“1+1”寬幅鋁帶熱軋機(jī)組開發(fā)與應(yīng)用

薛 強(qiáng)

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

近年來，隨著鋁加工熱軋技術(shù)的發(fā)展，我國鋁板帶加工設(shè)備向?qū)挿?、大卷重、高精度和智能化方向發(fā)展。最初我公司設(shè)計(jì)了1650mm單機(jī)架單卷取2輥可逆鋁帶熱軋機(jī)組，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)了1300mm單機(jī)架雙卷取4輥可逆鋁帶熱軋機(jī)組、1650mm熱軋機(jī)組、1850mm熱軋機(jī)組、2100mm熱軋機(jī)組、2400mm熱軋機(jī)組等。近年來開發(fā)設(shè)計(jì)了“1+1”寬幅雙機(jī)架鋁板帶熱軋機(jī)組。該雙機(jī)架鋁板帶熱軋機(jī)組作為一種鋁板帶加工新裝備，從軋機(jī)功能和力能上有了根本性提高，開發(fā)設(shè)計(jì)上具有許多獨(dú)特之處。本文通過該裝備的開發(fā)設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場應(yīng)用情況，結(jié)合我公司以往大型鋁板帶熱軋機(jī)組的研發(fā)，針對大型鋁板帶熱軋機(jī)組主要設(shè)備特點(diǎn)及組成進(jìn)行簡單介紹，并對主要關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)以及應(yīng)用改進(jìn)等方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 “1+1”寬幅鋁帶熱軋機(jī)組的特點(diǎn)及配置

1.1 特點(diǎn)

(1)“1+1”雙機(jī)架機(jī)組是采用1臺熱粗軋機(jī)+1臺熱精軋機(jī)的配置方式，它將不同工藝特點(diǎn)的熱軋道次合理分配到兩臺軋機(jī)上，與單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)組相比，軋制工藝上具有很多優(yōu)點(diǎn)，如精軋機(jī)可選擇較小軋輥直徑，可以單獨(dú)磨輥型，乳液可以單獨(dú)配比，精軋機(jī)速度高等。這些因素都有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，所以其生產(chǎn)的帶材產(chǎn)品表面質(zhì)量與板形均優(yōu)于單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)組。此外“1+1”雙機(jī)架機(jī)組生產(chǎn)的帶材最薄達(dá)到3.5mm，產(chǎn)能是單機(jī)架雙卷取的1.5～1.7倍。

(2)“1+1”寬幅熱軋機(jī)組相對于“1+3”、“1+4”熱軋機(jī)組存在一定局限性，精軋機(jī)需要對熱粗軋機(jī)坯料進(jìn)行3～5道次可逆軋制，易造成終軋溫度波動大，而這恰恰是生產(chǎn)制罐料的敏感因素。另外由于多道次卷取軋制，頻繁的升速與降速，必然會造成頭尾厚度波動大，帶材表面質(zhì)量與板形不如“1+3”、“1+4”熱軋機(jī)組好，生產(chǎn)效率相對不高。

(3)“1+1”寬幅熱軋機(jī)組生產(chǎn)的寬幅板材的主要應(yīng)用于航空航天、軌道交通、汽車行業(yè)、船舶行業(yè)等高端制造業(yè)。目前，在世界范圍內(nèi)，航空航天領(lǐng)域的總用鋁量僅占鋁板總消費(fèi)量的5%左右，但由于鋁板的消費(fèi)量大，而且航空航天領(lǐng)域所使用的鋁板技術(shù)含量高、利潤附加值高，因而成為世界范圍內(nèi)各鋁板企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)的熱點(diǎn)產(chǎn)品。寬幅鋁板帶在交通運(yùn)輸上的應(yīng)用具體包括，轎車覆蓋件、車門、車頂外板、車身側(cè)板、發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋、擋泥板，熱交換器，汽車和鐵路貨車的車廂板，集裝箱的壁板和頂板，船只甲板、船艙和外側(cè)板等。

1.2 機(jī)組主要設(shè)備組成

機(jī)組主要設(shè)備組成包括，左側(cè)輕型運(yùn)輸輥道，爐前輥道，接觸式測溫(爐前)，左側(cè)中型運(yùn)輸輥道，立輥前導(dǎo)尺，立輥軋機(jī)，左側(cè)旋轉(zhuǎn)輥道，左側(cè)導(dǎo)尺，3300mm熱粗軋機(jī)，右側(cè)工作輥道，右側(cè)導(dǎo)尺，右側(cè)中型運(yùn)輸輥道，重剪前輥道，重型液壓剪，重剪后輥道，重剪出口側(cè)導(dǎo)尺，重剪出口側(cè)中型運(yùn)輸輥道，輕剪入口側(cè)輕型運(yùn)輸輥道，輕剪入口側(cè)導(dǎo)尺，接觸式測溫(輕剪前)，輕型液壓剪，輕剪出口移動輥道，剁板裝置，精軋入口輕型運(yùn)輸輥道，左助卷器，左卷取機(jī)，左夾送偏導(dǎo)裝置，2800mm 4輥可逆熱精軋機(jī)，取樣剪，切邊及碎邊裝置，右夾送偏導(dǎo)裝置，右卷取機(jī)，右助卷器，卸卷裝置(一)，物料跟蹤裝置，卸卷裝置(二)，凸度儀，測厚儀。

2 “1+1”寬幅鋁帶熱軋機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)

2.1 針對機(jī)組生產(chǎn)效率提高的開發(fā)

機(jī)組生產(chǎn)效率要高首先機(jī)組的功能要更齊全、配置更先進(jìn)、物流更合理順暢。

(1)機(jī)組采用1臺熱粗軋機(jī)+1臺熱精軋機(jī)的配置方式，是將單機(jī)架熱軋道次和工藝合理分配到兩臺軋機(jī)上，與單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)組相比，其產(chǎn)能是單機(jī)架雙卷取的1.5～1.7倍，可實(shí)現(xiàn)每15min軋制一卷料。

(2)兩臺軋機(jī)分別開發(fā)了獨(dú)立的換輥拖車裝置，實(shí)現(xiàn)快速換輥，并移至磨輥車間，節(jié)省了換輥時(shí)間，有效的提高了機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間。

(3)在軋件軋到一定厚度時(shí)，料頭和料尾會出現(xiàn)張口的情況，需要重型液壓剪切去料頭料尾，便于下一步軋制。本機(jī)組軋制的硬合金最大寬度為3100mm，最大剪切厚度為150mm，所以需要液壓剪的剪切力很大，液壓剪本身的強(qiáng)度需要加強(qiáng)。因此開發(fā)了框架式雙動液壓剪，動作靈活，剪切速度達(dá)到3次/min，提高了機(jī)組運(yùn)行的效率，并同時(shí)具有自動推料、廢料收集等功能。

(4)粗軋機(jī)兩側(cè)的導(dǎo)尺主要是對軋件進(jìn)行對中，便于軋機(jī)軋制咬入，由于受沖擊比較大，本機(jī)組的寬度又比較寬，且要求快速打開和夾持。根據(jù)以上要求，機(jī)組開發(fā)了重型導(dǎo)尺，采用長行程機(jī)械同步，雙油缸比例控制，輥式移動，減小摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)快速精確對中，此裝置能夠保證在帶材運(yùn)行過程中推床仍能夠承受較大的夾持力，保證軋機(jī)對板坯的穩(wěn)定咬入，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制。

(5)機(jī)組設(shè)置兩臺真空垛板裝置，可實(shí)現(xiàn)板材快速卸料，大大節(jié)省了機(jī)組占用時(shí)間。

(6)立輥軋機(jī)主要用于鋁帶板坯經(jīng)側(cè)邊軋制，可以有效防止軋件邊部產(chǎn)生鼓形和裂邊，并能調(diào)節(jié)板、帶材的寬度規(guī)格，獲得寬度均勻、邊緣整齊的板材或帶材，因而可提高板帶軋制的成品率，這對于軋制硬合金系列鋁帶尤為重要。因此立輥軋機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的好壞也直接影響熱軋機(jī)組所生產(chǎn)的帶材邊部質(zhì)量和成品率。

本機(jī)組開發(fā)的立輥軋機(jī)的主傳動采用傳動側(cè)與操作側(cè)獨(dú)立傳動，分別用一臺電機(jī)驅(qū)動，傳動側(cè)與操作側(cè)齒輪箱無聯(lián)軸器和花鍵軸聯(lián)結(jié)，大大減小了花鍵軸卡死等機(jī)械故障，設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性大大提高。同時(shí)立輥軋機(jī)的控制采用大通徑高頻響比例閥，與壓力傳感器、位置傳感器相結(jié)合，并采用具有自學(xué)習(xí)功能的控制策略，不僅實(shí)現(xiàn)了立輥兩側(cè)同步和單側(cè)雙缸同步，而且起步平穩(wěn)，具有軋制力大，動作迅速，控制精度高等特點(diǎn)。

2.2 寬幅熱軋機(jī)組板形控制技術(shù)的開發(fā)

板形控制的關(guān)鍵是凸度控制，而凸度控制的對象是輥縫。研究表明，影響輥縫的主要因素有工作輥輥形(包括初始輥形、熱膨脹、磨損等)、輥系的彈性變形等。軋機(jī)越寬，輥縫就越難控制，還要適合不同寬度系列、不同合金品種的產(chǎn)品，板形控制就更難。板形的缺陷主要表現(xiàn)為邊浪、中間浪、鐮刀彎、邊部減薄、帶材寬度方向上厚度不均勻等。

(1)寬幅軋輥冷卻噴淋控制技術(shù)。開發(fā)的寬幅軋輥冷卻噴淋控制裝置主要由抗污染、高可靠性的氣動滑閥組成，密排間距，多排分組、分流量控制。并針對寬幅板帶，中部冷卻能力偏弱的特點(diǎn)，合理設(shè)置橫向噴嘴流量，實(shí)現(xiàn)了軋輥的凸度穩(wěn)定控制，有效改善板形控制。

(2)新型液壓彎輥控制技術(shù)。液壓彎輥控制技術(shù)也是決定軋輥凸度影響板形的重要因素之一，所以彎輥液壓伺服控制回路設(shè)計(jì)要更加合理。其采用普通液壓閥與電液伺服閥巧妙結(jié)合的回路設(shè)計(jì)，大行程移動時(shí)由普通換向閥供油，精確控制時(shí)由電液伺服閥實(shí)現(xiàn)，此設(shè)計(jì)不僅提高了控制精度，還降低了制造成本。

(3)粗軋機(jī)配置了測厚儀裝置。為了更好更精確的控制板材的厚度公差，本機(jī)組還特別在粗軋機(jī)出口側(cè)配置了測厚儀裝置。其測得的厚度給二級系統(tǒng)一個(gè)反饋，再由二級系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算后確定在下個(gè)道次的糾偏量，這樣就可以有效控制其厚度精度。以往機(jī)組的中厚板材厚度公差主要是通過主機(jī)的輥縫來保證，由于無測厚裝置，很難精確控制板材的厚度公差。

(4)精軋機(jī)配備了凸度儀。凸度儀的主要作用是對卷取道次的帶材凸度進(jìn)行檢測，從而有效控制成品帶材的凸度，大大提高了整個(gè)機(jī)組的控制水平。凸度儀一般可分為三點(diǎn)掃描式和多點(diǎn)多通道兩種。前一種結(jié)構(gòu)簡單，但投資相對比較低，具體工作方式為中間一個(gè)掃描點(diǎn)固定，兩邊兩個(gè)掃描點(diǎn)橫向掃描；后一種多點(diǎn)多通道的凸度儀是通過多點(diǎn)直接測出其值，能比較直觀的反映帶材的凸度，但價(jià)格比較高。

根據(jù)我公司綜合考慮以及客戶的要求，我們最終采用了三點(diǎn)式X射線掃描凸度儀，其主要參數(shù)為，檢測材料1xxx～8xxx系合金；寬度1050mm～2650mm；厚度2mm～20mm；溫度200℃～580℃；速度最大280m/min；楔形值和凸度值≤±0.1%；線性度≤±0.0.5%。三點(diǎn)掃描式凸度儀的計(jì)算公式為：凸度值計(jì)算公式，

楔形值計(jì)算公式，C=Hjd-Hjo;式中，W為帶材的凸度值，μm；C為帶材的楔形值，μm；Hjd為帶材傳動側(cè)的厚度，mm；Hjo為帶材操作側(cè)的厚度，mm；Hc為帶材中心的厚度，mm。

本機(jī)組生產(chǎn)的板材主要性能指標(biāo)與其他廠家的對比見表1，可以看出，該“1+1”寬幅熱軋機(jī)組的厚差及板形偏差等性能保證值，均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。

表1

3 “1+1”寬幅熱軋機(jī)組的應(yīng)用改進(jìn)

3.1 刷輥裝置的改進(jìn)

軋機(jī)工作輥刷輥裝置是保證產(chǎn)品表面質(zhì)量非常關(guān)鍵的裝置之一。當(dāng)軋輥表面存在粘鋁和鋁粉過多時(shí)，需要用刷輥裝置對工作輥表面進(jìn)行刷洗，刷洗的過程要求刷輥與工作輥有一定的速差，而且刷輥對工作輥的壓靠力要求穩(wěn)定。如果刷輥速度低了，無法對工作輥輥表面形成剖光的效果，工作輥粘鋁刷不掉，影響帶材表面質(zhì)量，需要經(jīng)常換輥，增加機(jī)組生產(chǎn)成本；如果刷輥的壓靠力不穩(wěn)定，壓靠力大了，則會對工作輥表面造成劃傷，壓靠力小了，則工作輥表面刷不干凈。傳統(tǒng)的刷輥控制采用的是壓力控制，由于刷輥裝置壓靠本身結(jié)構(gòu)是擺動結(jié)構(gòu)，刷輥轉(zhuǎn)速又比較高，受離心力的作用，刷輥震動比較厲害，現(xiàn)場出現(xiàn)壓靠不穩(wěn)定的情況，所以針對此情況，現(xiàn)場把刷輥壓靠的控制由壓力控制改為位置控制。刷輥大壓力壓靠，機(jī)械限位可調(diào)，刷輥裝置緊緊固定，即使刷輥高速轉(zhuǎn)動也不會震動。刷輥調(diào)節(jié)的位置為工作輥輥面上壓痕為25mm～30mm即可。

3.2 軋機(jī)壓下液壓缸的改進(jìn)

軋機(jī)壓下液壓缸是軋制力和輥縫給定的重要保障，所以壓下缸的位置和壓力的準(zhǔn)確給定至關(guān)重要。本機(jī)組壓下缸的位置傳感器設(shè)置于壓下缸內(nèi)部，檢修與調(diào)整均比較困難，且壓下缸的缸桿導(dǎo)向帶出現(xiàn)一定磨損后，會導(dǎo)致缸桿出現(xiàn)一定偏擺從而影響位置傳感器精度。所以建議位置傳感器采用外置結(jié)構(gòu)，且設(shè)置兩個(gè)位置傳感器，不僅檢修方便，且讀取兩個(gè)位置傳感器的平均值設(shè)置輥縫，即使缸桿稍微偏擺也不會影響輥縫設(shè)置。

3.3 關(guān)于機(jī)組輥道長度

由于受車間長度的限制，本機(jī)組的輥道長度比較短，粗軋機(jī)左側(cè)為108m，軋機(jī)右側(cè)(粗軋機(jī)與精軋機(jī)之間的距離)為158m，導(dǎo)致精軋機(jī)來料厚度比較大，終軋厚度會比較大(約5mm)；如果終軋厚度要達(dá)到3mm～3.5mm，三個(gè)道次的壓下量比較大，表面存在色差等缺陷。所以如果車間條件允許，建議輥道長度要足夠長。目前的解決方案是要么減小鑄錠規(guī)格(長度或厚度減小)，要么終軋厚度大一些，或者精軋機(jī)進(jìn)行五道次軋制。

3.4 精軋機(jī)主傳動的改進(jìn)

精軋機(jī)主傳動電機(jī)采用的是廠家自有的一臺5700kW備用電機(jī)，為了能把這臺電機(jī)用上，且滿足精軋機(jī)的最大軋制扭矩，把精軋機(jī)的額定速度設(shè)定為85m/min，軋制2400mm以下的硬合金還可以滿足，軋制較寬的硬合金就無法滿足其終軋厚度或終軋溫度。所以最終精軋軋機(jī)主電機(jī)要加大到8500kW左右，額定速度加大到150m/min，最大速度為300m/min，這樣既滿足了軋制扭矩，又滿足了軋制速度。

4 寬幅熱軋機(jī)的發(fā)展建議

(1)“1+1”寬幅熱軋機(jī)組為了提高帶材的板形，精軋機(jī)可采用先進(jìn)的CVC軋機(jī)控制技術(shù)、PC軋機(jī)控制技術(shù)、VC軋機(jī)控制技術(shù)等。

(2)目前“1+1”寬幅熱軋機(jī)組的表面質(zhì)量檢測還是人工經(jīng)驗(yàn)去觀察，這樣有時(shí)會不太準(zhǔn)確，建議在精軋機(jī)的出口增加表面檢測裝置，提高機(jī)組表面檢測的可靠性與穩(wěn)定性。

(3)“1+1”寬幅熱軋機(jī)組有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，也有一些缺點(diǎn)無法避免。未來寬幅熱軋機(jī)組要配置成“1+4”機(jī)型，甚至是“1+5”機(jī)型。

對于寬度大于2400mm～2600mm的卷材來說，由于精軋機(jī)來料厚度在25mm～30mm，且輥道輥?zhàn)訛殄F輥，則會導(dǎo)致帶材沿寬度方向下垂，帶材兩端與輥?zhàn)有纬梢欢▽挾鹊拿娼佑|，容易產(chǎn)生劃傷，帶材越寬兩側(cè)擦劃傷越寬，單邊最寬可達(dá)到100mm～150mm。為了解決以上問題，精軋機(jī)采用4連軋甚至5連軋配置，精軋機(jī)來料厚度加大，板材本身的剛度大大加強(qiáng)，板材兩端與輥道輥?zhàn)尤詾榫€接觸，無擦劃傷。多機(jī)架連軋機(jī)是一道次完成卷取，避免了多次開卷造成的表面質(zhì)量問題，且終軋溫度控制精確。

5 結(jié)束語

“1+1”寬幅鋁板帶熱軋機(jī)組是有色金屬加工重型設(shè)備，與其它重型有色設(shè)備比，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，工藝性更強(qiáng)。筆者負(fù)責(zé)了多臺鋁板帶熱軋機(jī)組的開發(fā)設(shè)計(jì)，這里結(jié)合一些實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)對其開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行了分析，同時(shí)也提出了一些改進(jìn)設(shè)計(jì)的方案與同行進(jìn)行交流，在實(shí)際設(shè)計(jì)“1+1”雙機(jī)架熱軋機(jī)組時(shí)，一些參數(shù)及結(jié)構(gòu)需要根據(jù)各自的實(shí)際情況而定。