1 725 mm四輥可逆熱軋鎂合金板材機(jī)組

李雷生，張秋實(shí)，劉 俊

(北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141)

0 前言

營(yíng)口銀河鎂鋁合金有限公司是我國(guó)目前生產(chǎn)鎂合金板材的主要基地之一，為開(kāi)發(fā)出高性能、高寬幅鎂合金板材新產(chǎn)品，營(yíng)口銀河委托北方重工所設(shè)計(jì)、研制的新型1 725 mm四輥可逆熱軋鎂合金板材機(jī)組，已于2011年10月進(jìn)行熱負(fù)荷試車并投入生產(chǎn)運(yùn)行。

該軋機(jī)是一套電動(dòng)APC和液壓AGC組成的四輥可逆熱軋機(jī)，本套設(shè)備成功地實(shí)現(xiàn)了在軋輥?zhàn)詣?dòng)預(yù)壓靠后，可按預(yù)設(shè)定的軋制工藝表進(jìn)行自動(dòng)軋制。軋機(jī)本身綜合了電動(dòng)APC和液壓AGC各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了大壓下量快速給定、輥縫精確調(diào)整和軋制過(guò)程的輥縫控制?？刂撇僮飨到y(tǒng)先進(jìn)、可靠，高精度的傳感器檢測(cè)設(shè)備的投入，為軋制過(guò)程的穩(wěn)定性及高精度控制提供了有力保證。產(chǎn)品帶厚在6 mm左右的板厚公差能控制在≤0.05 mm，滿足了產(chǎn)品要求。

目前該熱軋機(jī)組是國(guó)內(nèi)首臺(tái)套高性能寬幅的鎂合金板材軋制成套設(shè)備，為高性能、高規(guī)格、高寬幅的鎂板軋制工藝，提供了有力的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 機(jī)組主要工藝參數(shù)

機(jī)組主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 軋機(jī)工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters of rolling unit

2 設(shè)備組成及其功能

2.1 機(jī)械設(shè)備

該熱軋機(jī)組是由板坯加熱爐(1組)、受料輥道(1組)、運(yùn)輸輥道(5組)、熱風(fēng)加熱爐(2套)、感應(yīng)加熱爐(2套)、機(jī)前工作輥道(1組)、機(jī)前導(dǎo)尺(1套)、機(jī)架輥道(1套)、1725四輥熱軋機(jī)(1套)、機(jī)后導(dǎo)尺(1組)、機(jī)后工作輥道(1組)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)(1組)、切頭剪(1套)等設(shè)備組成。輔助系統(tǒng)有:液壓站系統(tǒng)(高低壓2組)、主電機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)(1套)、凈環(huán)水池系統(tǒng)等組成(見(jiàn)圖1)。

機(jī)前/后5 m熱風(fēng)加熱爐主要功能是對(duì)在軋或者備軋的鎂合金板坯起到溫度保護(hù)的作用;機(jī)前/后中頻爐的功能是對(duì)在軋鎂合金板材的失溫起到一定的快速補(bǔ)償;機(jī)前/后對(duì)中輥道在液壓缸帶動(dòng)的同步齒條作用下為在軋鎂合金板材導(dǎo)向、糾偏對(duì)中;旋轉(zhuǎn)臺(tái)主要是向軋機(jī)爐前、切頭剪前運(yùn)送板坯，將經(jīng)過(guò)寬展軋制后的板坯旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)行延伸軋制;液壓切分剪是用于將5～50 mm厚的鎂板在熱狀態(tài)下切頭、切尾及取樣。

圖1 1 725 mm四輥可逆鎂板熱軋機(jī)組Fig.1 1 725 mm four-roll reversible hot rolling unit for magnesium alloy plate

鎂合金板坯在符合工藝要求的軋制溫度下的變形加工主要靠四輥可逆軋機(jī)進(jìn)行多道次的軋制而成。該四輥可逆熱軋機(jī)(見(jiàn)圖2)是由兩臺(tái)主電機(jī)經(jīng)主聯(lián)軸節(jié)、重型十字頭萬(wàn)向接軸直接驅(qū)動(dòng)工作輥。該軋機(jī)主要由機(jī)架裝置、工作輥裝置、支撐輥裝置、電動(dòng)同步壓下裝置、液壓AGC推上裝置、主傳動(dòng)裝置、快速換輥裝置等組成。

機(jī)架裝置是由兩塊牌坊與上下梁形成的封閉性框架，保證軋輥在機(jī)架內(nèi)安全、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。

工作輥裝置由設(shè)在機(jī)架內(nèi)平衡塊上的八個(gè)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)其平衡系統(tǒng)的功能，平衡和彎輥壓力最大為25 MPa，工作輥的軸向固定通過(guò)設(shè)在機(jī)架操作側(cè)上的軸端卡板(液壓缸驅(qū)動(dòng))來(lái)實(shí)現(xiàn)。

支承輥裝置由支承輥、軸承座及滑板、四列短圓柱滾子軸承和雙列圓錐滾子軸承組成，在下支承輥的下部設(shè)有走輪，上支承輥軸承座由平衡裝置的橫梁挑起，使上支承輥軸承座與壓下螺絲、壓下球面墊緊靠在一起無(wú)間隙，壓下螺絲上、下調(diào)整時(shí)上支承輥軸承座隨平衡裝置的橫梁一起沿機(jī)架窗口內(nèi)側(cè)滑板上、下隨動(dòng)。

語(yǔ)音系統(tǒng)主要由功放、號(hào)角和麥克風(fēng)組成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，稱重過(guò)程中具有引導(dǎo)作用，具體語(yǔ)音為：“請(qǐng)刷卡”→“刷卡成功，請(qǐng)上秤”→“請(qǐng)停到秤臺(tái)中間”→“稱重完畢，車號(hào)為某某，重量多少”→“稱重完畢，請(qǐng)離開(kāi)?！?/p>

壓下裝置由兩臺(tái)ZZJ816直流電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)組合式斜齒蝸輪蝸桿減速機(jī)帶動(dòng)壓下螺絲上、下移動(dòng)，用以按照壓下規(guī)程調(diào)整軋輥輥縫開(kāi)口度，可在一定程序控制下對(duì)不同規(guī)格的板材進(jìn)行輥縫設(shè)定，裝在蝸桿一端的行程控制器用來(lái)控制壓下螺絲的極限行程。在壓下減速機(jī)軸頭上裝有光電編碼盤，操作側(cè)裝有一個(gè)磁尺進(jìn)行輥縫測(cè)量和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)開(kāi)口度數(shù)字顯示，并為PLC程序提供數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制，壓下電機(jī)依靠機(jī)械同步。

液壓AGC推上缸由液壓缸、位置傳感器、壓力傳感器及控制伺服閥組管路等組成，位于機(jī)架下表面和下支承輥軸承座之間，該裝置是在線厚度控制裝置，具有液壓壓下APC功能，保證高精度、高質(zhì)量軋制，有效地控制板厚公差(主要調(diào)傾斜，控制板型)。

圖2 1 725 mm四輥可逆熱軋機(jī)Fig.2 1 725 mm four-roll reversible hot rolling mill

主傳動(dòng)裝置將主電機(jī)能量傳遞給兩個(gè)軋機(jī)工作輥實(shí)現(xiàn)正常軋制，最大傳動(dòng)力矩1 720 kN·m，每根接軸傳遞的最大扭矩1 671 kN·m。該裝置由三個(gè)法蘭及一根中間軸、十字軸型萬(wàn)向聯(lián)軸器及平衡裝置組成，通過(guò)熱裝將兩個(gè)法蘭緊裝在兩臺(tái)電機(jī)軸上，用緊配合的摩擦力矩傳遞扭矩，在法蘭處設(shè)置兩個(gè)漸近開(kāi)關(guān)，用于軋機(jī)換輥時(shí)的準(zhǔn)確定位扁長(zhǎng)孔在鉛垂方向停車控制。十字軸型萬(wàn)向聯(lián)軸器由扁孔頭部、十字軸及軸承座、法蘭長(zhǎng)軸等組成，采用特殊優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。十字軸鉸鏈采用徑向尺寸極小的滾針軸承體經(jīng)過(guò)精心篩選裝配而成，十字軸軸承座采用高強(qiáng)度螺栓經(jīng)加熱預(yù)緊以保證良好的工作狀態(tài)，扁孔頭的扁孔內(nèi)設(shè)有耐磨襯板，襯板采用軸向止口定位。平衡部分又由上、下軸平衡，由接軸架平衡液壓缸、擺桿、支承臂、軸承座等組成，上接軸平衡缸為活塞缸，缸體鉸接在接軸架上，缸桿鉸連在擺桿上、支承臂一端與擺桿相鉸連，另一端與軸承座鉸連形成一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，下接軸平衡缸缸體鉸連在接軸架上，缸桿頂在下接軸軸承座下面的圓弧形的推力軸承座上，缸桿頭部為一圓柱形的支頭。軸承座與平衡缸桿頭靠重力緊密接觸，且允許擺動(dòng)自位。

快速換輥裝置由工作輥換輥裝置和支撐輥換輥裝置組成，目的是實(shí)現(xiàn)輥系的快速更換。

2.2 液壓設(shè)備

主要包括兩個(gè)液壓站系統(tǒng)(高壓、低壓兩個(gè)系統(tǒng)均有三個(gè)柱塞泵，各自帶一套循環(huán)水冷卻系統(tǒng))和一個(gè)液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)。

(1)低壓系統(tǒng)包括:主軋機(jī)接軸平衡、機(jī)前及機(jī)后導(dǎo)尺、工作輥換輥、支承輥換輥、接軸抱緊與卡板裝置、清輥器、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和剪子等;

(2)高壓系統(tǒng)包括:AGC缸系統(tǒng)、工作輥彎輥缸系統(tǒng)、支撐輥平衡缸系統(tǒng)。尤其是液壓壓下系統(tǒng)由液壓泵站、控制閥臺(tái)、蓄能器過(guò)濾裝置及壓下油缸裝置，每個(gè)壓下油缸裝置上配有壓力傳感器、高精度位移傳感器(MTS)、缸體配有集成閥塊，集成閥塊上安裝有電液伺服閥，安全溢流閥等組件。

(3)液壓潤(rùn)滑系統(tǒng):主要對(duì)熱軋機(jī)的兩個(gè)主電機(jī)的兩端軸承進(jìn)行油膜潤(rùn)滑。

2.3 電氣設(shè)備

該自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括AGC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、全數(shù)字直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)操作顯示系統(tǒng)。

電氣控制系統(tǒng)具有完整的軋機(jī)控制和操作功能，主要有軋制工藝操作控制、軋機(jī)速度控制、液壓系統(tǒng)控制、電動(dòng)壓下位置控制、液壓輥縫自動(dòng)控制等。控制系統(tǒng)對(duì)軋制和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一些實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并整理存儲(chǔ)歸檔，設(shè)有完善的操作及監(jiān)控顯示系統(tǒng)和故障診斷報(bào)警系統(tǒng)。操作室具備軋線設(shè)備監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定、軋件視頻跟蹤、故障診斷、參數(shù)趨勢(shì)分析等多項(xiàng)功能，構(gòu)成簡(jiǎn)潔、方便、友好的人機(jī)界面，為產(chǎn)品質(zhì)量作業(yè)率的提高提供了安全可靠的保證。

(1)電氣傳動(dòng)控制設(shè)備合分閘順序:包含熱軋主機(jī)上下輥電機(jī)(主機(jī)控制柜和主機(jī)勵(lì)磁柜)、壓下電機(jī)、輥道電機(jī)、泵站電機(jī)等的操作說(shuō)明。

(2)AGC操作系統(tǒng):包含主要技術(shù)參數(shù)和人機(jī)畫面(見(jiàn)圖3)的操作說(shuō)明。

該圖為此工程監(jiān)控畫面的主畫面，平時(shí)我們觀察的主要數(shù)據(jù)都在此畫面中，包括軋機(jī)的軋制力、壓力差、兩側(cè)的輥縫、道次顯示、總道次設(shè)定、傾斜設(shè)定值顯示的柱狀圖、上支撐輥的平衡壓力設(shè)定。

3 軋制流程

工藝軋制流程(見(jiàn)圖4、軋制流程圖):加熱爐送出熱板坯，經(jīng)受料輥道、熱風(fēng)加熱爐、中頻爐、工作輥道運(yùn)送至熱軋機(jī)進(jìn)行軋制;經(jīng)過(guò)幾道展寬軋制后，由旋轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)對(duì)板坯進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)，在每道次軋制時(shí)，均由推床進(jìn)行對(duì)中，最終將板材軋制成合格熱軋板。軋制到帶尾，機(jī)組減速軋制，當(dāng)帶尾離開(kāi)軋輥以后機(jī)組停止軋制。由機(jī)后液壓剪對(duì)板材進(jìn)行切尾。將帶材送往精整車間進(jìn)行精整，此時(shí)一個(gè)完整的軋程結(jié)束。

圖3 1 725 mm四輥可逆熱軋機(jī)HMI畫面Fig.3 HMI display of 1 725 mm four-roll reversible hot mill

圖4 軋制流程圖Fig.4 Flow chart of rolling

4 主要工藝特點(diǎn)

1 725 mm四輥可逆鎂板熱軋機(jī)組所軋制的對(duì)象主要是鎂合金，由于鎂合金具有典型的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性低，室溫滑移系少，冷加工成型困難。220℃是其軋制的溫度塑性變形能力的分界點(diǎn)，因此，目前大多數(shù)變形鎂合金都是通過(guò)熱加工的方法生產(chǎn)。其主要工藝特點(diǎn):

(1)要保證開(kāi)軋溫度和終軋溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。開(kāi)軋溫度主要是保證鎂合金具有最大的塑性，有利于晶粒組織細(xì)化;終軋溫度不能降到鎂合金的脆性區(qū)。

(2)要有合理的軋制工藝。軋制時(shí)道次壓下量的分配總體原則是由小變大，由大再變小，所得尺寸的精度和板形要考慮合金的性質(zhì)和狀態(tài)。每塊軋制板坯至少要有兩次軋制大變形，變形率在50%以上，大變形量可以獲得更多的細(xì)化組織，通過(guò)組織結(jié)構(gòu)和硬度變化達(dá)到理想的材料性能要求。

(3)熱軋鎂合金板材產(chǎn)品規(guī)格的厚度在5 mm以上的，最大寬幅在1 600 mm以上，這在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平。

(4)軋制過(guò)程中軋輥的溫度要控制在一定的范圍內(nèi)。溫度過(guò)低，軋輥與鎂合金板材接觸致使板面降溫過(guò)快，不利于板材的晶粒細(xì)化重組;溫度過(guò)高，再加上變形鎂合金的變形熱較大，避免軋件溫升過(guò)快、過(guò)燒導(dǎo)致塑性驟降。

(5)變形鎂合金板材的成材率特別低，板坯本身的熱容性很小，降溫很快，變形量過(guò)大或者不合理時(shí)，容易出現(xiàn)裂邊和表面裂紋。在軋制過(guò)程中的軋機(jī)前后及軋機(jī)本身都要有對(duì)鎂合金板材的保溫設(shè)備。

根據(jù)變形鎂合金的軋制機(jī)理，必須有完善的軋制工藝與精湛的設(shè)備相結(jié)合，才能軋制出高精度、高性能的寬幅鎂合金板材。

5 結(jié)束語(yǔ)

1 725 mm四輥可逆鎂板熱軋機(jī)組是北方重工集團(tuán)所開(kāi)發(fā)研制的軋制高性能寬幅鎂合金板材的成套設(shè)備，該機(jī)組設(shè)備在設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、自動(dòng)化控制等方面都有很高的要求，屬于新產(chǎn)品、新工藝相結(jié)合的典型代表產(chǎn)品，是國(guó)家十二五項(xiàng)目科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(資助號(hào):2010BAF09B01)，在國(guó)內(nèi)屬于第一套。該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中受到了用戶很高的評(píng)價(jià)，為銀河鎂業(yè)帶來(lái)了可觀效益，所軋板材已成功出口美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家;所生產(chǎn)的蝕刻板在國(guó)內(nèi)及國(guó)外也有一定的市場(chǎng)。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，市場(chǎng)前景廣闊，相信進(jìn)行該成套設(shè)備的系列開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，以滿足國(guó)家對(duì)高性能寬幅鎂合金板材的需求，將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

［1］徐河，劉靜安，謝水生.鎂合金制備與加工技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］L.R金茲伯格·馬東清［譯］.板帶軋制工藝學(xué)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2003.

［3］全躍主編 鎂質(zhì)材料生產(chǎn)與應(yīng)用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2008.