淺議“1+4”熱連軋負(fù)荷試車技術(shù)

王進(jìn)良

(河南中孚實業(yè)股份有限公司，河南 鞏義 451200)

1 試車前的準(zhǔn)備工作

①設(shè)備安裝及相關(guān)土建工程完畢。全套設(shè)備(機械、液壓、電氣、設(shè)備潤滑、工藝潤滑、排風(fēng)等系統(tǒng))經(jīng)無負(fù)荷試運轉(zhuǎn)(單機和聯(lián)動)運行正常，控制到位，參數(shù)設(shè)定符合設(shè)計及使用要求。公輔設(shè)施已正常運行，高低壓配電運行正常，可正式供電；壓縮空氣、冷卻水及通風(fēng)設(shè)施等可正常送到設(shè)備各用電點。主、副操及各專業(yè)運行人員配置到位，并經(jīng)培訓(xùn)完畢符合上崗條件，對該機組的特點及操作方法已基本熟悉。軋制試車前的各項急停、快停測試全部達(dá)到設(shè)計要求，滿足設(shè)備安全運行的要求。

②試車用的鑄錠備齊，鋸切頭尾(尤其是切除頭部很重要，因鑄錠頭部大多存在氣孔和疏松等缺陷，易粘在軋輥上并在帶材表面留下壓痕)并經(jīng)過銑面；液壓站油箱、設(shè)備潤滑站油箱以及工藝?yán)鋮s潤滑站的乳化液箱等液位、溫度符合設(shè)計要求，設(shè)備潤滑點均已加足潤滑油(脂)，在立推爐正式出料前，要啟動所有介質(zhì)系統(tǒng)，乳液要提前對工作輥進(jìn)行噴淋預(yù)熱，并開始對粗軋機和精軋機進(jìn)行模擬軋制，確認(rèn)系統(tǒng)穩(wěn)定后，再進(jìn)行出料軋制；

③生產(chǎn)工人使用的輔助工具已經(jīng)備齊，天車，吊具及鋁板吊裝工具，切割機，隔熱板等準(zhǔn)備充足；必要的檢測工具(如接觸式測溫計及非接觸式測溫計，游標(biāo)卡尺等)齊全；

④由用戶、設(shè)計方及安裝單位三方成立“負(fù)荷試車領(lǐng)導(dǎo)小組”，并由用戶作為試車負(fù)責(zé)單位。負(fù)責(zé)編制試車大綱及試車計劃進(jìn)度表，審查軋制表；領(lǐng)導(dǎo)、指揮召集調(diào)度試車人員；對試車過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論、分析，最后寫出試車總結(jié)。為了應(yīng)對試車過程中的突發(fā)情況，各工序間的通訊聯(lián)絡(luò)工具、人員各就各位。

2 熱軋過程中的主要技術(shù)問題

2.1 鑄錠加熱溫度

鑄錠開軋溫度一般應(yīng)控制在0.65～0.95合金固相線溫度范圍之內(nèi)。最佳開軋溫度需根據(jù)軋機性能、合金品種及成品板材狀態(tài)或用途不同而異。

對于投入負(fù)荷試車的新軋機，由于軋輥處于冷狀態(tài)，在軋制開始時，其鑄錠出爐溫度應(yīng)取允許溫度范圍的最高值；而當(dāng)軋輥逐漸熱起來以后，開軋溫度可取偏低值。嚴(yán)格控制鑄錠的加熱溫度對軋制是有益的。在控制鑄錠加熱溫度的同時，還應(yīng)注意鑄錠本身的溫差，經(jīng)加熱保溫后出爐的鑄錠縱向及橫向溫度應(yīng)是基本均勻的，其溫差應(yīng)控制在±5℃以內(nèi)。

2.2 熱軋溫度

熱軋是在金屬再結(jié)晶溫度以上的軋制過程，而再結(jié)晶是一個動力學(xué)過程，包括軋制中的動態(tài)再結(jié)晶，卷取后的準(zhǔn)動態(tài)及靜態(tài)再結(jié)晶。在軋制過程中要確定合理的熱軋溫度范圍，一般應(yīng)考慮5個方面的因素：

(1)合金的相圖

合金的相圖能夠初步給出熱軋溫度范圍。通常熱軋溫度的上限取合金固相線溫度的85%～90%，下限取金屬固相線溫度的65%～70%。合金的相圖只能大概給出熱軋溫度范圍，至于確定多高溫度為宜，尚需參考合金的塑性圖，并且還需考慮軋件組織結(jié)構(gòu)的具體要求。

(2)金屬或合金的塑性圖

塑性圖是金屬或合金的塑性在高溫下隨變形狀態(tài)和加載方式而變化的綜合曲線圖。合金的塑性圖能夠給出金屬或合金的最高溫度塑性的溫度范圍，它是確定熱軋溫度的主要依據(jù)。塑性圖不能反應(yīng)熱軋終了時金屬組織與性能。因此，還必須依據(jù)第二類再結(jié)晶圖確定熱粗軋及終軋溫度。

(3)第二類再結(jié)晶圖

第二類再結(jié)晶圖是金屬或合金的變形程度、變形溫度和晶粒大小之間的關(guān)系圖。為了控制熱軋后的產(chǎn)品組織與性能，熱粗軋終了溫度要參考第二類再結(jié)晶圖來確定，以保證得到合適的晶粒度。

(4)軋制過程中的溫度變化

在整個軋制過程中，軟合金隨著軋制道次的增加，通過熱傳導(dǎo)和表面散熱，軋件的溫度逐漸降低。尤其是最后二個道次粗軋完成后，中間坯的厚度大約40mm, 長度達(dá)到120多米，散熱面積很大，溫降很快。硬合金在軋制過程中會產(chǎn)生相當(dāng)部分金屬變形及摩擦熱。這些熱量與金屬的變形程度和變形速度直接關(guān)系，即伴隨變形程度及變形速度的增加及增大，需通過乳化液壓力及軋制速度控制軋件的溫度。

(5)終軋溫度

終軋溫度對四機架精連軋來說，是指最后一個機架出口處的軋件溫度。這一溫度應(yīng)控制在合金的再結(jié)晶溫度以上，可保證產(chǎn)品具有所需的性能與組織?？刂坪侠淼慕K軋溫度非常重要，而對于某些特殊用途的材料更有著嚴(yán)格規(guī)定。終軋溫度也不易過高，過高會使軋件晶粒粗大，不能獲得所需要的性能。當(dāng)然，終軋溫度太低也不好，會使軋件的加工硬化加劇，而且也無法保證平整的板形，會給以后的冷軋生產(chǎn)帶來麻煩。軋機從開軋溫度到終軋溫度，其變形抗力要提高一倍以上。一般情況下，在保證終軋溫度的前提下，加工硬化和軟化是同時進(jìn)行的,最后所獲得的是軟化狀態(tài)的帶坯。因此可以說終軋溫度對熱軋生產(chǎn)是很重要的，它直接影響后步工序和產(chǎn)品質(zhì)量。

四連軋機架出口處配置有非接觸式高溫計，可以隨時獲取帶材溫度，返回給控制系統(tǒng)，進(jìn)行溫度閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)會自動對軋機的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保軋件出口溫度達(dá)到所需的目標(biāo)。

2.3 軋制速度

2.3.1 穿帶及拋尾

為確保粗軋順利咬入，粗軋咬入速度分別控制在1.2m/s,1.5m/s,1.8m/s, 2.2m/s,經(jīng)驗證試車粗軋咬入速度控制在1.8m/s能順利咬入。精軋試車F1～F4分別為0.37m/s，0.60m/s，1.06m/s,1.93m/s既便于控制又可減輕料頭上翹、下彎，避免碰撞出口導(dǎo)衛(wèi)板和纏輥，料頭一旦順利穿過F4輥縫進(jìn)入卷取機便可以正常提速。

拋尾是指連軋軋制到接近尾料時的速度，此時要適當(dāng)?shù)亟档蛙堉扑俣龋饕潜苊廛埣伋霎惓?，同時高速停車或降速太大對電機及控制系統(tǒng)均不利，易產(chǎn)生顛簸振動。初次負(fù)荷試車F1～F4拋尾速度分別為0.219m/s，0.37m/s，0.6m/s，1.128m/s。

2.3.2 正常軋制速度

(1)粗軋軋制

粗軋道次的軋制分三個階段合理控制：①開始軋制時為有利于咬入，軋制速度控制較低且壓下率較少；②中間階段穩(wěn)定軋制，軋制速度較高及壓下率較大；③最后2～3個道次軋制速度降低且壓下率變小。

在開始及最后道次采用恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速，因粗軋電機額定頻率7Hz，額定轉(zhuǎn)速35r/min，而SM150變頻器所控制主電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為0～100 r/min。在穩(wěn)定階段軋制速度可以超過主電機對應(yīng)基頻下的軋制速度，采用恒功率調(diào)速軋制，可以有效地控制軋件溫度。

(2)連軋軋制

確定連軋速度主要考慮以下兩個因素：

①確定連軋速度時必須考慮機架間的秒流量和機架間的張力，各個連軋機架的速度必須匹配。

②確定連軋速度時必須考慮軋件的終軋溫度，通常根據(jù)速度和溫度之間的關(guān)系來確定。用Z參數(shù)描述。Z參數(shù)與軋制溫度T及形變速度ε之間關(guān)系如下：

Z=εeQ ︳R T

式中，Z為Zener -Holloman參數(shù)；Q為控制軟化過程的激活能；R為氣體常數(shù)。

不同的合金達(dá)到各自的Z參數(shù)臨界值，再結(jié)晶發(fā)生。

因精軋電機額定頻率6.5Hz，額定轉(zhuǎn)速130r/min，而SM150變頻器所控制主電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為0～420 r/min，故采用恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速。因在連軋下軋件已進(jìn)入終軋前道次，軋件較長、較薄、降溫較快，在溫度控制未正常前，通過合理控制軋制速度及乳液壓力，確保軋件的終軋溫度能夠控制在合金的再結(jié)晶溫度以上。能否選擇合適的軋制速度、乳液系統(tǒng)參數(shù)，取決于熱軋機設(shè)備、工藝狀態(tài)及主操人員的技術(shù)水平。

2.4 熱軋壓下制度

熱軋壓下制度主要是熱軋的總加工率和道次加工率的確定。合理的壓下制度應(yīng)該滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的要求，充分發(fā)揮熱軋的特點，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果。通常是在保證質(zhì)量的前提下，當(dāng)金屬塑性及設(shè)備能力允許時，盡量采用大的加工率，減少軋制道次。

2.4.1 總加工率的確定原則

鋁及鋁合金熱軋總加工率可達(dá)到90%以上。總加工率愈大，材料的組織愈均勻，性能愈好。當(dāng)鑄錠厚度和設(shè)備條件已確定時，熱軋總加工率的確定原則是：①合金材料的性質(zhì)。純鋁及軟鋁合金，其高溫塑性范圍較寬，熱脆性小、變形抗力小，因而其總加工率大；硬合金熱軋溫度范圍窄，熱脆性傾向大，其總加工率通常比軟鋁合金??；②滿足最終產(chǎn)品表面質(zhì)量和性能的要求。供給冷軋的坯料，熱軋總加工率應(yīng)滿足冷變形量，以利于控制產(chǎn)品性能和獲得良好的冷軋表面質(zhì)量；對熱軋產(chǎn)品，熱軋總加工率的下限應(yīng)使鑄造組織變?yōu)榧庸そM織，以便控制產(chǎn)品性能；③軋機能力及設(shè)備條件。軋機最大工作開口度和輥道長度的限制；④鑄錠尺寸及質(zhì)量，鑄錠厚且質(zhì)量好，加熱均勻，熱軋總加工率相應(yīng)增大。

2.4.2 道次加工率的確定原則

道次加工原則要保證軋制過程順利進(jìn)行；減少軋件的不均勻性變形，保證產(chǎn)品尺寸精度與板形要求；實現(xiàn)安全生產(chǎn)，充分發(fā)揮設(shè)備能力。確定道次加工原則要考慮以下條件限制：

(1)金屬塑性的限制

金屬的塑性是限制壓下量的一個因素，若道次壓下量超過金屬所能承受的最大變形程度，則金屬就要產(chǎn)生裂紋或裂邊。一般情況下，純鋁和軟鋁合金的最大道次壓下率可達(dá)80%以上，硬鋁合金的最大道次壓下率可達(dá)50%以上。實踐表明，若道次壓下率允許超過50%，那么金屬的塑性就就不是限制道次壓下量的主要因素。

(2)咬入條件的限制

根據(jù)自然咬入條件，只有當(dāng)咬入角α小于摩擦角β時，軋件才能進(jìn)入輥縫建立起軋制過程。因此，道次壓下量Δh應(yīng)小于最大咬入角αmax所確定的最大壓下量Δhmax。通常實際壓下時，咬入角≤20°。

(3)沿厚度盡量滿足均勻變形幾何條件

(4)軋輥強度條件的限制

由道次壓下量Δh所確定的軋制力P應(yīng)小于軋機所允許的最大壓力Pmax。

(5)主電機能力的限制

根據(jù)道次壓下量計算出軋制力和軋制力矩，來校核主電機的溫度升條件和過載能力。

校核電機的溫升條件為：

Mjum≤Me

校核電機的過載條件為：

Mmax≤KGMe

式中，Mjum為等效電矩，Me為電機額定力矩，Mmax為軋制周期內(nèi)最大力矩，KG為電機允許過載系數(shù)。

2.4.3 道次壓下率

⑴開軋

第一道次采用大壓下量咬入對任何一臺軋機都有一定困難，易產(chǎn)生打滑。通常采用第一道次較小壓下量的方式來避免咬入困難。但是試車過程中，對于軋機軋制線高度的合理調(diào)整也極為重要。通常軋制線的高度不是一個固定的數(shù)值，軋機設(shè)計的軋制線高度為一個名義數(shù)值；需要根據(jù)每個道次的壓下量來進(jìn)行計算。現(xiàn)場生產(chǎn)實踐證明：對于西馬克設(shè)計的熱軋機，試車合金第一道次壓下量壓下率控制15～22%范圍內(nèi)為宜，可以實現(xiàn)順利咬入。

⑵從第二道次起到150mm中間坯的各道次

從第二道次起咬入變得相對容易，可以考慮發(fā)揮軋機的最大能力，道次壓下率可控制在40～50%范圍內(nèi)。在重剪切頭尾之間，要嚴(yán)格控制好頭部的翹曲，避免中間坯對于輥道的沖擊，造成嚴(yán)重的粘鋁想象。

⑶軋件厚度150mm至中間坯各道次

道次壓下率可控制在25～40%范圍內(nèi)，有利于控制板形質(zhì)量及軋制溫度。

⑷從中間坯至四機架軋卷取壓下量

對于四機架連軋機來說，由于軋件溫度下降加快，變形抗力隨之增加，板形也難以控制，對于初次負(fù)荷試車合金，F(xiàn)1～F4加工率分配要結(jié)合軋制力分配，滿足軋制力線性分布。

2.5 張力

在四機架連軋過程中，各機架之間同時通過一個軋件而相互聯(lián)系成為一個整體，張力在機架與卷取之間起著非常重要的作用。機架張力對PFC板形控制非常重要，卷取張力確定應(yīng)小于帶材屈服強度，一般采用經(jīng)驗方法確定，本次試車張力TR1、TR2、TR3、DC分別為4.5N/mm2、6N/mm2、7.5N/mm2、14N/mm2。

2.6 軋輥表面粗糙度

粗軋工作輥的表面粗糙度對軋件的咬入有直接影響，特別對于粗軋機的咬入極為重要。初次負(fù)荷試車選定粗軋工作輥表面粗糙度控制在Ra 1.5～2.0μm ，精軋機工作輥Ra 0.8～1.3μm，支撐輥Ra 1.5～2.0μm范圍內(nèi)對正常軋制可行，可有效地防止打滑。為了精軋機的咬入，采取了在F1機架輥縫處備用“噴煤油”的方式，提高軟合金咬入成功率。

2.7 乳液

鋁熱軋是軋件與軋輥處于高溫、高壓、高摩擦條件下的軋制過程。鋁熱軋通常是用乳液進(jìn)行潤滑和冷卻。乳化液是控制鋁及鋁合金板材咬入、板形和粘鋁、色差等表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素。為實現(xiàn)板材在軋制時良好咬入，熱粗軋要有良好的冷卻穩(wěn)定性能，通過控制乳化液噴射量控制軋輥在一定范圍內(nèi)；熱軋機組乳化液多采用乳液分段分級控制，根據(jù)板帶板形需要控制相應(yīng)的輥型；乳液的冷卻性能和均勻性是控制軋輥粘鋁和色差產(chǎn)生的重要因素。同時，乳化液也用作輥道潤滑，鑄錠入口清洗、剪刀潤滑等， 要實現(xiàn)這些功能，就須建立一套符合上述要求的乳化液控制系統(tǒng)。

乳液類型分兩大類，一類是離子型乳化液，另一類是非離子型乳化液。離子型乳化液的主要成是礦物油、胺皂類物質(zhì)和脂肪酸等。非離子型乳化液是一種合成物質(zhì)，是醇、酚與環(huán)氧(丙烷)反應(yīng)得到的含羥基生成物。離子型乳化液由于含有胺皂和脂肪酸，易產(chǎn)生繁殖細(xì)菌，使用時需加入殺菌劑。非離子型乳化液不含胺皂和脂肪酸，不易產(chǎn)生和繁殖細(xì)菌，屬于無皂乳化液。本次試車以非離子型乳化液為淺析對象。乳化液的使用參數(shù)主要包括濃度、溫度、pH值、黏度、電導(dǎo)、灰分等。表1列出了初次試車離子型乳液使用參數(shù)。

表1 離子型乳液使用參數(shù)

2.8 熱軋板形控制

在熱軋過程中，因軋件兩邊的延伸率差異會形成鐮刀彎及單邊浪；而當(dāng)軋件邊部和中心的延伸率差別較大時會產(chǎn)生邊部浪和中間浪。出現(xiàn)上述現(xiàn)象應(yīng)注意隨時糾正，否則會影響正常軋制。

2.8.1 糾偏控制(糾正鐮刀彎及單邊浪)

糾偏控制又稱傾斜輥控制。在熱軋生產(chǎn)過程中，當(dāng)軋件厚度達(dá)到100mm以下時，因橫向厚差造成軋件兩邊延伸率不一致而產(chǎn)生的鐮刀彎已明顯可見，如不及時糾正再繼續(xù)軋下去，則會使軋件頭部偏離運輸輥道中心線乃至掉落到地坪上，致使軋制無法繼續(xù)進(jìn)行。單邊浪與鐮刀彎的產(chǎn)生原因同出一轍，只是因軋件的厚薄不同而呈現(xiàn)出的不同形態(tài)，當(dāng)軋件厚度達(dá)到12mm以下時易以單邊浪的形態(tài)顯現(xiàn)出來。在熱軋機上，一般采用壓下和AGC缸微調(diào)相結(jié)合的方式進(jìn)行輥縫設(shè)定及調(diào)整。液壓缸微調(diào)裝置多采用手動按鈕操作的液壓伺服系統(tǒng)，具有較高的響應(yīng)速度(約100ms左右)和較高的給定精度(5～10μm)。通過伺服液壓缸調(diào)節(jié)軋輥傾斜的方法來改變軋件兩邊的延伸率，糾正鐮刀彎及單邊浪。在卷取過程中出現(xiàn)塔形也是由于產(chǎn)生鐮刀彎或單邊浪所致，必須及時糾正。對熱連軋機試車來說，糾偏的實現(xiàn)取決于操作手的反應(yīng)速度、應(yīng)變能力及操作經(jīng)驗。

2.8.2 雙邊浪及中間浪控制

當(dāng)軋件厚度達(dá)到12mm以下時，因軋輥溫度升高熱凸度增加且不穩(wěn)定，或料溫偏低加工率偏大都會產(chǎn)生雙邊浪或中間浪。且雙邊浪無有效糾正手段，只能通過減小加工率(通過液壓微調(diào)系統(tǒng))增大輥縫或采用分段冷卻軋輥消除，結(jié)果會使軋件厚度稍有變化。對于四輥軋機來說，可調(diào)整工作輥彎輥、竄輥等效果明顯，再輔助以軋輥分段冷卻可消除局部波浪。

以上這些糾正手段，在公司西馬克熱連軋機上裝有凸度檢測、DPC動態(tài)板形控制及ALC自動糾偏控制系統(tǒng)，在試車后的生產(chǎn)過程中能實現(xiàn)板形動態(tài)檢測和自動控制，達(dá)到提高板形精度之目的。

3 試車合金軋制工藝

表2列出了試車合金軋制工藝參數(shù)。

表2 1235軋制工藝

4 “1+4”熱軋機的技術(shù)特點

(1)軋機裝備水平。采用了集機械、液壓、電氣傳動、自動化控制、檢測、工藝模型等技術(shù)和裝備于一體的鋁板帶熱連軋生產(chǎn)技術(shù)，為當(dāng)今高水平的大型鋁帶材熱連軋項目，可以實現(xiàn)高精度鋁板帶生產(chǎn)的要求。

(2)板形控制水平。采用CVC+竄輥板形控制技術(shù)，以及在線IMS單通道、多通道控制技術(shù)，從而有效

地保證了熱軋板形質(zhì)量。

(3)熱軋線控制技術(shù)。熱軋成品的厚度精度、凸度精度、溫度精度、表面質(zhì)量及生產(chǎn)成本均達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平。

5 結(jié) 語

“1+4”熱軋機負(fù)荷試車是對全套設(shè)備性能及質(zhì)量的一次最重要考核，除充分的準(zhǔn)備工作外，在試軋順序上也要有所考慮。應(yīng)該先易后難，即先軋1000系純鋁，后軋合金大錠；先跑直條、切板，后卷取軋制，循序漸進(jìn)。操作人員逐漸找到規(guī)律后使試車變得更順利。熱軋不同于冷軋，整個軋制過程要求連貫性強，稍有怠慢就會因軋件溫降太大而無法繼續(xù)進(jìn)行。負(fù)荷試車也是對操作人員能力的一種有效測試。能有一位反應(yīng)敏捷，應(yīng)變能力強的主操作手配合試車，對于負(fù)荷試車的順利進(jìn)行是非常有利的，初次負(fù)荷試車要求每個重要部位必須有監(jiān)護(hù)人員,及時通知操作手中間坯咬入狀況和跑偏情況。

同時，在試車時必須做好應(yīng)急準(zhǔn)備工作，及非正常咬入時的處理，需要準(zhǔn)備應(yīng)急工具以免中間坯在輥縫處無法順利通過和跑偏；精軋機需要準(zhǔn)備無法正常咬入和纏輥斷帶時的應(yīng)急處理工具，如板錠夾鉗、鋼板卡、吊裝工具、等離子切割機、手持式圓盤鋸、滅火器等。

另外，需要配置一批有經(jīng)驗的操作工人和設(shè)備維護(hù)人員對設(shè)備的運行狀況進(jìn)行及時檢查和評估，確保非正常軋制狀態(tài)下設(shè)備的安全運行。

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[2] 張新明.鋁熱連軋原理與技術(shù)[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2010.37-46.

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