徐利璞，蘇 明，魏志毅，蘇旭濤，王悅晗

（中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032）

0 前言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)重復(fù)引進(jìn)了多條現(xiàn)代化的寬幅鋁合金板帶冷軋機(jī)組［1－3］，尤其是 2 350 mm、2 800 mm這兩個(gè)規(guī)格的軋機(jī)更是得到了市場(chǎng)的廣泛青睞和推廣。引進(jìn)此類軋機(jī)需要投入巨額資金，并且后期維護(hù)費(fèi)用昂貴。同時(shí)外方為了技術(shù)封鎖，除了由國(guó)外部門進(jìn)行設(shè)計(jì)外甚至將其制造部分也全部放在了國(guó)外制造廠。面對(duì)這種局面，急需制定寬幅鋁軋制設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和國(guó)產(chǎn)化水平指標(biāo)，打破技術(shù)壟斷，在寬幅高精度鋁合金板帶冷軋方面進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化技術(shù)研發(fā)和推廣［4－6］。

1 機(jī)組工藝布置

圖1為單機(jī)架不可逆鋁合金冷軋機(jī)組工藝布置。物流系統(tǒng)將鋁卷從高架庫(kù)或平面庫(kù)運(yùn)送至開卷機(jī)，并由開卷機(jī)進(jìn)行開卷，帶頭經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向夾送輥導(dǎo)向牽引、矯直輥進(jìn)行矯直、分切剪切除不規(guī)則頭部后，通過(guò)五輥張緊輥進(jìn)入軋機(jī)，甩尾時(shí)除油輥對(duì)鋁帶尾部進(jìn)行擠壓除油，鋁帶經(jīng)過(guò)板形輥后由卷取機(jī)進(jìn)行卷取。甩尾軋制時(shí)張緊輥的上輥壓下對(duì)鋁帶產(chǎn)生展平作用。分切剪還可對(duì)鋁卷尾部進(jìn)行分切剔除。

圖1 單機(jī)架不可逆鋁合金冷軋機(jī)組工藝布置

在轉(zhuǎn)向夾送輥和板形輥下方裝有張力計(jì)，分別對(duì)后張力、前張力進(jìn)行測(cè)量。機(jī)前機(jī)后都裝有測(cè)厚儀裝置，測(cè)厚儀一般與測(cè)速儀一體化設(shè)計(jì)，對(duì)軋制前后的帶材厚度和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量。出口的板形輥對(duì)軋后帶材板形情況進(jìn)行測(cè)量。上述儀器儀表是AGC、AFC和ATC控制系統(tǒng)的重要組成部分，為機(jī)組自動(dòng)化控制提供基礎(chǔ)。

除布置圖中描述的設(shè)備及儀器儀表外，現(xiàn)代化的鋁帶冷軋機(jī)組還配備了自動(dòng)化的物流系統(tǒng)（包括帶卷托盤運(yùn)輸系統(tǒng)和套筒裝卸運(yùn)輸系統(tǒng)）、具有軋前帶頭處理功能的準(zhǔn)備站和具有軋后鋁帶表面檢測(cè)功能的檢查站等。

2 主要技術(shù)參數(shù)

2800mm鋁帶冷軋機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

軋制品種 1xxx～8xxx

來(lái)料最大厚度 12 mm

帶材寬度 1250～2650 mm

鋁卷最大外徑 φ2600 mm

鋁卷內(nèi)徑 帶套筒φ665 mm，

不帶套筒φ610 mm

成品最小厚度 0.2 mm

工作輥尺寸 φ450／φ490 mm×2850 mm

中間輥尺寸 φ510／φ560 mm×3150 mm

支承輥尺寸 φ1300／φ1400 mm×2800 mm

中間輥竄輥量 ±150 mm

最大軋制力 30 000 kN

機(jī)組傳動(dòng)參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1 CVC單機(jī)架不可逆冷軋機(jī)軋制帶材參數(shù)

表2 CVC單機(jī)架不可逆冷軋機(jī)傳動(dòng)參數(shù)表

3 CVC控制技術(shù)

3.1 CVC曲線計(jì)算

對(duì)于寬幅鋁帶的軋制多采用帶輥型曲線的軋機(jī)進(jìn)行軋制。輥型曲線即軋輥表面母線，可用軸向半徑變化來(lái)表示。CVC曲線作為常用的輥型曲線，一般采用多階多項(xiàng)式。熱軋來(lái)料斷面形狀的不均勻性主要以二次成分為主，考慮到板形在軋制過(guò)程中的遺傳性，輥型采用三次CVC曲線即可控制中浪及邊浪問(wèn)題。對(duì)于更為復(fù)雜的復(fù)合浪或四分之一浪，則需要采用五次甚至更高次的輥型曲線［7－8］。但隨之帶來(lái)控制模型復(fù)雜、控制難度增大的問(wèn)題，甚至?xí)敫鼮閺?fù)雜的板形問(wèn)題?？紤]到三次CVC曲線可以解決大部分板形問(wèn)題，且其二次凸度控制能力與軋輥橫移呈線性關(guān)系，使用效果良好，所以現(xiàn)場(chǎng)多采用三次CVC曲線。同時(shí)，考慮冷軋寬薄鋁帶對(duì)于輥型的敏感性，鋁帶六輥冷軋機(jī)多采用中間輥帶CVC輥型、工作輥為平輥的軋制方式。三次CVC曲線方程為

式中，R（x）為軋輥輥身半徑值，mm；x為沿輥身軸向坐標(biāo)值，mm；a0為坐標(biāo)原點(diǎn)輥徑值，與輥徑磨削量相關(guān)，mm；a1為一次系數(shù)，與軋輥輥徑差及軸向力相關(guān)；a2為二次系數(shù)，取決于橫移為零時(shí)等效凸度值；a3為三次系數(shù)，取決于等效凸度變化斜率。

其中［9］，

式中，R（0）為x坐標(biāo)為零時(shí)軋輥半徑值，mm；B0為輥身有效工作長(zhǎng)度，mm；ΔR為輥身最大允許半徑差，mm；Cu為等效凸度上限，mm；Cd為等效凸度下限，mm；s0為軋輥?zhàn)畲蟾Z輥量，竄輥量s范圍為［－s0，＋s0］，mm。

R（0）取值 279.49 mm，ΔR取值 0.62 mm，等效凸度上限設(shè)定為0.7 mm，下限設(shè)定為0.1 mm，將B0＝3150，s0＝150代入上述公式進(jìn)行計(jì)算，得出CVC曲線方程為

3.2 CVC控制性能分析

在CVC曲線方程的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制性能進(jìn)行分析。圖2為上下中間輥三次CVC輥型曲線，呈反對(duì)稱布置，其最大輥徑差來(lái)自輥身端部。圖3為空載時(shí)不同竄輥量條件下的等效輥縫值，由圖可知等效輥縫呈拋物線狀，竄輥量對(duì)其影響十分明顯。竄輥量由正極限向負(fù)極限調(diào)整時(shí)，等效輥縫中部逐漸變小，邊部逐漸增大。圖4為軋輥等效凸度與竄輥量關(guān)系曲線，由圖可知兩者呈線性關(guān)系，其斜率由凸度控制上下限范圍及竄輥量共同確定。竄輥量150 mm時(shí)等效凸度為0.1 mm，竄輥量為－150 mm時(shí)等效凸度為0.7 mm，即每竄輥1 mm對(duì)應(yīng)2μm的凸度控制量。圖5為等效凸度沿輥身分布曲線，由圖可知其呈拋物線狀，竄輥量對(duì)其影響十分明顯，直接決定了凸度控制范圍，竄輥與輥型曲線的結(jié)合使得輥系擁有了連續(xù)可變凸度調(diào)節(jié)能力。圖6為不同竄輥量條件下，可控制凸度與板帶寬度的關(guān)系，可見(jiàn)其呈拋物線形狀，竄輥正負(fù)極限對(duì)應(yīng)兩條曲線形成的“喇叭口”區(qū)間即為該CVC曲線的板形調(diào)節(jié)域，可見(jiàn)板帶越寬控制效果越明顯，而對(duì)于窄帶無(wú)論怎么竄輥可改變的凸度范圍十分有限。

圖2 上下中間輥CVC輥型曲線

圖3 等效輥縫

圖4 竄輥量與等效凸度關(guān)系

圖5 等效凸度沿輥身分布

圖6 板帶寬度與凸度控制關(guān)系

4 關(guān)鍵工藝技術(shù)

4.1 工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)

現(xiàn)代化的鋁帶冷軋均采用全油工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)，該系統(tǒng)向軋輥和鋁帶表面噴射加有添加劑的礦物油，在軋制過(guò)程中對(duì)軋輥表面及鋁帶進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。控制系統(tǒng)根據(jù)板形儀檢測(cè)到的板形情況，實(shí)時(shí)對(duì)精細(xì)冷卻噴射梁、液壓壓下主油缸、彎輥系統(tǒng)以及中間輥橫移系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制，以達(dá)到控制帶材板形的目的。工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)主要包括凈油輸送站、污油過(guò)濾站、加熱冷卻裝置、一二級(jí)過(guò)濾罐、排渣裝置、噴射梁及管道等組成。工藝潤(rùn)滑噴射梁布置在軋機(jī)入口側(cè)，包括一排上支承輥中間輥噴射梁、上下各一根工作輥精細(xì)冷卻噴射梁，該梁有兩排噴嘴，一排噴輥縫進(jìn)行潤(rùn)滑，一排噴軋輥進(jìn)行冷卻。

4.2 軋制油霧回收技術(shù)

軋制油霧回收系統(tǒng)用于將軋機(jī)排煙罩收集的油霧中的軋制油進(jìn)行回收利用。該系統(tǒng)主要由吸收塔、解析塔以及換熱器等部件構(gòu)成。首先軋制油霧以一定的溫度和壓力從吸收塔底部進(jìn)入，上行穿過(guò)填料，高性能吸收液從塔頂落下與上升的油霧相融合，吸收液在填料表面形成油膜繼續(xù)吸收油霧，塔底抽出的富液經(jīng)循環(huán)泵抽出后經(jīng)減壓、蒸脫去除其中的微量水組分后，經(jīng)換熱器保持一定的溫度重新進(jìn)入吸收塔的中部以保證塔內(nèi)氣液充分交換，充分吸收凈化后的氣體作為廢氣從塔頂煙囪排出，富含軋制油的溶液從塔底排出進(jìn)入解析塔。經(jīng)解析塔分餾回收的軋制油經(jīng)塔頂回到工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)繼續(xù)投入使用，塔底回收的吸收液經(jīng)換熱器和冷凝器返回吸收塔塔頂循環(huán)使用。

4.3 邊部加熱技術(shù)

鋁帶冷軋過(guò)程中存在“邊部緊”現(xiàn)象，嚴(yán)重的邊緊會(huì)產(chǎn)生邊部裂紋，進(jìn)而引起斷帶，十分影響生產(chǎn)效率［10］。老式的軋機(jī)通常采用降速或在線切邊的方式處理邊裂問(wèn)題。現(xiàn)代高速冷軋機(jī)一般采用熱油噴淋對(duì)工作輥邊部進(jìn)行加熱（近年隨著軋輥感應(yīng)加熱技術(shù)的成熟也逐步開始應(yīng)用于鋁帶軋機(jī)軋輥邊部加熱），調(diào)整與帶材邊部接觸部分輥身的輥型進(jìn)而調(diào)整板形，能夠有效消減邊緊現(xiàn)象，減少裂邊斷帶事故。該熱油噴淋系統(tǒng)采用和工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)一樣的介質(zhì)，其主要由加熱站和噴射梁組成。系統(tǒng)所用兩根噴射梁布置在工作輥入口側(cè)，各有一排噴嘴，上梁安裝在上輥精細(xì)冷卻噴射梁的上方，下梁安裝在下輥精細(xì)冷卻噴射梁的下方。噴嘴根據(jù)生產(chǎn)鋁帶寬度設(shè)計(jì)在橫梁的兩端，其開閉根據(jù)軋制帶材寬度進(jìn)行控制。

5 結(jié)論

本文介紹了2 800 mm單機(jī)架不可逆鋁合金板帶冷軋機(jī)組的工藝布置，并對(duì)其主要傳動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了列表計(jì)算，闡明了三次CVC曲線的計(jì)算方法及其控制效果，其板形控制范圍大、控制性能優(yōu)越，同時(shí)還介紹了機(jī)組的工藝技術(shù)，對(duì)該類型軋機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有一定的幫助和指導(dǎo)意義。

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