铜和铜-钢辊对辊铸造机批量生产产品，如表8所示，具有很强的市场竞争力，均取得了预期的经济效益:

表8 12家国外铝公司生产的铜辊套合金和铝板产品种类。

八。结束语

自20世纪90年代以来，双辊铝带连铸轧机进入辊套材料三足鼎立的趋势，即钢-钢辊套、铜-钢辊套和铜-铜辊套。截至2009年底，全球约20%的铸轧厂配备了铜辊套，全球有11个国家使用铜辊套，提高了产量和带材质量。取得了良好的经济效益。中国拥有世界上最多的铸造厂，占全球总数的49.1%。

希望中国能引进铸铜辊、铜辊套及其生产技术。如果将我国现有的钢-钢辊套更换为铜-钢或铜-铜辊套，铝带的产能可轻松提高25% ~ 50%，经济效益可提高35% ~ 65%。同时，由于产品质量的提高，可以获得相应的额外经济效益。

推广铜辊套对我国铜工业和铝工业大有裨益。铜工业可以增加铜材品种，刺激内需；对铝加工行业的好处不言而喻。

在引进一定数量的铜辊套并取得可观的成果后，可以考虑引进一些铜辊套的专利和生产技术，然后与梅开公司合作，在国内建立生产铜辊套的合资企业。

一旦中国铝带铸轧企业认可铜辊套，中国将成为全球最大的铜辊套市场。“睁大眼睛是个好主意。”我希望梅开公司能着眼于中国这个巨大的铜辊套潜在市场，并在技术出口方面给予特别支持。

铜钴铍青铜是一种常规铜合金，我国在冶炼、铸造、锻造、热处理等方面都没有不可逾越的技术障碍。不过还是先引进比较好，可以显著缩短开发时间，避免知识产权问题。