蔣宇梅

（大亞科技股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

鋁箔軋制不同于一般帶材，其特點(diǎn)是負(fù)輥縫軋制。一般帶材軋制時(shí)有一定量的輥縫，而軋制鋁箔時(shí)兩根工作輥完全壓靠，箔材以外部分也相互接觸，軋制過程的進(jìn)行依靠工作輥的彈性變形，通過機(jī)架施加的軋制力大于金屬的變形抗力，因此軋制力對箔材厚度的影響顯著減小，而軋制速度與開卷張力成為厚度控制的主要手段。通常工作輥在材料厚度為0.1~0.2mm時(shí)開始壓靠，由于鋁箔很薄，力學(xué)性能明顯下降，對橫斷面上變形的不均勻性異常敏感，對材料冶金質(zhì)量也非常敏感，易斷帶。目前，全球鋁箔工業(yè)發(fā)展總趨勢是：向用戶提供質(zhì)量更高、幅面更寬、厚度更小、更加安全的鋁箔[1-2]。

1 基本構(gòu)成

鋁箔軋機(jī)主要由開卷機(jī)、卷取機(jī)、工作機(jī)座、傳動(dòng)系統(tǒng)和附屬設(shè)備等幾大部分組成。其中工作機(jī)座包括機(jī)架、軋輥、軋輥軸承、軋制線調(diào)整裝置等組成，附屬設(shè)備包括卷材上料卸料系統(tǒng)、出入口裝置、套筒輸送、工藝潤滑、油霧潤滑、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、CO2滅火系統(tǒng)、直流電機(jī)冷卻、換輥系統(tǒng)等。鋁箔軋機(jī)的控制系統(tǒng)是鋁箔生產(chǎn)的關(guān)鍵，一臺(tái)設(shè)備精良的鋁箔軋機(jī)必須配套完美的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，其中包括厚度控制系統(tǒng)、板形控制系統(tǒng)等。

鋁箔軋機(jī)大小通常按輥面寬度劃分，寬度小于或等于1200mm的稱為小型軋機(jī)，1200mm至小于1800mm的稱為中型軋機(jī)，等于與大于1800mm的稱為大型或?qū)挿垯C(jī)。本文以1800軋機(jī)為例進(jìn)行相關(guān)闡述。高速鑄軋帶坯的冶金質(zhì)量和板形都優(yōu)于常規(guī)鑄軋法，用其軋制鋁箔是重要發(fā)展趨勢之一。高速軋機(jī)是指速度等于或大于1200m/min的軋機(jī)。當(dāng)前粗軋機(jī)的最高軋制速度2500m/min。在選擇軋機(jī)速度時(shí)，粗、中軋機(jī)不宜超過1800m/min，精軋機(jī)不宜大于1200m/min，甚至不宜大于1000m/min。

2 工作原理

近年來市場對鋁箔產(chǎn)品的板形精度要求越來越高，同時(shí)隨著市場對產(chǎn)品的需求和設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平的提高，鋁箔軋機(jī)也不斷向?qū)挿l(fā)展，這就使得壓延過程中鋁箔的板形越來越難控制[3]。由于負(fù)輥縫軋制的原因，軋輥傾斜和液壓彎輥對板形的控制作用已不明顯，同時(shí)由于工作輥與支承輥輥徑比的關(guān)系及軋機(jī)輥面較寬，彎輥控制對于軋輥中部的機(jī)械凸度控制基本無效。這個(gè)時(shí)候雖然通過軋輥冷卻控制軋輥熱凸度可減小前兩種控制所剩余的板形局部偏差，但響應(yīng)速度慢，控制效果也隨厚度減薄而減弱。為解決這一問題，國內(nèi)外的軋機(jī)設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)廠家開始采用可變凸度輥(variable crown roll，VC輥)作為支承輥使用，用于消除板形拋物線部分偏差，大幅度提高了板形質(zhì)量[4]。

VC輥是一種組合式支承輥，由芯軸、軸套和旋轉(zhuǎn)接頭裝配而成，在芯軸和軸套之間的輥身中心區(qū)域有一個(gè)流體室，室內(nèi)充以壓力可變的高壓油。輥頸兩端的軸套均收縮，收縮接頭用作內(nèi)部壓力油的外部密封件，并用于軋輥傳動(dòng)裝置的自由滑移轉(zhuǎn)矩傳輸。其工作原理是：通過液壓伺服控制將高壓液壓站內(nèi)的液壓油經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭送入膨脹的流體室以脹開軸套，在輥身全長形成均勻的機(jī)械凸度來補(bǔ)償軋輥在工作時(shí)產(chǎn)生的撓度。由于VC輥直徑脹大與腔內(nèi)的油壓在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，且可做無級調(diào)整，因此可以參與到閉環(huán)板形控制系統(tǒng)中。

由于帶材的厚度不同，軋機(jī)軋制是由正輥縫軋制向負(fù)輥縫軋制的變化過程，對控制而言也是一個(gè)多種控制方式結(jié)合的過程，主要有位置控制、壓力控制、壓力補(bǔ)償控制、AGC控制等[5]。

軋機(jī)速度設(shè)定是按照工藝要求，由主操作手在主操作臺(tái)上設(shè)定，通過以太網(wǎng)傳遞給AGC，AGC再分別傳送到PLC以及各傳動(dòng)系統(tǒng)。速度設(shè)定是以主機(jī)架為線速度基準(zhǔn)，通過設(shè)定工作輥的直徑與減速箱的減速比，給出轉(zhuǎn)速給定值。根據(jù)控制功能，速度設(shè)定有正反向點(diǎn)動(dòng)設(shè)定，用于故障處理；穿帶速度設(shè)定，用于生產(chǎn)前軋機(jī)穿帶；軋線速度設(shè)定，用于正常軋制情況。按照線速度相等的原則以轉(zhuǎn)速的形式分配給各傳動(dòng)系統(tǒng)。

卷取張力是靠卷取電機(jī)的拖動(dòng)來繃緊帶材而產(chǎn)生的。在系統(tǒng)中采用間接張力控制，卷取張力所產(chǎn)生的折算到電機(jī)軸上的張力矩與電機(jī)的電磁力矩相等。線速度測量是通過調(diào)速裝置讀取卷取機(jī)前的偏導(dǎo)輥上的脈沖編碼器進(jìn)行計(jì)算獲得，是卷徑計(jì)算需要的一個(gè)重要變量。

現(xiàn)代軋機(jī)進(jìn)行全程變量編程，將系統(tǒng)分成軋機(jī)校準(zhǔn)指定應(yīng)用系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)串口應(yīng)用系統(tǒng)、計(jì)量控制應(yīng)用系統(tǒng)、厚度與平整度控制應(yīng)用系統(tǒng)、優(yōu)化應(yīng)用系統(tǒng)。這些程序通過RDS(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過軋機(jī)校準(zhǔn)指定應(yīng)用系統(tǒng)用于定序軋輥受力汽缸及軋輥折彎控制，分為機(jī)架的校準(zhǔn)程序、彈跳校準(zhǔn)程序、機(jī)座安全監(jiān)測程序等；通過驅(qū)動(dòng)串口應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)時(shí)地對軋機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及由傳動(dòng)、PLC傳送的數(shù)據(jù)、進(jìn)行監(jiān)控并將數(shù)據(jù)存入RDS內(nèi)，以便對軋機(jī)進(jìn)行維護(hù)和最優(yōu)控制。

3 日常維護(hù)要點(diǎn)

由于生產(chǎn)中VC輥的頻繁使用，對VC油壓的控制直接影響到鋁箔的板形質(zhì)量，油壓過小將使帶材產(chǎn)生邊部波浪，油壓過大將使帶材產(chǎn)生中間波浪，只有適中的油壓才能獲得平直的帶材[6]。通常生產(chǎn)過程中往往會(huì)出現(xiàn)較復(fù)雜的非對稱板形缺陷，因此板形自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)使VC輥系統(tǒng)和其它的控制手段中的一種或幾種同時(shí)參與調(diào)整，如液壓彎輥、軋輥傾斜、軋制力、軋輥冷卻系統(tǒng)等。當(dāng)VC輥和液壓彎輥配合使用時(shí)就可得到多種不同的輥縫形狀，動(dòng)態(tài)輥縫設(shè)定系統(tǒng)的影響范圍就是由這兩套系統(tǒng)組合得出的。當(dāng)VC輥參與作用時(shí)，增大VC壓力可使得整個(gè)彎輥?zhàn)饔梅秶蛴蚁路揭苿?dòng)，從而整個(gè)控制窗口可適應(yīng)的范圍變得更大。VC輥系統(tǒng)的參與可對帶材平直度做出相當(dāng)大的改進(jìn)，從而能滿足用戶對最小平直度公差的要求。

可變凸度支承輥的四輥冷軋機(jī)及鋁箔軋機(jī)是針對傳統(tǒng)冷軋機(jī)及鋁箔軋機(jī)的軋輥彎輥對拋物線型板形偏差調(diào)整能力有限而開發(fā)的，在原有的板形控制手段上增加了支承輥可變凸度控制。目前使用的可變凸度支承輥主要分為兩大類：第一類是全長可變凸度支承輥，第二類是可改變端部直徑、中間平直部分寬度可調(diào)的支承輥，通過調(diào)整邊部凸度來影響總體凸度，如TP輥和SCR輥。1800mm鋁材冷軋機(jī)調(diào)試運(yùn)行后可生產(chǎn)多種規(guī)格的帶材，可軋制出0.06mm的鋁材，厚度偏差在10μm，速度正常工作在10m/s左右。

4 常見問題與對策

在生產(chǎn)過程中，鋁箔軋機(jī)比較容易出現(xiàn)電氣控制、液壓系統(tǒng)、機(jī)械機(jī)構(gòu)等方面的問題，通常可通過日常維護(hù)、設(shè)備保養(yǎng)及大修等予以解決。在鋁箔軋機(jī)使用過程中，還容易出現(xiàn)鋁箔軋制特有的斷帶問題。卷取斷帶現(xiàn)象常出現(xiàn)在精軋過程中，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行、生產(chǎn)效率和成品率的提高。引起斷帶的原因大體上有以下幾種[7]：

1）卷取張力不穩(wěn)。卷取張力一般應(yīng)根據(jù)入口側(cè)箔帶厚度及輥型等設(shè)定，若張力過小，將產(chǎn)生因堆料引起的斷帶現(xiàn)象，反之則因張力超過出口側(cè)箔帶所能承受的強(qiáng)度極限而斷帶。

2）軋機(jī)加減速過程中，卷取機(jī)線速度與軋輥線速度不同步。在卷取機(jī)線速度高干軋棍線速度時(shí)，將因張力增加引起斷帶發(fā)生，反之則發(fā)生因堆料引起的斷帶現(xiàn)象。

3）箔帶裂邊。不論是軋機(jī)入口側(cè)或是出口側(cè)的箔帶裂邊都將因張力作用而導(dǎo)致應(yīng)力集中，發(fā)生斷帶。

4）操作不熟練。如張力給定不當(dāng)，板形控制不好，軋機(jī)加減速不穩(wěn)等。

針對上述原因，應(yīng)采取以下主要措施：

1）根據(jù)入口側(cè)箔帶厚度及輥型合理設(shè)定卷取張力，加強(qiáng)工藝管理，提高工藝參數(shù)設(shè)定的科學(xué)性。

2）現(xiàn)代化鋁箔軋機(jī)在加減速時(shí)，加減速指令是通過程控器向開卷機(jī)和卷取機(jī)發(fā)出的，要求卷取機(jī)速度快速地跟隨軋機(jī)速度，否則將發(fā)生斷帶。精軋卷取動(dòng)補(bǔ)不合適是造成本軋機(jī)斷帶的主要原因，因此改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)常數(shù)，修正動(dòng)補(bǔ)不當(dāng)，將有效減少斷帶現(xiàn)象。

3）加強(qiáng)生產(chǎn)過程管理，通過在先檢測及時(shí)發(fā)現(xiàn)箔帶裂邊，并采取相應(yīng)的裁邊等措施。

4）加強(qiáng)員工培訓(xùn)和生產(chǎn)過程管理，提高操作人員操作水平和生產(chǎn)過程的規(guī)范化。

國產(chǎn)鋁箔軋機(jī)的推廣使用，促進(jìn)了我國鋁箔事業(yè)的發(fā)展。為了使國產(chǎn)鋁箔在國內(nèi)外市場上更具競爭能力，無論是鋁箔軋機(jī)制造業(yè)還是鋁箔生產(chǎn)廠家，對鋁箔軋機(jī)的加工精度和安裝精度以及日常維護(hù)都要給予更多的關(guān)注。對于使用中發(fā)現(xiàn)的不足，鋁箔生產(chǎn)廠家和鋁箔軋機(jī)制造業(yè)要及時(shí)溝通，認(rèn)真改進(jìn)，以提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，從而推動(dòng)我國鋁箔軋機(jī)制造業(yè)和鋁箔加工業(yè)早日進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

［1］鐘利,赫崇富.鋁箔軋制特點(diǎn)及軋機(jī)配置方式[J].輕合金加工技術(shù),2003,31(3)：1-6.

［2］王祝堂.鋁箔軋機(jī)的發(fā)展及全球的大型鋁箔軋機(jī)[J].中國金屬通報(bào),2004(41)：12.

［3］賁洪艷,辛達(dá)夫.鋁箔軋機(jī)的精度對板帶平直度的影響[J].輕合金加工技術(shù),2006,34(10)：25-29,35.

［4］卜祥啟.VC輥在寬幅鋁箔軋機(jī)上的應(yīng)用[J].輕金屬,2006(11)：67-69.

［5］曹鑫輝,李海英.1800mm鋁箔冷軋機(jī)控制系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng),2007,37(9)：53-56.

［6］饒旭躍.從板形控制談鋁箔及鋁帶冷軋機(jī)的選型[J].有色金屬加工,2002,31(6)：41-43.

［7］彭剛.鋁箔軋機(jī)斷帶原因及防止[J].輕合金加工技術(shù),1998(2)：9-12.