鋁板帶材冷軋分段冷卻板形控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

摘要：板形控制是鋁板帶材冷軋生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，冷軋板帶分段冷卻技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用為板形控制提供了有力的技術(shù)支持，本文介紹了鋁板帶材冷軋生產(chǎn)過程中產(chǎn)生不良板形的原因，引出分段冷卻技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展及其在調(diào)控板形不良問題中的重要意義，總結(jié)概括了國(guó)內(nèi)外板帶材冷軋VAI四輥軋機(jī)、阿亨巴赫四輥軋機(jī)、HC六輥軋機(jī)和CVC六輥軋機(jī)板形控制的控制手段和分段冷卻板形控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：鋁板帶;板形控制;分段冷卻;冷軋

板形是衡量冷軋產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，隨著鋁板帶冷軋技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，對(duì)板形的精細(xì)控制也提出了更高的要求。來料板形、來料物理性能、軋輥及帶材的接觸變形狀態(tài)、帶材前后張力分布、軋輥初始凸度、輥系的熱膨脹、潤(rùn)滑條件、磨損等因素都對(duì)板形具有較大影響。

鋁板冷軋分段冷卻板形控制技術(shù)能夠調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中軋輥軸線方向上冷卻油液的流量，使軋輥輥身表面的熱變形沿軸線均勻分布，實(shí)現(xiàn)改善板形不良的目標(biāo)。軋輥分段冷卻技術(shù)自20世紀(jì)70年代末80年代初開始成為國(guó)內(nèi)外鋁加工行業(yè)關(guān)注的問題之一，近年來已成為世界各國(guó)鋁加工行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)研究的重要課題。

一、鋁板帶冷軋分段冷卻技術(shù)概述

鋁板帶冷軋分段冷卻控制系統(tǒng)由噴射梁、噴射梁噴嘴、板形輥、軋制油系統(tǒng)、電磁閥、電氣控制系統(tǒng)等組成。板形輥內(nèi)部沿輥面軸線方向均勻等距分布了一系列的板形測(cè)量傳感器，在軋制過程中，板形測(cè)量傳感器可以實(shí)時(shí)地將檢測(cè)出的鋁板帶材沿輥身軸線方向的板形偏差量經(jīng)過電氣控制系統(tǒng)傳送給控制器主機(jī)?？刂茋娚淞很堉朴屠鋮s液噴射的噴嘴控制信號(hào)是開關(guān)量，軋制油冷卻液的噴射量呈有級(jí)變化，噴嘴在工作輥身噴射冷卻液區(qū)域與板形測(cè)量傳感器一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)軋機(jī)出口板形輥內(nèi)壓力傳感器反饋帶材的平直度情況，設(shè)定各個(gè)區(qū)域的冷卻液噴射量目標(biāo)值，將各個(gè)區(qū)域的冷卻液噴射量目標(biāo)值轉(zhuǎn)化成有規(guī)律的脈沖控制信號(hào)，產(chǎn)生有規(guī)律的軋制油冷卻液脈沖，實(shí)現(xiàn)軋制油冷卻精確控制。軋制油系統(tǒng)一般由油箱、泵站、板式熱交換器組成安裝在地下室，軋制油供油泵將凈油箱中軋制油泵出，經(jīng)過板式熱交換器后為噴射梁提供冷卻液，用后的軋制油冷卻液經(jīng)過軋機(jī)積液盤留回污油箱，再經(jīng)空氣清洗系統(tǒng)將干凈的軋制油回收到凈油箱中重復(fù)利用。在整個(gè)過程中可以使軋機(jī)工作輥輥身沿軸向熱凸度分布均勻，消除工作輥軸向局部“熱凸起”或“熱凹陷”現(xiàn)象，達(dá)到改善帶材局部板形不良的目的。鋁板帶冷軋分段冷卻板形控制過程如下圖所示：

鋁板帶冷軋分段冷卻板形控制過程圖

二、國(guó)內(nèi)外鋁板帶冷軋機(jī)板形控制手段

（一）VAI四輥軋機(jī)板形控制

VAI四輥軋機(jī)板形控制系統(tǒng)由工作輥正負(fù)彎輥控制、工作輥軸向竄輥控制和選擇性冷卻控制組成，可以在更大范圍內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品的板形調(diào)節(jié)。軋機(jī)在軋制過程中，上工作輥下表面和下工作輥輥上表面形成輥縫，當(dāng)上工作輥和下工作輥沿軸線靠中間移動(dòng)時(shí)，輥面凸峰逐漸接近，此時(shí)所軋制的鋁板帶中心輥縫逐漸縮小，邊部輥縫逐漸增大，軋出板帶的凸度呈降低趨勢(shì);當(dāng)上工作輥和下工作輥沿軸線靠?jī)蛇叢恳苿?dòng)時(shí)，輥面凸峰逐漸遠(yuǎn)離，此時(shí)所軋制的鋁板帶中心輥縫逐漸增大，板帶邊緣輥縫逐漸減小，軋出板帶的凸度呈升高趨勢(shì)。在實(shí)際軋制生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)能依據(jù)來料情況和工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母Z輥控制來改善成品的板形。

（二）阿亨巴赫四輥軋機(jī)板形控制

阿亨巴赫四輥軋機(jī)板形控制系統(tǒng)由帶材平直度測(cè)量和控制系統(tǒng)、伺服調(diào)整控制系統(tǒng)三部分組成，其中帶材平直度測(cè)量系統(tǒng)通過板形輥輥面上均布安裝的壓電式傳感器，將帶材在軋制過程中與輥面?zhèn)鞲衅鹘佑|的相對(duì)應(yīng)的壓力信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，輸送給控制器主程序;平直度控制系統(tǒng)可以將測(cè)量到的壓力偏差信號(hào)經(jīng)過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成板形控制信號(hào)進(jìn)行彎輥控制、傾斜控制、VC控制和冷卻控制，伺服調(diào)整控制系統(tǒng)，可以將帶材板形厚度誤差穩(wěn)定在可控范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)板形精確控制。

（三）HC六輥軋機(jī)板形控制

HC六輥軋機(jī)板形控制系統(tǒng)由工作輥彎輥控制、中間輥中間輥軸向移動(dòng)控制和末機(jī)架分段冷卻控制相結(jié)合的板形控制手段。該控制手段可以實(shí)現(xiàn)在軋制過程中大壓下率下好的板形控制效果，其中的分段冷卻控制手段可以改善工作輥與帶材摩擦產(chǎn)生的熱凸度導(dǎo)致的邊浪、肋浪等不同程度的板形不良情況，使帶材板面均勻性性能得到改善，提高了成品的質(zhì)量等級(jí)。

（四）CVC六輥軋機(jī)板形控制

CVC六輥軋機(jī)板形控制系統(tǒng)由工作輥和中間輥彎輥控制、中間輥CVC竄輥控制和厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。工作輥和中間輥彎輥控制由液壓彎輥控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以在工作輥和中間輥輥頸軸承座處施加液壓彎輥力，產(chǎn)生正、負(fù)彎輥，改變輥縫形狀;中間輥CVC竄輥控制是加在中間輥上的一套竄輥裝置，可以配合工作輥和中間輥彎輥控制板形，適應(yīng)不同寬度帶材的板形控制;厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)也稱AGC控制系統(tǒng)，由出口板形測(cè)量?jī)x反饋的輥縫調(diào)整信號(hào)，控制伺服閥和AGC缸做出相應(yīng)的調(diào)整動(dòng)作來配合彎輥和竄輥控制，獲得良好的板形。

三、分段冷卻板形控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

一重冶金1420mm連軋機(jī)分段冷卻系統(tǒng)設(shè)置在最后一個(gè)機(jī)架，精細(xì)冷卻裝置由三根13噴嘴的噴射梁組成，分別安裝在中間輥和支承輥附近，共39個(gè)型號(hào)相同的噴嘴進(jìn)行冷卻液噴射。主冷卻裝置由ABB公司生產(chǎn)的LECHLER噴射梁及其配套的控制系統(tǒng)組成，噴射梁共有兩個(gè)，包含四排噴嘴，每排25個(gè)，其中第一排和第四排噴嘴為精細(xì)冷卻噴嘴，正常工作狀態(tài)有板形控制信號(hào)時(shí)開閉，第二排和第三排噴嘴為基礎(chǔ)潤(rùn)滑冷卻噴嘴，根據(jù)所軋板帶寬度調(diào)節(jié)噴嘴工作數(shù)量。

鞍鋼1250mm軋機(jī)分段冷卻控制系統(tǒng)包括1個(gè)氣動(dòng)閥控制柜和4條冷卻梁。由板形控制程序中冷卻控制功能直接控制每個(gè)冷卻區(qū)域分段冷卻噴嘴的冷卻液流量。所有的可控噴嘴采用MODULAX閥控制，冷卻液徑直以層流方式流向噴嘴，由于閥內(nèi)部具有特殊的幾何形狀，因而使噴嘴形成的扇形射流像一個(gè)刀片，可達(dá)到最佳的熱交換效率。

福州大學(xué)王偉等針對(duì)鋁板帶材在冷軋過程中彎輥和斜輥解決不了的四次及以上板形缺陷問題，在現(xiàn)有的局部冷卻控制模式基礎(chǔ)上，提出了一種基于調(diào)控效應(yīng)的多段協(xié)同的冷軋分段冷卻控制模型。以某四輥軋機(jī)為例，該軋機(jī)噴射梁上有三排噴嘴，其中最下面一排噴嘴常開，提供基礎(chǔ)冷卻和潤(rùn)滑，上面兩排噴嘴可調(diào)控打開，實(shí)現(xiàn)分段精細(xì)冷卻，對(duì)其工作輥在軋制過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元分析，仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)溫度一致，其研究結(jié)果對(duì)鋁板帶冷軋解決四次及以上板形缺陷問題提供了一定的理論基礎(chǔ)。

四、總結(jié)

本文闡述了板帶材產(chǎn)生不良板形的原因，引出了在鋁板帶冷軋過程中分段冷卻技術(shù)的重要性，并對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要的板帶材板形控制技術(shù)：VAI四輥軋機(jī)、阿亨巴赫四輥軋機(jī)、HC六輥軋機(jī)和CVC六輥軋機(jī)板形控制做了總結(jié)和概括。通過對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外板帶材冷軋機(jī)板形控制研究現(xiàn)狀可知：在解決鋁板帶材冷軋過程板形不良問題的道路上，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)軋機(jī)在不斷前行，板形控制精度在不斷提高，分段冷卻技術(shù)的應(yīng)用，已充分說明這一點(diǎn)，但在解決邊部板形問題時(shí)，該技術(shù)還需不斷完善。在今后的板帶材冷軋板形控制技術(shù)的研究中，應(yīng)把邊部板形控制技術(shù)作為研究重點(diǎn)，不斷優(yōu)化邊部熱噴淋與主冷卻系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]凌君安.冷軋板形控制中的精細(xì)冷卻[D].武漢科技大學(xué)，2011.

[2]尹曉輝，李響，劉靜安，蔣程非.鋁合金冷軋及薄板生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[3]宋春穎.阿亨巴赫鋁箔軋機(jī)板形自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].有色金屬加工，2012，41（05）：5559.

[4]賈何林.攀鋼HC軋機(jī)分段冷卻控制效果分析[J].四川冶金，2014，36（06）：1418.

[5]馬佳，晏宏山.冷軋CVC軋機(jī)板形控制技術(shù)[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2012（s1）：103104.

[6]金呈虎，毛昕，竇君智，于樹.1420mm連軋機(jī)精細(xì)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用[J].流體傳動(dòng)與控制，2013（2）：3436.

[7]曹忠華，朱文豪，李志鋒，王軍生，張巖.冷軋機(jī)板形分段冷卻控制系統(tǒng)分析[J].鞍鋼技術(shù)，2010（06）：3134.

[8]王偉，李世苗，張波.基于調(diào)控效應(yīng)的冷軋工作輥精細(xì)冷卻控制研究[J].輕合金加工技術(shù)，2019，47（06）：3944+63.

作者簡(jiǎn)介：張佳?。?987—），男，漢族，河南鞏義人，碩士研究生，助教，研究方向：機(jī)械工程。