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摘要:文章阐述了LED电子材料的应用和市场前景,结合金莱带钢公司的实际设备,从冷轧工艺入手,不断优化,成功开发出满足客户需要的优质钢带材料。改进后的道次分配制度,保证了LED产品的板形,取得了成功;对乳化液润滑性和清洁性的控制,保证了LED产品的表面清洁度。
关键词:LED电子材料;冷轧工艺;钢带生产
中图分类号:TG334文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0013-02
LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管,是一种半导体固体发光器件,它被称为第四代照明光源或绿色光源,可以广泛应用于各种背光源、普通照明和城市夜景等领域。
金莱带钢公司抓住价格高、市场空间广这一亮点,决定开发LED产品,为公司生产经营做出贡献。
一、生产工艺及流程描述
金莱带钢公司配备了退火炉、平整机组和纵剪机组,能生产出宽度在750mm以下的产品。
二、冷轧工艺的优化设计
要达到客户提出的平直度和表面技术要求,首先应从冷轧工艺进行入手,同时还要调整好轧制过程中的中间介质——乳化液。
(一)板形控制
在针对目前实际生产的技术参数进行分析的情况下,锁定原材料,结合轧制理论,提出优化后的轧制规程。
1.现状分析及选材。通过对普通产品的轧制工艺规程表观察,发现存在着以下几个方面的不足:(1)开坯道次侧导卫有时会夹死带钢造成刮边爆裂,容易花辊和断带,增加轧制时间消耗,降低了工作效率、成材率;(2)道次压下率过大,导致带钢板型难以控制,出现起骨、边浪等板缺陷,表面光洁度不佳;(3)内卷容易塌卷,卷取不稳定,成品松卷时造成塌卷、坠卷现象。
普通产品轧制时出现的问题,同样也会制约着LED产品的开发。针对此问题,经研究,采用如下措施:(1)开坯道次侧导卫夹持保持距离钢带边缘约2mm,防止夹死,对钢带边缘进行检查、打磨、修整、出口张力(取用出口厚度×宽度×0.06kN),开坯速度≤150m/min;(2)减少道次压下率,增加生产道次(由原来7道次改为8道次)合理控制各道次轧制速度、辊型,确保最佳板型,后两道次采用小压下率轧制(分丝道次≤17%,成品道次≤7%)并采用降张轧制;(3)松卷内卷径620mm以内卷取张力为9～12kN,620mm卷径以外卷取张力≤5.5kN,保持稳定的松卷状态。
从结果来看,效果比较理想。
经过对鞍钢、涟钢和梅钢的SPHC三种坯料进行成分分析,决定采用3.0mm鞍SPHC的热轧卷坯作为生产LED产品基板的原材料。
2.理论分析。板形是板带材平直度的简称。板形的好坏是指板、带材横向各部位是否产生波浪或折皱,它取决于板带材沿宽度方向的延伸是否相等。严格来说,“板形”又可分为“视在板形”与“潜在板形”两类。所谓“视在板形”就是指在轧后即可用肉眼辨别的板形;而“潜在板形”的特点是轧制之后不能立即发现,而往往要在后面的加工工序中才会暴露。
衡量板形好坏的标准是波形度(平直度)。图1所示为板带材在有波浪形处的纵向截面图:
一般板带材的波形度可表示为:
a=×100% (1)
式中:δ——波浪高度;λ——波浪长度。
经过分析,根据“板凸度一定”的原则,对现行的轧制工艺进行优化。其基本思想是:为了保证板形良好,必须使带材沿宽度方向上各点的延伸率或压下率基本相等。
如图2所示,设轧制前板带边缘的厚度等于H,而中间厚度等于H+β,即轧前厚度差或称板凸量为β;轧制后带材相当截面上的厚度分别为h和h+δ,即轧后厚度差或板凸量为δ。把β/H与δ/h称为板凸度。带材沿宽度上压下率相等的条件,可以写成带材边缘和中部延伸率λ相等的条件:
==λ (2)
由此可得:
==λ; ==板凸度 (3)
式中:δ、h——成品带材的厚度差和厚度。
由此可见,要想满足均匀变形的条件,保证板形良好,则必须使带材轧前的厚度差β与轧后的厚度差δ之比等于延伸率λ。或者轧前板凸度(β/H)等于轧后板凸度(δ/h),即板凸度保持一定。
本道次轧前的板厚也就是前一道次轧后的板厚,亦即前一道次轧制时辊缝的实际形状。因此,在均匀变形的原则下,后一道次的板厚差δ要比前一道次的板厚差β小,其差值为:
β- δ=(λ-1)δ(4)
另外,考虑轧辊的原始辊型及因辊温所产生的热凸度在前后几道次中几乎是不变的,故此差值并主要取决于轧辊因承受压力所产生的桡度值。这就是说,要保证均匀变形的条件,就必须后一道次轧制时轧辊小于前一道次的轧辊度;也就是在轧辊刚度相同的情况下,后一道次的轧制压力P后必须小于前一道次的轧制压力P前,其差值可由计算公式反推求出,即由:
β- δ=(P前/K辊)-(P后/K辊)(5)
故得:
P前-P后=K辊(β- δ)=K辊(λ-1)δ(6)
根据这个基本的思路,初步确定了道次的编排。
(二)冷轧后表面清洁度控制
冷轧后产品表面清洁性除了同轧制规程有关之外,更主要地取决于对乳化液的控制。
轧制油同水混合后,呈乳白色的液体,通常称乳化液。乳化液的分类按其稳定性分为稳态乳化液、半稳态乳化液和非稳态乳化液三类。
1.乳化液浓度。在轧制钢板时,轧制油的冷却性和润滑性的体现不是孤立的,而是以离水展着性(Plate-out)这个概念来表现。在轧制变形区内乳化液受到温度和压力的影响,当温度超过100℃时乳化液中的水分大量蒸发,水的汽化使乳化液升温可以带走大量的热量,从而使轧钢温度处于较高的温区之下,油被分离出来,铺展在辊面上,形成一层包覆辊面的油膜,对钢板表面起润滑作用。离水展着性是乳化液冷却性、润滑性、附着性的综合体现。由于离水展着性的存在,乳化液的使用浓度显得更为重要。
提高轧制油的浓度,可促进润滑效果,但会使钢带变得不光亮。经分析:此乃润滑太好的结果,而并不是冷却性降低所致。浓度高会使轧辊与钢带轧制变形区流体与边界混合润滑摩擦中的流体润滑摩擦形式比例升高,油膜变厚,很多小“油珠”压印在钢板上,显得发涩,当然比不上边界摩擦(浓度低时占主要的摩擦形式)所产生的光亮板面。光亮板面产生的前提是:轧辊与板面有相对的擦动(如太剧烈的擦动会使板发黑)。只有浓度控制在一个适当的程度时,才能使轧出的钢板既亮又不发黑。润滑性和冷却性相对平衡时就是乳化液最适宜的浓度。
2.小结。通过分析,从几个方面对乳化液进行控制:(1)皂化值代表乳液中润滑成分的含量,皂化值下降,润滑能力下降,故要确保皂化值在95以上;(2)浓度增加,降低冷却能力,可能会影响到轧件的板型和轧件速度。经验显示,将浓度控制在5%左右是适宜的;(3)轧制过程中产生尺寸很小的铁粉,以致通常的磁性过滤器或者其它的过滤净化装置不能将其除掉,分散在乳液中,生产厂家一般都对乳化液的理化指标提出严格的监控要求,如某厂冷连轧机组乳化液理化指标控制要求:皂化值>120mgKOH/g,312%<游离脂肪酸<415%,铁含量<70mg/L。
生产实践表明,轧后带钢表面残铁、残油过多,会影响后工序的产品质量。AlanC1Keyser等认为,轧后带钢表面残铁量应控制在30mg/ft2以下,残油量应控制在40mg/ft2以下,胶带反射率应大于70%;退火后带钢表面残碳量应控制在2mg/ft2以下。
根据以上分析,采取对应措施,最终使800冷轧带钢清洁度上一个台阶,平均反射率达到75%～80%,表面残油达到150～200mg/m2,残铁30～50 mg/m2的国内先进水平。
经过小批量的试产,经客户试用后,反映效果比较好。后来,根据改进后的冷轧工艺,批量生产LED产品,得到了客户的广泛认可。
三、结语
1.改进后的道次分配制度,保证了LED产品的板形,取得了成功。
2.对乳化液润滑性和清洁性的控制,保证了LED产品的表面清洁度。
参考文献
[1]赵家骏.冷轧带钢生产问答[M].冶金工业出版社,1985.
[2]王利平.轧制油的应用及国产化[J].冶金丛刊,2003,(5).
[3]J.霍林.摩擦学原理[M].机械工业出版社,1981.
[4]机械工程手册.摩擦与润滑(试用本)[M].机械工业出版社,1978.
[5]戴学诚,魏春生.清净轧钢技术在宝钢2030冷轧的应用(增刊)[J].钢铁,1999,(34).
作者简介:王利平(1973-),男,湖北孝感人,广州金莱冷轧带钢有限公司工程师,硕士,研究方向:冷轧钢带生产。
关键词:LED电子材料;冷轧工艺;钢带生产
中图分类号:TG334文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0013-02
LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管,是一种半导体固体发光器件,它被称为第四代照明光源或绿色光源,可以广泛应用于各种背光源、普通照明和城市夜景等领域。
金莱带钢公司抓住价格高、市场空间广这一亮点,决定开发LED产品,为公司生产经营做出贡献。
一、生产工艺及流程描述
金莱带钢公司配备了退火炉、平整机组和纵剪机组,能生产出宽度在750mm以下的产品。
二、冷轧工艺的优化设计
要达到客户提出的平直度和表面技术要求,首先应从冷轧工艺进行入手,同时还要调整好轧制过程中的中间介质——乳化液。
(一)板形控制
在针对目前实际生产的技术参数进行分析的情况下,锁定原材料,结合轧制理论,提出优化后的轧制规程。
1.现状分析及选材。通过对普通产品的轧制工艺规程表观察,发现存在着以下几个方面的不足:(1)开坯道次侧导卫有时会夹死带钢造成刮边爆裂,容易花辊和断带,增加轧制时间消耗,降低了工作效率、成材率;(2)道次压下率过大,导致带钢板型难以控制,出现起骨、边浪等板缺陷,表面光洁度不佳;(3)内卷容易塌卷,卷取不稳定,成品松卷时造成塌卷、坠卷现象。
普通产品轧制时出现的问题,同样也会制约着LED产品的开发。针对此问题,经研究,采用如下措施:(1)开坯道次侧导卫夹持保持距离钢带边缘约2mm,防止夹死,对钢带边缘进行检查、打磨、修整、出口张力(取用出口厚度×宽度×0.06kN),开坯速度≤150m/min;(2)减少道次压下率,增加生产道次(由原来7道次改为8道次)合理控制各道次轧制速度、辊型,确保最佳板型,后两道次采用小压下率轧制(分丝道次≤17%,成品道次≤7%)并采用降张轧制;(3)松卷内卷径620mm以内卷取张力为9～12kN,620mm卷径以外卷取张力≤5.5kN,保持稳定的松卷状态。
从结果来看,效果比较理想。
经过对鞍钢、涟钢和梅钢的SPHC三种坯料进行成分分析,决定采用3.0mm鞍SPHC的热轧卷坯作为生产LED产品基板的原材料。
2.理论分析。板形是板带材平直度的简称。板形的好坏是指板、带材横向各部位是否产生波浪或折皱,它取决于板带材沿宽度方向的延伸是否相等。严格来说,“板形”又可分为“视在板形”与“潜在板形”两类。所谓“视在板形”就是指在轧后即可用肉眼辨别的板形;而“潜在板形”的特点是轧制之后不能立即发现,而往往要在后面的加工工序中才会暴露。
衡量板形好坏的标准是波形度(平直度)。图1所示为板带材在有波浪形处的纵向截面图:
一般板带材的波形度可表示为:
a=×100% (1)
式中:δ——波浪高度;λ——波浪长度。
经过分析,根据“板凸度一定”的原则,对现行的轧制工艺进行优化。其基本思想是:为了保证板形良好,必须使带材沿宽度方向上各点的延伸率或压下率基本相等。
如图2所示,设轧制前板带边缘的厚度等于H,而中间厚度等于H+β,即轧前厚度差或称板凸量为β;轧制后带材相当截面上的厚度分别为h和h+δ,即轧后厚度差或板凸量为δ。把β/H与δ/h称为板凸度。带材沿宽度上压下率相等的条件,可以写成带材边缘和中部延伸率λ相等的条件:
==λ (2)
由此可得:
==λ; ==板凸度 (3)
式中:δ、h——成品带材的厚度差和厚度。
由此可见,要想满足均匀变形的条件,保证板形良好,则必须使带材轧前的厚度差β与轧后的厚度差δ之比等于延伸率λ。或者轧前板凸度(β/H)等于轧后板凸度(δ/h),即板凸度保持一定。
本道次轧前的板厚也就是前一道次轧后的板厚,亦即前一道次轧制时辊缝的实际形状。因此,在均匀变形的原则下,后一道次的板厚差δ要比前一道次的板厚差β小,其差值为:
β- δ=(λ-1)δ(4)
另外,考虑轧辊的原始辊型及因辊温所产生的热凸度在前后几道次中几乎是不变的,故此差值并主要取决于轧辊因承受压力所产生的桡度值。这就是说,要保证均匀变形的条件,就必须后一道次轧制时轧辊小于前一道次的轧辊度;也就是在轧辊刚度相同的情况下,后一道次的轧制压力P后必须小于前一道次的轧制压力P前,其差值可由计算公式反推求出,即由:
β- δ=(P前/K辊)-(P后/K辊)(5)
故得:
P前-P后=K辊(β- δ)=K辊(λ-1)δ(6)
根据这个基本的思路,初步确定了道次的编排。
(二)冷轧后表面清洁度控制
冷轧后产品表面清洁性除了同轧制规程有关之外,更主要地取决于对乳化液的控制。
轧制油同水混合后,呈乳白色的液体,通常称乳化液。乳化液的分类按其稳定性分为稳态乳化液、半稳态乳化液和非稳态乳化液三类。
1.乳化液浓度。在轧制钢板时,轧制油的冷却性和润滑性的体现不是孤立的,而是以离水展着性(Plate-out)这个概念来表现。在轧制变形区内乳化液受到温度和压力的影响,当温度超过100℃时乳化液中的水分大量蒸发,水的汽化使乳化液升温可以带走大量的热量,从而使轧钢温度处于较高的温区之下,油被分离出来,铺展在辊面上,形成一层包覆辊面的油膜,对钢板表面起润滑作用。离水展着性是乳化液冷却性、润滑性、附着性的综合体现。由于离水展着性的存在,乳化液的使用浓度显得更为重要。
提高轧制油的浓度,可促进润滑效果,但会使钢带变得不光亮。经分析:此乃润滑太好的结果,而并不是冷却性降低所致。浓度高会使轧辊与钢带轧制变形区流体与边界混合润滑摩擦中的流体润滑摩擦形式比例升高,油膜变厚,很多小“油珠”压印在钢板上,显得发涩,当然比不上边界摩擦(浓度低时占主要的摩擦形式)所产生的光亮板面。光亮板面产生的前提是:轧辊与板面有相对的擦动(如太剧烈的擦动会使板发黑)。只有浓度控制在一个适当的程度时,才能使轧出的钢板既亮又不发黑。润滑性和冷却性相对平衡时就是乳化液最适宜的浓度。
2.小结。通过分析,从几个方面对乳化液进行控制:(1)皂化值代表乳液中润滑成分的含量,皂化值下降,润滑能力下降,故要确保皂化值在95以上;(2)浓度增加,降低冷却能力,可能会影响到轧件的板型和轧件速度。经验显示,将浓度控制在5%左右是适宜的;(3)轧制过程中产生尺寸很小的铁粉,以致通常的磁性过滤器或者其它的过滤净化装置不能将其除掉,分散在乳液中,生产厂家一般都对乳化液的理化指标提出严格的监控要求,如某厂冷连轧机组乳化液理化指标控制要求:皂化值>120mgKOH/g,312%<游离脂肪酸<415%,铁含量<70mg/L。
生产实践表明,轧后带钢表面残铁、残油过多,会影响后工序的产品质量。AlanC1Keyser等认为,轧后带钢表面残铁量应控制在30mg/ft2以下,残油量应控制在40mg/ft2以下,胶带反射率应大于70%;退火后带钢表面残碳量应控制在2mg/ft2以下。
根据以上分析,采取对应措施,最终使800冷轧带钢清洁度上一个台阶,平均反射率达到75%～80%,表面残油达到150～200mg/m2,残铁30～50 mg/m2的国内先进水平。
经过小批量的试产,经客户试用后,反映效果比较好。后来,根据改进后的冷轧工艺,批量生产LED产品,得到了客户的广泛认可。
三、结语
1.改进后的道次分配制度,保证了LED产品的板形,取得了成功。
2.对乳化液润滑性和清洁性的控制,保证了LED产品的表面清洁度。
参考文献
[1]赵家骏.冷轧带钢生产问答[M].冶金工业出版社,1985.
[2]王利平.轧制油的应用及国产化[J].冶金丛刊,2003,(5).
[3]J.霍林.摩擦学原理[M].机械工业出版社,1981.
[4]机械工程手册.摩擦与润滑(试用本)[M].机械工业出版社,1978.
[5]戴学诚,魏春生.清净轧钢技术在宝钢2030冷轧的应用(增刊)[J].钢铁,1999,(34).
作者简介:王利平(1973-),男,湖北孝感人,广州金莱冷轧带钢有限公司工程师,硕士,研究方向:冷轧钢带生产。