國(guó)產(chǎn)雙機(jī)架冷連軋機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用

陳春燦，趙景申，婁建亭

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

中國(guó)鋁加工產(chǎn)業(yè)存在著生產(chǎn)設(shè)備與國(guó)外有較大差距的現(xiàn)實(shí)，尤其是在鋁加工冷連軋技術(shù)方面。2006年以來(lái)，中國(guó)鋁加工業(yè)逐漸熟悉并掌握了冷連軋生產(chǎn)技術(shù)，并在雙機(jī)架冷連軋機(jī)的自主研發(fā)方面做出了顯著的成績(jī)。

1 冷連軋機(jī)的特點(diǎn)

1.1 技術(shù)先進(jìn)，高效穩(wěn)定

冷連軋是鋁加工的尖端生產(chǎn)技術(shù)，只有少數(shù)國(guó)家的高精度鋁板帶企業(yè)采用多機(jī)架的冷連軋生產(chǎn)線。其核心技術(shù)只有國(guó)外屈指可數(shù)的幾個(gè)公司掌握。冷連軋機(jī)生產(chǎn)的板帶產(chǎn)品性能穩(wěn)定，具有質(zhì)量好、成品率高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 價(jià)格昂貴

冷連軋生產(chǎn)線因其技術(shù)含量高，整套設(shè)備價(jià)格高。如中鋁西南鋁業(yè)2006年從德國(guó)引進(jìn)的2000mm雙機(jī)架冷連軋機(jī)組，價(jià)格在3億人民幣以上。

2 雙機(jī)架冷連軋機(jī)在國(guó)內(nèi)外鋁加工業(yè)的應(yīng)用情況

冷連軋機(jī)在國(guó)外主要由少數(shù)大型鋁加工企業(yè)使用，截止到2004年底全世界有各類鋁帶冷連軋生產(chǎn)線36條，其中19條為雙機(jī)架冷連軋生產(chǎn)線，其余為3機(jī)架或5機(jī)架及6機(jī)架，以美國(guó)居多。雙機(jī)架軋機(jī)中18條為4輥，僅日本神戶鋼鐵公司真岡軋制廠的一條為CVC 6輥。但從軋機(jī)的具體生產(chǎn)情況分析，以雙機(jī)架最為適合多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模及品種要求，既能滿足20～30萬(wàn)t/a的產(chǎn)量需求，又能結(jié)合其它冷軋機(jī)靈活安排軋制道次。具體的雙機(jī)架冷連軋機(jī)情況如表1所列。

表1 國(guó)外鋁加工企業(yè)的雙機(jī)架冷連軋機(jī)組

冷連軋機(jī)在國(guó)內(nèi)鋁加工行業(yè)的應(yīng)用自2006年始，屬引進(jìn)國(guó)外設(shè)備及技術(shù)。主要有亞洲鋁業(yè)的1727mm 5機(jī)架冷連軋線、中鋁公司的2000mm CVC雙機(jī)架冷連軋線及南山鋁業(yè)2300mm 3機(jī)架冷連軋線。

亞洲鋁業(yè)集團(tuán)肇慶工業(yè)園的1727mm 5機(jī)架冷連軋線，是從美國(guó)購(gòu)買的二手設(shè)備，由西馬克公司進(jìn)行全盤現(xiàn)代化技術(shù)改造，2008年進(jìn)入生產(chǎn)階段。是國(guó)內(nèi)鋁加工行業(yè)的第一條冷連軋生產(chǎn)線。

中鋁公司西南鋁冷連軋板帶有限公司的2000mm CVC雙機(jī)架冷連軋線由西馬克公司設(shè)計(jì)制造。自動(dòng)化控制系統(tǒng)由ABB公司提供，第二機(jī)架的最大軋制速度1600m/min，主電機(jī)功率各為4000kW，最大軋制力各2000kN，產(chǎn)品最薄厚度0.15mm。是20世紀(jì)90年代中期以來(lái)全世界建的首條全新的雙機(jī)架生產(chǎn)線。

南山鋁業(yè)2300mm 3機(jī)架冷連軋線，同樣由ABB公司提供自動(dòng)化解決方案。

還有一條雙機(jī)架冷連軋生產(chǎn)線，是巨科鋁業(yè)有限公司從寶山鋼鐵公司購(gòu)買的一套二手鋼帶生產(chǎn)線改造而來(lái)。

3 首臺(tái)國(guó)產(chǎn)雙機(jī)架冷連軋機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

國(guó)內(nèi)完全自主設(shè)計(jì)制造的全新冷連軋生產(chǎn)線于2008年開(kāi)始研發(fā)，2010年3月投產(chǎn)，由中色科技股份有限公司研制，用戶是全球最大復(fù)合鋁帶箔生產(chǎn)商——瑞典薩帕鋁業(yè)在上海的全資子公司。

中色科技股份有限公司研發(fā)的1700mm雙機(jī)架不可逆冷連軋機(jī)組，密切關(guān)注設(shè)備的綜合性能，不斷從理論基礎(chǔ)及應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，對(duì)其先進(jìn)性、穩(wěn)定性、環(huán)保性、安全性、后期維護(hù)方便性等各方面進(jìn)行考量，不斷優(yōu)化。

同時(shí)，中色科技股份有限公司通過(guò)該雙機(jī)架不可逆冷連軋機(jī)組的成功應(yīng)用，在雙機(jī)架鋁帶冷連軋機(jī)的各設(shè)備本體功能、關(guān)鍵部件的開(kāi)發(fā)、工藝流程的設(shè)計(jì)等方面積累了第一手設(shè)計(jì)資料與經(jīng)驗(yàn)、扎實(shí)可靠的工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握了鋁帶冷連軋機(jī)尤其是雙機(jī)架技術(shù)的多項(xiàng)研究成果，設(shè)備設(shè)計(jì)水平接近國(guó)外同類產(chǎn)品水平，機(jī)組中被授權(quán)專利保護(hù)的項(xiàng)目及公司專有技術(shù)十多處。該設(shè)備機(jī)組立面示意圖如圖1所示。

圖1 軋機(jī)立面示意圖

3.1 機(jī)組主要性能參數(shù)

3.1.1 主要工藝參數(shù)

主要軋制材料：1×××、 3×××、 5×××、 8×××鋁合金及復(fù)合帶。

來(lái)料規(guī)格：

厚 度：4 mm

縱向厚差：≤±2%mm

橫向厚差：≤±1.5%mm

寬 度：900～1500 mm

卷材內(nèi)徑： Φ510mm(不帶套筒)

Φ565mm(帶套筒)

卷材外徑：Φ1850mm(max)

卷 重：10000kg(max)

成品規(guī)格：

厚 度：0.2 mm(實(shí)際生產(chǎn)中，最薄至0.15～0.17mm)

寬 度：900～1500mm

卷材內(nèi)徑：Φ565mm(帶套筒)

卷材外徑：Φ1850mm (max)

卷 重：10000kg(max)

3.1.1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

軋機(jī)類型：雙機(jī)架4輥不可逆冷連軋機(jī)

軋機(jī)規(guī)格：Φ400/Φ1100mm×1700mm

單機(jī)架道次壓下率：20%～60%

軋制速度： 1500 m/min

穿帶速度：12～30 m/min

最大軋制力：16000kN

額定輸出力矩： C1：160 kN·m

C2：120 kN·m

主機(jī)電機(jī)功率：各機(jī)架為3200kW

開(kāi)卷張力：2.5～120kN

卷取張力：1.5～40kN

軋制方向：從右到左

軋制線標(biāo)高：+2900mm

工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)：煤油基潤(rùn)滑介質(zhì)

3.2 機(jī)組設(shè)備組成

機(jī)組主要由生產(chǎn)設(shè)備、輔助系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及主要生產(chǎn)工具組成。

3.2.1 生產(chǎn)設(shè)備

開(kāi)卷機(jī)，對(duì)中檢測(cè)裝置，軋機(jī)入口裝置，4輥不可逆冷軋機(jī)C1，機(jī)架間裝置，4輥不可逆冷軋機(jī)C2，軋機(jī)出口裝置卷取機(jī)，皮帶助卷器，上卷車，卸卷車及稱重裝置，專用上套筒裝置，專用卸套筒裝置，本體儲(chǔ)運(yùn)輥道裝置，卷材自動(dòng)對(duì)高對(duì)寬裝置，套筒返回裝置，殘卷處理裝置，工作輥換輥裝置，高架平臺(tái)，軋機(jī)排煙系統(tǒng)(C1+C2一體化排煙罩)，自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)輥道裝置。

3.2.2 輔助系統(tǒng)

壓上液壓系統(tǒng)，彎輥平衡液壓系統(tǒng)，輔助液壓系統(tǒng)，CPC液壓系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)(用戶提供氣源)，工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)及稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)，油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)(煙霧回收裝置)，CO2自動(dòng)滅火系統(tǒng)，煙霧回收系統(tǒng)。

3.2.3 電控系統(tǒng)

電氣控制與自動(dòng)化系統(tǒng)，工藝自動(dòng)化AGC、AFC系統(tǒng)。

3.3 機(jī)組裝機(jī)水平及創(chuàng)新點(diǎn)

(1)機(jī)列設(shè)備功能齊全,力能參數(shù)合理，自動(dòng)化程度高

綜合考慮產(chǎn)品性能，設(shè)計(jì)各傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)及力能參數(shù)，分析了各種操作模式進(jìn)行自動(dòng)軋制的控制設(shè)計(jì)，涵蓋了從帶材的自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)、上卷、開(kāi)卷、帶頭咬入輥縫、機(jī)架間裝置、出口裝置的穿帶操作、帶材的卷取、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)套筒返回的專用機(jī)構(gòu)、各監(jiān)控及輔助設(shè)施的操作和故障診斷、報(bào)表打印以及人員設(shè)備的安全、環(huán)境保護(hù)、廢油回收等過(guò)程和細(xì)節(jié)。

機(jī)組配置了2臺(tái)激光測(cè)速儀，2套板型輥及張力計(jì)，使機(jī)組具有精準(zhǔn)的張力和速度檢測(cè)單元，完善的機(jī)架間協(xié)調(diào)控制及板形自動(dòng)控制系統(tǒng)。液壓壓下及彎輥系統(tǒng)，采用伺服控制，板形及厚控精度高。主傳動(dòng)采用交流傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、過(guò)載能力大，動(dòng)態(tài)控制特性優(yōu)良。開(kāi)卷卷取采用直流傳動(dòng)，性能穩(wěn)定。傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用ABB公司的裝置，有完善的保護(hù)功能。上卷高度、寬度自動(dòng)對(duì)中，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上卷。開(kāi)卷側(cè)采用CPC自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，保證控制精度。

機(jī)組具備將空套筒從開(kāi)卷側(cè)的卸套筒裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至卷取側(cè)上套筒裝置的功能。配置的專用上、卸套筒裝置、自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)輥道及自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)上、卸套筒，對(duì)輥道上的每個(gè)儲(chǔ)料位均有智能判斷功能，會(huì)自動(dòng)檢測(cè)是否有托盤在其上面，并判斷托盤上有無(wú)料卷。在卷取側(cè)，會(huì)自動(dòng)將卸下的料卷吊走送至自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)冷卻，將空托盤送入取卷通道；在開(kāi)卷側(cè)，會(huì)自動(dòng)將空托盤送入上卷通道并將倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的待軋料卷放至托盤上。每個(gè)料卷只要進(jìn)入冷連軋機(jī)的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，就始終處于受控狀態(tài)，其各種生產(chǎn)參數(shù)等數(shù)據(jù)均可報(bào)表打印。機(jī)組配置自動(dòng)稱重裝置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重，預(yù)留全自動(dòng)打捆功能?？杀ＷC在正常軋制過(guò)程中進(jìn)行工藝潤(rùn)滑過(guò)濾系統(tǒng)的換紙及吹掃操作；

(2)機(jī)組采用各種安全設(shè)計(jì)措施，便于維護(hù)并確保安全性

上卷小車及卸卷小車地溝采用防墜卷設(shè)計(jì)及全封閉式設(shè)計(jì)，保證在任何情況下不會(huì)發(fā)生鋁卷墜落入地溝及砸壞小車的事故，杜絕了操作及維護(hù)人員墜落地溝的危險(xiǎn)，同時(shí)避免雜物掉入地溝成為火災(zāi)引燃物。

軋機(jī)配置斷帶自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)各移動(dòng)部件及裝置設(shè)計(jì)有維護(hù)用安全銷結(jié)構(gòu)。

對(duì)于節(jié)省占地面積的高架式套筒轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，在套筒轉(zhuǎn)運(yùn)通道下方設(shè)置安全網(wǎng)，保護(hù)人員及設(shè)備的安全。

對(duì)操作區(qū)域、地溝和地下室設(shè)置圍欄及光柵保護(hù)，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置監(jiān)控頭，并將以上信號(hào)全部送入主操室顯示并儲(chǔ)存，從而提高實(shí)時(shí)的人員安全狀態(tài)。

地下逃生通道為雙通道設(shè)計(jì)，使各類人員在遇到緊急情況時(shí)，均能快速安全撤離現(xiàn)場(chǎng)。

機(jī)組這種設(shè)計(jì)利于操作、便于維護(hù)，有效減少各種人員設(shè)備傷害事故。

同時(shí)軋機(jī)采用高架設(shè)計(jì)，卷材始終在地面以上，便于帶卷運(yùn)輸與設(shè)備維護(hù)。輔助穿帶的過(guò)渡導(dǎo)板與入口移動(dòng)機(jī)架間利用連桿原理關(guān)聯(lián)，既減少油缸使用量，使控制系統(tǒng)大幅簡(jiǎn)化，操作人員減少操作步驟，又保證不會(huì)誤動(dòng)作損壞設(shè)備。機(jī)組總體設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留維護(hù)空間，保證維護(hù)人員在設(shè)備檢修維護(hù)過(guò)程中可以方便、安全的全身心投入，極大提高效率；

(3)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)可靠，簡(jiǎn)單實(shí)用

生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，既決定了設(shè)備的利用率，還在一定程度上影響著銷售部門的工作。因此必須高度關(guān)注設(shè)備的可靠性，基于此，進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，達(dá)到簡(jiǎn)單可靠實(shí)用，甚至一體化設(shè)計(jì)(一物多用)，從而避免因設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成性能不穩(wěn)定。例如開(kāi)卷機(jī)壓輥裝置，不僅起到防止帶卷松散的作用，還能保證對(duì)帶材料頭進(jìn)行矯直的作用；軋機(jī)工作輥換輥裝置，能進(jìn)行橫向移動(dòng)，利用一套小車滿足兩臺(tái)主機(jī)的快速換輥功能；將機(jī)組中很多起增強(qiáng)剛性的梁架等結(jié)構(gòu)，作為各流體或電氣線路的通道等，均實(shí)現(xiàn)了一物多用的目的。

開(kāi)卷機(jī)及卷取機(jī)采用特殊的卷筒結(jié)構(gòu)，性能更穩(wěn)定，杜絕了普通卷筒十字軸頭拉斷的可能。

在鋁加工中首次使用蝸流式對(duì)中檢測(cè)裝置，既給板型輥送出帶材的邊部信號(hào)，優(yōu)化板型控制，又可作為料頭通過(guò)的導(dǎo)板裝置。

針對(duì)軋輥裝置，從軸承箱、軋輥到傳動(dòng)軸，均采用多項(xiàng)專利設(shè)計(jì)及公司的專有技術(shù)，確保軋輥裝置的技術(shù)先進(jìn)性和生產(chǎn)穩(wěn)定性。對(duì)四大減速箱采用特有的軸承設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使傳動(dòng)更穩(wěn)定有效，軸承壽命更長(zhǎng)；

(4)節(jié)能環(huán)保性

機(jī)組設(shè)計(jì)高度考慮節(jié)約資源，力求綠色環(huán)保，高效利用各種能源。對(duì)液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)選用與軋制工藝潤(rùn)滑介質(zhì)相同，避免油缸、管路泄漏造成介質(zhì)污染。考慮軋機(jī)來(lái)料有工藝數(shù)據(jù)，在軋機(jī)的入口裝置中沒(méi)有配置進(jìn)口測(cè)厚儀，節(jié)省投資。針對(duì)生產(chǎn)要求，以秒級(jí)的精準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)小車升降，減少上卸卷的輔助時(shí)間。為機(jī)組配置了軋制油廢油回收再生利用系統(tǒng)，不僅作到對(duì)軋機(jī)區(qū)域的油霧回收，還對(duì)帶材邊部碎切傳送系統(tǒng)進(jìn)行油霧回收，充分減少油霧對(duì)環(huán)境的影響，使資源利用率極大提升。

軋輥軸承座為強(qiáng)制冷卻，并配合軸承潤(rùn)滑采用油氣潤(rùn)滑技術(shù)，改善軸承使用環(huán)境，增加其使用壽命。

利用一套小車滿足兩臺(tái)主機(jī)的快速換輥功能，節(jié)省設(shè)備投資。CO2滅火系統(tǒng)設(shè)置為高低壓組合式，并有自動(dòng)和手動(dòng)模式，以適應(yīng)不同情況，降低使用成本。

另外，前述的利用連桿原理關(guān)聯(lián)的過(guò)渡導(dǎo)板，因充分利用設(shè)備在工作位及非工作位狀態(tài)的特點(diǎn)，使油缸利用率提高而減少了油缸使用量；CO2系統(tǒng)的高低壓設(shè)計(jì)、套筒轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的高架設(shè)計(jì)，減少土地面積的占用等都是節(jié)約資源的體現(xiàn)；

(5)技術(shù)前瞻性

設(shè)計(jì)中充分考慮技術(shù)進(jìn)步因素引起的設(shè)備損耗，對(duì)整個(gè)機(jī)組預(yù)留了升級(jí)改造的空間。

考慮技術(shù)進(jìn)步可能會(huì)引起設(shè)備改造，設(shè)計(jì)初就對(duì)機(jī)組設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行了萬(wàn)能性的設(shè)計(jì)，即便是電機(jī)、減速箱、設(shè)備單體要改造更換，也無(wú)需損壞土建基礎(chǔ)。

將軋機(jī)進(jìn)行魔方式設(shè)計(jì)，進(jìn)行功能塊式組合，既便于軋機(jī)安裝調(diào)試，也便于軋機(jī)的升級(jí)改造。

旋轉(zhuǎn)式排煙罩設(shè)計(jì)，保證了當(dāng)需要對(duì)入口裝置及出口裝置維修改造時(shí)，能方便的將排煙罩弱旋轉(zhuǎn)90°，以利用車間的行車輔助各種操作。

限于項(xiàng)目資金投入及僅為滿足目前生產(chǎn)要求的因素，軋機(jī)的入口沒(méi)有配置測(cè)厚儀，但考率以后來(lái)料情況的變化，在設(shè)計(jì)中預(yù)留了測(cè)厚儀的安裝位置。

4 國(guó)產(chǎn)雙機(jī)架冷連軋機(jī)應(yīng)用成效

4.1 效率高

經(jīng)用戶生產(chǎn)實(shí)踐證明，國(guó)產(chǎn)雙機(jī)架4輥不可逆鋁帶冷連軋機(jī)采用高性能的厚度及板型控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一步升速，軋制速度1500m/min，單卷輔助時(shí)間小于8min(含加減速時(shí)間)，而國(guó)內(nèi)外軋機(jī)一般為7～10min(不含加減速時(shí)間)。

4.2 生產(chǎn)穩(wěn)定性好

本機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行開(kāi)機(jī)率在96%以上，綜合產(chǎn)品成品率達(dá)到98%，最小成品厚度0.2mm時(shí)，板型小于±8I，厚差±0.003mm，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

5 總結(jié)

國(guó)產(chǎn)雙機(jī)架4輥不可逆冷連軋機(jī)的成功應(yīng)用，表明我國(guó)的鋁加工裝備已跨入國(guó)際先進(jìn)水平的行列，但仍應(yīng)加快創(chuàng)新步伐，不斷改進(jìn)革新，減少進(jìn)口元器件，提高自動(dòng)化控制水平，使設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化科技含量更高。