銀海3300+2850 mm(1+4)鋁板帶熱連軋軋制技術(shù)

胡 毅 羅 濤 張順寧

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

2003年1月，河南明泰鋁業(yè)的(1+4)熱連軋生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。雖然這條生產(chǎn)線與國際先進(jìn)水平相比還存在一定的差距，但它畢竟是國內(nèi)第一條國產(chǎn)化的(1+4)熱連軋生產(chǎn)線。2005年7月，西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司引進(jìn)的第一條具有國際先進(jìn)水平的(1+4)式2000 mm熱連軋生產(chǎn)線投產(chǎn)。這標(biāo)志著自2000年以來，國內(nèi)鋁板帶熱連軋裝備投資建設(shè)的熱潮已拉開序幕。

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2014年中國鋁板帶產(chǎn)量達(dá)到967萬t，比上年增長10.5%，近10年產(chǎn)量年均增速為20.8%。近年來，中國鋁軋制工業(yè)尤其是高精鋁板帶軋制業(yè)已成為中國鋁加工行業(yè)新的發(fā)展熱點(diǎn)。2014年消費(fèi)量達(dá)到814萬t，同比增長10%，2004～2014年均增長率達(dá)到16.18%。2014年鋁板帶出口量達(dá)到173.84萬t，凈出口量139.11萬t，凈出口量占產(chǎn)量的14.39%，2004～2014年出口量年均增長37.49%[1]。

截止2014年底，已有(1+5)式熱連軋生產(chǎn)線1條，(1+4)式熱連軋生產(chǎn)線十幾條。

目前我國已建成的(1+4)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線見表1[2]。

1 生產(chǎn)線簡介

1.1 簡介

銀海3300+2850 mm(1+4)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線是銀海鋁業(yè)股份有限公司于2011年與二重(德陽)重型裝備有限公司簽訂工程總承包合同，由二重負(fù)責(zé)熱連軋生產(chǎn)線機(jī)械、液壓、電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和安裝。熱連軋生產(chǎn)線主要用于鋁及鋁合金鑄錠的軋制，生產(chǎn)中厚板、板材、熱軋卷及為冷軋板帶材和箔材生產(chǎn)坯料。

1.2 生產(chǎn)線設(shè)備

全線主要設(shè)備包括：鑄錠上料系統(tǒng)、立輥軋機(jī)、熱粗軋機(jī)、重型剪切機(jī)、F1-F4精軋機(jī)、圓盤剪、卷取機(jī)等。生產(chǎn)線可將來料厚度630 mm(銑面后)、寬度為1000～2160 mm的鋁錠軋制成厚度為2～10 mm、寬度為1000～2750 mm的鋁卷，鋁錠的最大重量可達(dá)27 t，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量35萬t。

2 生產(chǎn)工藝流程及特點(diǎn)

銀海3300+2850 mm(1+4)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝流程與其它(1+4)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線類似，主要特點(diǎn)如下：

(1)熱粗軋機(jī)前設(shè)置了旋轉(zhuǎn)工作輥道，可實(shí)現(xiàn)板坯或鑄錠的旋轉(zhuǎn)功能，從而實(shí)現(xiàn)最大寬度可達(dá)3300 mm的板材軋制。

(2)采用了大開口度的立輥軋機(jī)，主傳動(dòng)型式為臥式電機(jī)下傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，且使用了兩臺(tái)主電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)各一臺(tái)。

(3)設(shè)置了中厚板卸料裝置，配合熱粗軋機(jī)和重剪，可生產(chǎn)最大厚度120 mm的中厚板材。

表1 中國的(1+4)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線Table 1 The (1+4) aluminium strip hot continuous mill line in China

(4)采用雙架雙帶結(jié)構(gòu)的助卷器與大規(guī)格的卷取機(jī)配合，可實(shí)現(xiàn)最大寬度達(dá)2750 mm的熱軋卷材的生產(chǎn)。

3 熱軋線主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

3.1 機(jī)械設(shè)備

3.1.1 立輥軋機(jī)

立輥軋機(jī)主要用于板坯的滾邊和寬度控制。其型式為下臥式傳動(dòng)，位于粗軋機(jī)入口側(cè)，主要技術(shù)參數(shù)：

軋制速度：0～100～200 m/min

最大軋制力：6000 kN

開口度：950～3300 mm

主電機(jī)功率：AC 2×700 kW

設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)立輥軋機(jī)按工藝要求具有大開口度，在主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，采用單側(cè)傳動(dòng)難以滿足設(shè)計(jì)要求，因此，采用兩臺(tái)主電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，即傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)各一臺(tái)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的立輥，兩側(cè)軋輥采用電氣進(jìn)行同步。

(2)立輥軋機(jī)軋輥傳動(dòng)端采用花鍵軸定位，易于快速換輥。

3.1.2 熱粗軋機(jī)

熱粗軋機(jī)位于立輥軋機(jī)之后，用于對(duì)板坯進(jìn)行往復(fù)軋制至工藝要求厚度。其主要技術(shù)參數(shù)：

最大開口度：700 mm

軋制壓力：45 MN

工作輥輥徑：1050 mm/980 mm×3300 mm

支撐輥輥徑：1600 mm/1500 mm×3300 mm

軋制速度：0～100～200 m/min

主電機(jī)功率：AC 2×5000 kW

設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)熱粗軋機(jī)主傳動(dòng)機(jī)采用了兩臺(tái)大功率的交流電機(jī)，通過萬向接軸直接傳動(dòng)上下工作輥，軋制力大，過載能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)最大寬度達(dá)3300 mm的板材軋制。

(2)采用伺服閥控制的AGC系統(tǒng)，具有慣性小、響應(yīng)快的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)板材厚度公差的有效控制。

(3)采用正負(fù)彎輥控制系統(tǒng)和分段冷卻系統(tǒng)，提高了板材的凸度和板形控制精度。

3.1.3 重型剪

重型剪位于熱粗軋機(jī)之后，用于軋制過程中去除板坯頭尾張嘴的部分。其主要技術(shù)參數(shù)：

最大剪切力：約9 MN

最大剪切寬度：3100 mm

最大剪切厚度：150 mm

最大料頭剪切長度：600 mm

剪刃斜度：約3.5°

設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)重型剪為液壓上切式斜刃剪。采用由液壓缸驅(qū)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)，用于將安裝在上刀座上的上剪刃，移送至剪切位置。

(2)采用由兩個(gè)柱塞缸和一個(gè)活塞缸組成的組合結(jié)構(gòu)，為安裝在下刀座上的下剪刃提供剪切力。剪切薄板時(shí)，活塞缸單獨(dú)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)下刀座完成剪切，剪切厚板時(shí)，活塞缸和柱塞缸同時(shí)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)下刀座完成剪切。

3.1.4 F1-F4精軋機(jī)

F1-F4精軋機(jī)用于將熱粗軋機(jī)軋制完成后的中間坯料軋制成成品帶材。其主要技術(shù)參數(shù)：

最大開口度：60 mm

最大軋制速度：450 m/min(F4)

最大軋制壓力：40 MN

工作輥輥徑：750 mm/700 mm×2950 mm

支撐輥輥徑：1600 mm/1500 mm×2850 mm

主電機(jī)功率：AC 5 MW

設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)精軋機(jī)組由四臺(tái)全液壓壓下(AGC)四輥不可逆軋機(jī)F1-F4組成。

(2)采用慣性小、響應(yīng)快的液壓APC和AGC系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)鋁帶縱向厚度公差的有效控制。

(3)采用正負(fù)彎輥控制系統(tǒng)，提高了板材的凸度控制精度。

(4)采用軋輥分段冷卻系統(tǒng)，通過對(duì)軋輥局部冷卻的控制，可實(shí)現(xiàn)高次板形的控制。

(5)設(shè)置了帶材乳液和空氣吹掃，用于去除帶材表面乳化液。

(6)F1-F4主傳動(dòng)采用中壓變頻同步電機(jī)，具有與直流電機(jī)相同的調(diào)速性能，且效率高，過載能力強(qiáng)。

3.1.5 圓盤剪和碎邊剪

圓盤剪和碎邊剪位于精軋機(jī)F4出口側(cè)。圓盤剪用于切邊，使帶材的寬度達(dá)到所需要的成品寬度；碎邊剪把切下的廢邊切成均勻的碎片便于回收處理。其主要技術(shù)參數(shù)：

開口度：900～2950 mm

剪切帶材規(guī)格(厚度)：2～10 mm

最大單側(cè)切邊寬度：100 mm

刀盤直徑：610 mm

主傳動(dòng)電機(jī)功率：AC 150 kW

設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊；圓盤剪與碎邊剪共用底座，寬度調(diào)整時(shí)可實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作。

(2)采用聯(lián)合減速機(jī)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)布置有序、合理；圓盤剪和碎邊剪均單獨(dú)傳動(dòng)且銜接緊密。

(3)剪刃間隙調(diào)整裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、有效，易于調(diào)整。

3.1.6 卷取機(jī)

卷取機(jī)位于圓盤剪之后，用于帶材產(chǎn)品卷取，在正常軋制時(shí)與F4精軋機(jī)之間形成張力，在甩尾時(shí)與張力輥之間形成張力。其主要技術(shù)參數(shù)：

卷筒直徑：580 mm/610 mm

卷取機(jī)最大張力：350 kN

脹縮方式：液壓缸

卷筒電機(jī)功率：AC 2 MW

設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)卷取機(jī)卷筒寬度大，卷取張力大，最大張力可達(dá)350 kN。

(2)卷取機(jī)卷取張力控制方式靈活，采用了直接張力控制、間接張力控制和復(fù)合張力控制等多種方式，保證了卷材塔形控制要求。

3.2 液壓設(shè)備

(1)液壓系統(tǒng)采用循環(huán)過濾、回油過濾、先導(dǎo)控制油過濾以及針對(duì)高壓系統(tǒng)的泵出口過濾等多級(jí)過濾，確保了系統(tǒng)工作介質(zhì)的清潔度。

(2)AGC系統(tǒng)采用雙伺服閥控制，可滿足不同工況下AGC液壓缸的高速響應(yīng)要求，通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保了產(chǎn)品質(zhì)量和精度。

(3)設(shè)置了乳化液系統(tǒng)，乳化液系統(tǒng)主泵選用變頻電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)輸出流量，配合流量計(jì)的使用，保證了各種軋制工況下乳化液的精確調(diào)節(jié)功能，可滿足多種產(chǎn)品的軋制工藝要求。

3.3 電氣設(shè)備

3.3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

熱粗軋機(jī)和F1-F4精軋機(jī)采用交流同步電動(dòng)機(jī)，由全數(shù)字交直交中壓變頻裝置驅(qū)動(dòng)。具有與直流電機(jī)相同的調(diào)速性能，且具有效率高，過載能力強(qiáng)、維護(hù)檢修容易等特點(diǎn)。

3.3.2 L0～L3級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)

L0～L3級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)涵蓋了從傳動(dòng)控制(L0級(jí))、基礎(chǔ)自動(dòng)化(L1級(jí))、過程控制(L2級(jí))到生產(chǎn)管理(L3級(jí))的整個(gè)生產(chǎn)流程，包括實(shí)際動(dòng)作、實(shí)際數(shù)值傳送、邏輯控制、設(shè)備控制、過程控制、物流跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)監(jiān)督、庫存管理等諸多生產(chǎn)流程控制所必須的控制功能，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)熱連軋生產(chǎn)線的自動(dòng)控制、管理和優(yōu)化，為高精度鋁板帶軋制產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。

本系統(tǒng)根據(jù)銀海鋁業(yè)(1+4)熱連軋生產(chǎn)線實(shí)際工藝要求，結(jié)合目前國內(nèi)外熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中充分考慮了熱連軋生產(chǎn)工藝特點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件軟件的發(fā)展趨勢，以保證整個(gè)控制系統(tǒng)的完整性、先進(jìn)性、可靠性和合理性，保證該生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量，提高市場競爭力。通過硬件系統(tǒng)的自主集成和調(diào)試，搭建了穩(wěn)定、可靠的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該自動(dòng)化系統(tǒng)的電氣控制實(shí)現(xiàn)了達(dá)到或高于已有同類生產(chǎn)線的水平。

4 裝備技術(shù)特點(diǎn)

熱連軋生產(chǎn)線的裝備技術(shù)特點(diǎn)：

(1)熱粗軋機(jī)和F1-F4精軋機(jī)采用由全數(shù)字變頻裝置驅(qū)動(dòng)的交流同步電動(dòng)機(jī)，軋機(jī)軋制力大，能力強(qiáng)；采用慣性小、響應(yīng)快的液壓APC和AGC系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)鋁帶縱向厚度公差的有效控制。

(2)熱連軋生產(chǎn)線的規(guī)模大，產(chǎn)品精度高，可滿足進(jìn)行高精度鋁板帶材生產(chǎn)的工藝要求。產(chǎn)品幅寬最大可達(dá)2750 mm，是目前國內(nèi)自主設(shè)計(jì)、制造幅寬最寬的一條熱連軋生產(chǎn)線。

(3)板形控制水平提高，保證了生產(chǎn)高精度鋁板帶材的板面質(zhì)量。在軋機(jī)上使用變接觸的支撐輥技術(shù)(VCR)，以支撐輥?zhàn)鬏d體，在支撐輥輥身上磨削特殊的輥形曲線，以改善支撐輥與工作輥之間的接觸狀態(tài)。同時(shí)，根據(jù)粗軋和精軋各道次或各機(jī)架初始輥形、粗軋精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算結(jié)果、軋輥磨損及熱脹計(jì)算等結(jié)果，設(shè)定計(jì)算各道次或各機(jī)架工作輥的彎輥力大小和分段冷卻初始噴射模式。帶材凸度控制范圍增大，提高了熱軋板的板形質(zhì)量[3]。

(4)熱連軋生產(chǎn)線控制手段先進(jìn)。從板形控制技術(shù)來看，銀海鋁業(yè)股份公司采用了變接觸的支撐輥專利技術(shù)(VCR)，其技術(shù)水平可以媲美日本和歐洲企業(yè)；從帶材厚度控制來看，生產(chǎn)線熱粗軋機(jī)和F1-F4精軋機(jī)均配置了AGC系統(tǒng)和配套的板形檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶材厚度的高精度控制。其產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)也證實(shí)了該系統(tǒng)的有效性和可靠性。

5 結(jié)論

鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線不僅可提供成品鋁板帶材，還可為深加工產(chǎn)品，如罐料、PS板基、鋁箔等的原料(坯料)提供后續(xù)工序。熱軋產(chǎn)品的質(zhì)量會(huì)直接影響到產(chǎn)品的深加工，缺陷較多的熱軋產(chǎn)品不適合作為其原料；同時(shí)，鋁帶產(chǎn)品對(duì)尺寸精度和表面質(zhì)量也有很高要求，相應(yīng)地對(duì)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線設(shè)備的技術(shù)裝備水平也提出了很高要求。

銀海鋁業(yè)的3300+2850 mm(1+4)鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線，是一套采用先進(jìn)軋制技術(shù)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寬幅鋁板帶熱連軋成套裝備，它的研制和投產(chǎn)既為用戶節(jié)省了大量投資，也提升了國產(chǎn)鋁軋制工藝裝備的技術(shù)水平，為我國鋁板帶軋制產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了重要的技術(shù)保障。