鋁箔軋機的工作原理與日常維護

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，其特點是負輥縫軋制。一般帶材軋制時有一定量的輥縫，而軋制鋁箔時兩根工作輥完全壓靠，箔材以外部分也相互接觸，軋制過程的進行依靠工作輥的彈性變形，通過機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時開始壓靠，由于鋁箔很薄，力學性能明顯下降，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：向用戶提供質量更高、幅面更寬、厚度更小、更加安全的鋁箔[1-2]。

1 基本構成

鋁箔軋機主要由開卷機、卷取機、工作機座、傳動系統(tǒng)和附屬設備等幾大部分組成。其中工作機座包括機架、軋輥、軋輥軸承、軋制線調整裝置等組成，附屬設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、液壓氣動系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、CO2滅火系統(tǒng)、直流電機冷卻、換輥系統(tǒng)等。鋁箔軋機的控制系統(tǒng)是鋁箔生產的關鍵，一臺設備精良的鋁箔軋機必須配套完美的電氣傳動系統(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，1200mm至小于1800mm的稱為中型軋機，等于與大于1800mm的稱為大型或寬幅軋機。本文以1800軋機為例進行相關闡述。高速鑄軋帶坯的冶金質量和板形都優(yōu)于常規(guī)鑄軋法，用其軋制鋁箔是重要發(fā)展趨勢之一。高速軋機是指速度等于或大于1200m/min的軋機。當前粗軋機的最高軋制速度2500m/min。在選擇軋機速度時，粗、中軋機不宜超過1800m/min，精軋機不宜大于1200m/min，甚至不宜大于1000m/min。

2 工作原理

近年來市場對鋁箔產品的板形精度要求越來越高，同時隨著市場對產品的需求和設備設計制造水平的提高，鋁箔軋機也不斷向寬幅發(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，同時由于工作輥與支承輥輥徑比的關系及軋機輥面較寬，彎輥控制對于軋輥中部的機械凸度控制基本無效。這個時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，國內外的軋機設計者和生產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量[4]。

VC輥是一種組合式支承輥，由芯軸、軸套和旋轉接頭裝配而成，在芯軸和軸套之間的輥身中心區(qū)域有一個流體室，室內充以壓力可變的高壓油。輥頸兩端的軸套均收縮，收縮接頭用作內部壓力油的外部密封件，并用于軋輥傳動裝置的自由滑移轉矩傳輸。其工作原理是：通過液壓伺服控制將高壓液壓站內的液壓油經旋轉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械凸度來補償軋輥在工作時產生的撓度。由于VC輥直徑脹大與腔內的油壓在一定范圍內呈線性關系，且可做無級調整，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，軋機軋制是由正輥縫軋制向負輥縫軋制的變化過程，對控制而言也是一個多種控制方式結合的過程，主要有位置控制、壓力控制、壓力補償控制、AGC控制等[5]。

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

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

現(xiàn)代軋機進行全程變量編程，將系統(tǒng)分成軋機校準指定應用系統(tǒng)、驅動串口應用系統(tǒng)、計量控制應用系統(tǒng)、厚度與平整度控制應用系統(tǒng)、優(yōu)化應用系統(tǒng)。這些程序通過RDS(實時數據服務器)進行數據處理，通過軋機校準指定應用系統(tǒng)用于定序軋輥受力汽缸及軋輥折彎控制，分為機架的校準程序、彈跳校準程序、機座安全監(jiān)測程序等；通過驅動串口應用系統(tǒng)實時地對軋機運行狀態(tài)以及由傳動、PLC傳送的數據、進行監(jiān)控并將數據存入RDS內，以便對軋機進行維護和最優(yōu)控制。

3 日常維護要點

由于生產中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量，油壓過小將使帶材產生邊部波浪，油壓過大將使帶材產生中間波浪，只有適中的油壓才能獲得平直的帶材[6]。通常生產過程中往往會出現(xiàn)較復雜的非對稱板形缺陷，因此板形自動控制系統(tǒng)會使VC輥系統(tǒng)和其它的控制手段中的一種或幾種同時參與調整，如液壓彎輥、軋輥傾斜、軋制力、軋輥冷卻系統(tǒng)等。當VC輥和液壓彎輥配合使用時就可得到多種不同的輥縫形狀，動態(tài)輥縫設定系統(tǒng)的影響范圍就是由這兩套系統(tǒng)組合得出的。當VC輥參與作用時，增大VC壓力可使得整個彎輥作用范圍向右下方移動，從而整個控制窗口可適應的范圍變得更大。VC輥系統(tǒng)的參與可對帶材平直度做出相當大的改進，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及鋁箔軋機是針對傳統(tǒng)冷軋機及鋁箔軋機的軋輥彎輥對拋物線型板形偏差調整能力有限而開發(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的支承輥，通過調整邊部凸度來影響總體凸度，如TP輥和SCR輥。1800mm鋁材冷軋機調試運行后可生產多種規(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

在生產過程中，鋁箔軋機比較容易出現(xiàn)電氣控制、液壓系統(tǒng)、機械機構等方面的問題，通常可通過日常維護、設備保養(yǎng)及大修等予以解決。在鋁箔軋機使用過程中，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，嚴重影響生產的順利進行、生產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)。卷取張力一般應根據入口側箔帶厚度及輥型等設定，若張力過小，將產生因堆料引起的斷帶現(xiàn)象，反之則因張力超過出口側箔帶所能承受的強度極限而斷帶。

2）軋機加減速過程中，卷取機線速度與軋輥線速度不同步。在卷取機線速度高干軋棍線速度時，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。不論是軋機入口側或是出口側的箔帶裂邊都將因張力作用而導致應力集中，發(fā)生斷帶。

4）操作不熟練。如張力給定不當，板形控制不好，軋機加減速不穩(wěn)等。

針對上述原因，應采取以下主要措施：

1）根據入口側箔帶厚度及輥型合理設定卷取張力，加強工藝管理，提高工藝參數設定的科學性。

2）現(xiàn)代化鋁箔軋機在加減速時，加減速指令是通過程控器向開卷機和卷取機發(fā)出的，要求卷取機速度快速地跟隨軋機速度，否則將發(fā)生斷帶。精軋卷取動補不合適是造成本軋機斷帶的主要原因，因此改變電機驅動常數，修正動補不當，將有效減少斷帶現(xiàn)象。

3）加強生產過程管理，通過在先檢測及時發(fā)現(xiàn)箔帶裂邊，并采取相應的裁邊等措施。

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

國產鋁箔軋機的推廣使用，促進了我國鋁箔事業(yè)的發(fā)展。為了使國產鋁箔在國內外市場上更具競爭能力，無論是鋁箔軋機制造業(yè)還是鋁箔生產廠家，對鋁箔軋機的加工精度和安裝精度以及日常維護都要給予更多的關注。對于使用中發(fā)現(xiàn)的不足，鋁箔生產廠家和鋁箔軋機制造業(yè)要及時溝通，認真改進，以提升產業(yè)技術水平，從而推動我國鋁箔軋機制造業(yè)和鋁箔加工業(yè)早日進入世界先進行列。

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

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

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

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

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

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

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