裝飾箔單邊浪缺陷的影響因素與改進(jìn)措施

王 鵬

(徐州市蘇鋁鋁業(yè)有限公司， 江蘇 徐州 221007 )

我公司1550mm鋁箔粗中軋機(jī)為萬能鋁箔軋機(jī)，所使用的鑄軋坯料規(guī)格寬泛，產(chǎn)品涵蓋裝飾箔、空調(diào)箔、膠帶箔、啤酒封、藥用箔等。其中，裝飾箔是公司的主要產(chǎn)品，質(zhì)量一直比較穩(wěn)定。2016年11月至2017年1月，突然客戶投訴裝飾箔板形單邊松，出現(xiàn)漏涂現(xiàn)象，要求退貨；同時(shí)，在冷軋軋制過程中，發(fā)現(xiàn)板形拉斜，操作側(cè)板形差，采取調(diào)整板形曲線、增加傾斜和邊部噴淋依然效果不好，出現(xiàn)批量下卷，造成無法分切、生產(chǎn)的局面。

1 “單邊浪”的形成

鋁箔軋制過程中，由于箔材的寬厚比很大(一般比值要超過10000)，輥縫中箔材在張力的作用下，沒有寬展，只有沿軋制方向的延伸。根據(jù)金屬體積不可壓縮原理，軋制力使變形金屬在橫斷面上發(fā)生沿軋制方向的延伸，其縱向伸長率出現(xiàn)差異時(shí)，就產(chǎn)生了波浪。板形控制就是要消除或減輕這種差異。一般根據(jù)波浪所處的位置分為邊浪、中浪和肋浪。邊浪又分為雙邊浪(對(duì)稱)和單邊浪(非對(duì)稱)，這兩種邊浪產(chǎn)生原因又各自不同。影響軋件縱向延伸分布的原因比較復(fù)雜，而且受多種影響原因的相互作用。

2 “單邊浪”原因分析

2.1 坯料板形差

要獲得平整度好的冷軋產(chǎn)品，首先要控制好鑄軋板坯的板形。只有坯料板形良好，在通過冷軋輥縫時(shí)，縱向延伸才能均勻，才能獲得板形良好的鋁箔產(chǎn)品。由于坯料原始板形具有遺傳性，如果坯料板形不呈拋物線型，而是一邊厚一邊薄，不對(duì)稱，在后續(xù)生產(chǎn)中，較厚的一邊就會(huì)形成單邊浪，且缺陷會(huì)隨著厚度減薄越來越明顯(圖1)。

坯料軋制前單邊松 軋制后板形情況圖1 軋制前后板形情況Fig.1 Profile before and after rolling

因此，在鑄軋卷生產(chǎn)時(shí)，要根據(jù)最終客戶對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量要求，為冷軋?zhí)峁└哔|(zhì)量的鑄軋坯料。在鑄軋卷生產(chǎn)中，影響板形不良的主要因素有：(1)鑄軋輥磨削后幾何形狀超差，原始輥形不合適；(2)鑄嘴出口處流場分布不均，導(dǎo)致鑄軋輥熱輥形變化；(3)鑄軋輥套內(nèi)冷水槽局部受堵，循環(huán)冷卻不暢，導(dǎo)致鑄軋輥因軸向熱變形不均而失圓；(4)制造裝配誤差，指輥套內(nèi)圈跟外圈的同軸度誤差和輥芯的輥頸跟輥身的同軸度誤差。

2.2 輥系機(jī)械精度不良

影響板形的軋機(jī)機(jī)械精度主要包括張緊輥、軋輥、板形儀、包角輥、熨平輥、卷取機(jī)卷筒的水平度及平行度。因此，高精度的軋機(jī)裝備、良好的設(shè)備運(yùn)行和保障能力是穩(wěn)定軋制板形控制的基礎(chǔ)。1550mm鋁箔軋機(jī)輥系機(jī)械精度要求見表1。

表1 鋁箔軋機(jī)輥系機(jī)械精度要求

2.3 板形儀測(cè)量失真

板形儀由一系列經(jīng)淬火硬化的、通過氣膜軸承支撐在靜態(tài)不銹鋼芯軸上的高精度圓環(huán)組成。軋制時(shí)，由板形儀各測(cè)量環(huán)的壓力傳感器測(cè)得各測(cè)量段帶材的徑向壓力，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過微處理器一方面將板形信號(hào)輸入操作臺(tái)顯示器，以直方圖形式顯示出來，供操作監(jiān)控使用；另一方面將板形信號(hào)送入中央計(jì)算機(jī)，中央計(jì)算機(jī)將收到的板形信號(hào)與目標(biāo)板形進(jìn)行比較，分解板形偏差信號(hào)，分別發(fā)出彎輥、傾斜和軋制油分段噴淋冷卻指令，來完成板形自動(dòng)控制(AFC)。

由于受各種因素的影響，板形儀隨著使用時(shí)間的增加而有變化，使實(shí)際比例常數(shù)發(fā)生變化。比例常數(shù)的誤差都將轉(zhuǎn)化為對(duì)在線板形的測(cè)量誤差，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的板形控制，產(chǎn)生板形缺陷。從板形檢測(cè)的角度要求軋機(jī)出口輥系的準(zhǔn)直度(圖2)應(yīng)保證A+B≈C+D (兩者之和相差應(yīng)小于0.02mm/m)，水平度<0.02mm/m；平行度<0.02mm/m；軋機(jī)出口輥系的準(zhǔn)直度，保證相差應(yīng)<0.02mm/m。

工藝潤滑冷卻噴淋系統(tǒng)的功能，是與AGC、AFC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，通過脈沖控制工作輥各個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的冷卻液閥門，使工作輥各區(qū)域冷卻以消除殘余平直度偏差和控制軋制過程中軋輥的溫度，以達(dá)到控制板形的目的。1550mm鋁箔軋機(jī)噴淋系統(tǒng)采用不銹鋼材料制造的噴淋電磁閥，是特別為平直度自動(dòng)控制(AFC)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，對(duì)軋輥的熱凸度能作出快速響應(yīng)，設(shè)計(jì)簡單、可靠性高、易于維護(hù)。

圖2 出口準(zhǔn)直度Fig.2 Exit collimation

2.4 噴淋冷卻效果差

軋制油的分段噴射冷卻控制是所有板形控制措施中一種精細(xì)和不可少的控制措施。軋制油的“斷”、“通”由控制閥內(nèi)的橡膠薄片所影響。當(dāng)壓縮空氣壓力大于軋制油壓力時(shí)，噴嘴“關(guān)閉”，反之則“開通”。由于閥內(nèi)橡膠薄片工作期間連續(xù)地彎曲和伸直，極易疲勞斷裂，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，軋制油噴嘴處在常“開”狀態(tài)，這種故障所引起的板形缺陷占相當(dāng)比例。

當(dāng)控制板形的顯示出現(xiàn)個(gè)別區(qū)域控制異常，其區(qū)域板形值不隨該區(qū)域噴淋量的變化而變化，則該區(qū)域的板形長時(shí)間緊或松，極易出現(xiàn)波浪缺陷。

2.5 工作輥磨削質(zhì)量差

在軋輥磨削過程中，不僅嚴(yán)格控制粗糙度Ra、微觀不平度Rz、凸度Cr等技術(shù)要求，而且對(duì)表面粗糙度也有具體要求。如果出現(xiàn)表面粗糙度不均時(shí)，使箔材表面出現(xiàn)色差。在軋制過程中，當(dāng)軋輥表面粗糙度相差較大時(shí)，粗糙度大的部分，變形抗力大，產(chǎn)生的摩擦熱多，輥縫就小，對(duì)應(yīng)的箔帶變形大，長度變長，厚度偏?。淮植诙刃〉牟糠?，變形抗力小，產(chǎn)生的摩擦熱少，輥縫就大，對(duì)應(yīng)的箔帶相應(yīng)變形小，長度變小，厚度偏厚，所以極易出現(xiàn)局部波浪或者成串的波浪。

3 對(duì)策分析及方案

根據(jù)以上原因分析，對(duì)照車間生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行逐一排查，確定坯料板形、輥系精度、噴淋異常、工作輥磨削是主要原因，采用下面幾種措施進(jìn)行處理，問題得以解決。

3.1 保障坯料板形質(zhì)量

根據(jù)多年生產(chǎn)實(shí)踐，冷軋只能改善坯料板形，卻無法根本消除坯料缺陷。在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的情況下，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起主要作用是“料、輥、油”，所以裝飾箔坯料良好的板形質(zhì)量，是獲得產(chǎn)品良好板形的基礎(chǔ)。從鑄軋生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和冷軋軋制效果來看，作為裝飾箔坯料的鑄軋板坯，板形要求呈拋物線且對(duì)稱，凸度一般要控制在1%以下，最好小于0.5%，要徹底杜絕各種板形不良。(1)在裝飾箔開坯過程中，加強(qiáng)首道次坯料板形跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)單邊浪等各種板形不良缺陷要及時(shí)記錄、匯報(bào)，等待相關(guān)部門拿出處理意見，選擇合理的軋制工藝后再生產(chǎn)。(2)嚴(yán)格執(zhí)行坯料質(zhì)量保證書制度，發(fā)現(xiàn)坯料質(zhì)量問題，及時(shí)進(jìn)行不合格質(zhì)量項(xiàng)目追溯，防止批量質(zhì)量事故，做到不合格不轉(zhuǎn)序。

3.2 校正輥系機(jī)械精度

軋機(jī)經(jīng)過長時(shí)間高速運(yùn)行，由于設(shè)備振動(dòng)，引起機(jī)械部件磨損、間隙增大、輥系機(jī)械精度下降，使得板形儀測(cè)量失真，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品板形惡化。按照設(shè)備安裝規(guī)程要求，重新找正輥系出口準(zhǔn)直度和輥系機(jī)械精度(表2)。

表2 鋁箔軋機(jī)輥系機(jī)械精度校正情況

3.3 調(diào)整噴淋系統(tǒng)

對(duì)軋制油噴淋系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有延時(shí)、噴淋強(qiáng)度不足等現(xiàn)象。采取以下措施：

(1)更換膜片；

(2)調(diào)整噴淋電磁閥氣油壓力比(表3)；

(3)定期檢查供油泵壓力、閥門開口度、比例閥等是否正常。

表3 噴淋系統(tǒng)氣、油參數(shù)調(diào)整情況

根據(jù)軋制理論，在板帶材軋制過程中，軋件變形及軋件與軋輥摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)使得軋輥發(fā)生不均勻的熱膨脹變形。軋輥的分段冷卻技術(shù)就是對(duì)軋輥分段噴射冷卻液，控制每段軋輥的熱凸度，以控制板帶材相應(yīng)段縱向上的伸長率，最終改善板帶材的板形。分段冷卻方法對(duì)軋輥熱凸度的控制需要較長的時(shí)間，但是由于此種方法能有效消除局部板形缺陷，對(duì)提高鋁箔軋機(jī)的板形控制精度以及帶材的表面質(zhì)量都起到至關(guān)重要的作用。

在VAI/AFC系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮對(duì)軋輥實(shí)現(xiàn)充分冷卻，采用PID法進(jìn)行精細(xì)冷卻控制，根據(jù)實(shí)測(cè)板形實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)精細(xì)冷卻噴淋量，而噴淋量的調(diào)節(jié)是依靠調(diào)整噴淋等級(jí)系數(shù)實(shí)現(xiàn)的。在不改變噴淋等級(jí)系數(shù)的情況下，發(fā)現(xiàn)調(diào)整噴淋電磁閥“氣油壓力比”，可以增強(qiáng)噴淋控制的靈敏度，進(jìn)而達(dá)到對(duì)輥形、板形的精確控制。

需要說明的是，按照方案1運(yùn)行一段時(shí)間后，裝飾箔板形有明顯改善。但受其他部門用氣影響，鋁箔軋機(jī)用壓縮空氣壓力無法持續(xù)保證0.8MPa，因此采用方案2，使用至今。

3.4 提高工作輥磨削質(zhì)量

磨削后的輥身表面質(zhì)量，達(dá)到以下要求，輥身表面任意點(diǎn)的粗糙度相對(duì)于目標(biāo)值的偏差不超過±10%；輥身表面不允許有振紋、橫波、輥花、螺旋痕以及其它可視的表面缺陷。對(duì)工作輥表面粗糙度的檢查，由原來的1～2個(gè)點(diǎn)，調(diào)整到一般不少于8個(gè)點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)的粗糙度值(微觀不平度)小于0.02μm。要求提出后，磨床部門采取了以下措施：

(1)校正磨床導(dǎo)軌；

(2)電器控制柜升級(jí)改造；

(3)更換磨頭、磨頭軸承、主電機(jī)。

經(jīng)過磨床升級(jí)改造，和新檢測(cè)制度的實(shí)施，工作輥磨削質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)(表4)。

表4 工作輥粗糙度8點(diǎn)檢測(cè)法抽查情況

4 結(jié)束語

鋁箔單邊浪是一種特殊的板形缺陷，經(jīng)過以上原因分析，可以得出，造成單邊浪缺陷的主要原因坯料板形質(zhì)量和設(shè)備機(jī)械精度，調(diào)整噴淋系統(tǒng)“氣油壓力比”和提高工作輥磨削質(zhì)量，可以有效改善板形質(zhì)量。通過采用以上措施，裝飾箔板形單邊浪缺陷得到有效控制，直接解決了裝飾箔板形差無法生產(chǎn)和下卷改軋?jiān)黾映杀局С龅膯栴}，產(chǎn)品板形均勻適中，能滿足客戶需求，且裝飾箔成材率由原來的83.5%提高到現(xiàn)在的88.9%。