冷軋機(jī)帶材厚度峰刺的影響因素及解決方向

劉永杰，韓慶華，王慶收，陳 超

（奧科寧克（昆山）鋁業(yè)有限公司，昆山 215300）

0 前言

1 厚度峰刺的影響因素及解決方法

某公司的冷軋機(jī)是由涿神公司制造的四輥不可逆式1 550 mm鋁板帶冷軋機(jī)，軋機(jī)最高速度900 m/min，兼有冷軋機(jī)及鋁箔粗軋機(jī)的性能；軋制范圍為來(lái)料厚度6～8 mm，成品3.0～0.05 mm的釬焊板帶材。此軋機(jī)安裝于2003年，軋機(jī)出口配置Thermo Fisher北美RM215測(cè)厚儀一套，用于出口帶材厚度測(cè)量。測(cè)厚儀測(cè)厚范圍8.0～0.005 mm，X射源電壓50 kV，平均響應(yīng)時(shí)間2 ms，采樣時(shí)間1 ms，測(cè)量精度在±0.1%，或者±0.25μm，厚度漂移量在8 h未標(biāo)定情況下，測(cè)量厚度的±0.1%，重復(fù)噪音控制在測(cè)量厚度的0.1%。

隨著轎車(chē)行業(yè)的高速發(fā)展，測(cè)厚儀的測(cè)量精度和準(zhǔn)確性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。由于該冷軋機(jī)已經(jīng)使用十年有余，近幾年帶材的厚度峰刺隱患問(wèn)題日益嚴(yán)重，有時(shí)一周會(huì)出現(xiàn)幾次。由于厚度峰刺問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)間短、間隔時(shí)間長(zhǎng)、隱蔽性較強(qiáng)、不易被發(fā)現(xiàn)，故易造成帶材表面厚度超出范圍。厚差指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的需要切除，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響成品率。例如如果一卷出現(xiàn)多次厚度峰刺會(huì)造成整卷報(bào)廢，復(fù)合釬焊板產(chǎn)品的成品率一般在55%左右。所以解決生產(chǎn)中的帶材厚度峰刺問(wèn)題是提升成品率的有效手段。

由于每次生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)厚度峰刺的影響因素不同，且產(chǎn)生峰刺的原因與速度、張力、溫度、油污等也有密切關(guān)系；針對(duì)不同的現(xiàn)象逐步跟蹤，找到解決方向。

1.1 來(lái)料對(duì)厚度峰刺的影響

來(lái)料對(duì)帶材厚度峰刺的影響一般見(jiàn)于開(kāi)卷機(jī)帶材來(lái)料包頭不好的厚料或者熱軋切邊不良。圖1為來(lái)料包頭不好出現(xiàn)的厚度峰刺。

圖1 來(lái)料包頭不好出現(xiàn)厚度峰刺

如圖1所示，前半卷厚度峰刺有規(guī)律呈現(xiàn)，間隔時(shí)間基本均等，峰刺方向朝上，隨著開(kāi)卷卷徑變小，厚度峰刺隨之減小。熱軋機(jī)卷取包頭不好導(dǎo)致料卷直徑上不圓，在冷軋機(jī)開(kāi)卷時(shí)，鋁卷的斷面不圓在每一卷有跳動(dòng)，導(dǎo)致入口激光卷進(jìn)測(cè)量裝置測(cè)出的卷徑階臺(tái)式跳躍，從而影響到張力不穩(wěn)，出口測(cè)厚儀出現(xiàn)4%~6%左右的有規(guī)律厚度峰刺。

另外當(dāng)熱軋來(lái)料圓盤(pán)剪切邊不良時(shí)，由于圓盤(pán)剪做圓周運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致帶材邊部應(yīng)力集中，在冷軋機(jī)開(kāi)卷時(shí)，特別在4 mm以上的厚料，時(shí)常出現(xiàn)帶材板形呈規(guī)律性片狀波浪，像蹺蹺板形態(tài)使開(kāi)卷側(cè)張力不穩(wěn)，帶材上下擺動(dòng)導(dǎo)致出口厚度3%左右的厚度峰刺出現(xiàn)。

針對(duì)以上情況，來(lái)料包頭不好的需要確認(rèn)是否按標(biāo)準(zhǔn)纏繞包頭位置與圈數(shù)。在生產(chǎn)時(shí)對(duì)來(lái)料厚度或板形缺陷在斷面位置做好劃線(xiàn)標(biāo)記，到位置時(shí)適當(dāng)降低速度避免斷帶。來(lái)料切邊不良的帶材，熱軋圓盤(pán)剪刀縫間隙預(yù)設(shè)過(guò)大，需檢查圓盤(pán)剪的重合度、傳動(dòng)絲杠是否卡阻，位置傳感器反饋精度應(yīng)小于0.1 mm。

1.2 溫度對(duì)厚度峰刺的影響

測(cè)厚儀是一種高精度X射線(xiàn)測(cè)量裝置，電壓從高壓包升壓后經(jīng)陰極和陽(yáng)極激發(fā)出X射線(xiàn)，會(huì)有熱量散發(fā)出來(lái)，測(cè)厚儀射源和探頭對(duì)溫度較為敏感。夏天軋機(jī)的出口溫度環(huán)境在60～80℃，測(cè)厚儀X射線(xiàn)工作溫度在30℃以下，測(cè)厚儀X射線(xiàn)管極限溫度是70℃，需要檢查測(cè)厚儀的冷卻水系統(tǒng)的工作溫度是否在正常范圍。一般溫度范圍為23～28℃，溫度帶寬范圍過(guò)大，在高電壓測(cè)量時(shí)，射線(xiàn)源探頭產(chǎn)生較多熱量，致使溫度的變化波動(dòng)范圍比較大，可適當(dāng)調(diào)整溫度補(bǔ)償系數(shù)，避免隨著溫度升高出現(xiàn)測(cè)厚儀厚度漂移。

在測(cè)厚儀冷卻系統(tǒng)正常的情況下，如厚度測(cè)量出現(xiàn)漂移時(shí)，做離線(xiàn)標(biāo)樣30 min的測(cè)試過(guò)程中，厚度曲線(xiàn)隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸發(fā)生線(xiàn)性漂移（如圖2所示）。特別是多個(gè)合金樣片都測(cè)量不準(zhǔn)確的時(shí)候，可適當(dāng)調(diào)整對(duì)應(yīng)4個(gè)厚度段的電壓增益，為保障每個(gè)電壓段的能量，可刪除內(nèi)部合金曲線(xiàn)，重新做測(cè)厚儀的內(nèi)部合金曲線(xiàn)，以提高測(cè)量精度。X射線(xiàn)測(cè)厚儀信號(hào)漂移在4 h內(nèi)控制在測(cè)量厚度的0.05%，8 h未標(biāo)定情況下在測(cè)量厚度的0.1%之內(nèi)。

圖2 測(cè)試0.3 mm外部樣片的厚度漂移曲線(xiàn)

冬天溫度較低，軋機(jī)內(nèi)的軋制油溫度在80℃左右，油煙會(huì)比較大，排煙系統(tǒng)不好時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量油煙囤積在軋機(jī)出入口周?chē)?。測(cè)厚儀在測(cè)量時(shí)需要定時(shí)做曲線(xiàn)樣片測(cè)試和射線(xiàn)窗口的清潔，適當(dāng)調(diào)整射線(xiàn)窗口臟補(bǔ)償系數(shù)或者做X射線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化矯正，避免測(cè)厚儀因油氣過(guò)大而影響到帶材的測(cè)量精度。

1.3 速度打滑對(duì)厚度峰刺的影響

在軋機(jī)生產(chǎn)中，可能遇到開(kāi)卷機(jī)速度突然打滑（如圖3所示）。由于速度突變導(dǎo)致張力波動(dòng)，帶材進(jìn)入輥縫的速度突變引起超薄4.6%厚度峰刺的出現(xiàn)。在AGC系統(tǒng)閉環(huán)控制下，軋制力和輥縫位置瞬間出現(xiàn)變化，極容易發(fā)生斷帶。針對(duì)此種情況，要檢查開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)預(yù)設(shè)的張力匹配度，一般情況下卷取機(jī)單位張力大于開(kāi)卷機(jī)單位張力3～8 N/mm2；檢查工作輥的粗糙度是否過(guò)小、套筒的圓度變形情況和脹軸壓力是否過(guò)低（p<4 MPa），這些都會(huì)影響帶材在生產(chǎn)中打滑。

圖3 開(kāi)卷機(jī)打滑出現(xiàn)4.6%的厚度峰刺

1.4 系統(tǒng)未濾波對(duì)厚度峰刺信號(hào)的影響

如圖4所示，厚度峰刺出現(xiàn)10 ms，實(shí)際的軋制力和速度沒(méi)有變化，不會(huì)影響帶材軋制，對(duì)AGC控制也無(wú)影響。PLC的一般掃描周期在15 ms左右，軟件記錄下來(lái)曲線(xiàn)掃描周期10 ms，測(cè)厚儀采樣到厚度信號(hào)，送到AGC系統(tǒng)，AGC做出響應(yīng)到帶材需要一定時(shí)間，所以在10 ms以?xún)?nèi)的厚度峰刺基本是來(lái)自測(cè)厚儀的采樣的假信號(hào)，對(duì)應(yīng)措施系統(tǒng)對(duì)應(yīng)做濾波程序，將厚度信號(hào)毛刺過(guò)濾即可。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果出現(xiàn)10 ms以?xún)?nèi)的厚度峰刺，需要取樣測(cè)試和校驗(yàn)。因?yàn)橐话闱闆r下出現(xiàn)厚度峰刺向下方向的這種趨勢(shì)（向下代表帶材厚度超?。缀醪豢赡?，如果軋制中出現(xiàn)超薄7%以上基本就發(fā)生斷帶了，這種極短的時(shí)間采樣到厚度峰刺大部分都是系統(tǒng)產(chǎn)生的假信號(hào)。

圖4厚度峰刺出現(xiàn)時(shí)間10 ms

1.5 齒輪箱嚙合不良對(duì)厚度峰刺的影響

圖5 示出了齒輪箱嚙合不良產(chǎn)生的厚度峰刺現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期跟蹤發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)中出現(xiàn)厚度峰刺的原因來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面。一方面，由于開(kāi)卷機(jī)齒輪箱換擋軸承脫軌位移出來(lái)三分之一，換擋后齒輪面沒(méi)有和二級(jí)齒面完全嚙合或者嚙合面積只有一半，此時(shí)換擋不到位，齒面受力不均勻?qū)е麻_(kāi)卷速度有規(guī)律變動(dòng)。此時(shí)，如果不及時(shí)維護(hù)，厚度峰刺會(huì)逐步放大。

圖5 齒輪箱嚙合不良產(chǎn)生的厚度峰刺

另一方面是與工藝所規(guī)定的張力參數(shù)不匹配。出口單位張力等于或小于入口單位張力時(shí)，最容易出現(xiàn)開(kāi)卷轉(zhuǎn)矩與速度波動(dòng)，同時(shí)伴隨出口錯(cuò)層出現(xiàn)，最終反饋到帶材上的結(jié)果是呈現(xiàn)正弦波浪的厚度峰刺。

1.6 異物飛入和震動(dòng)對(duì)厚度峰刺的影響

在生產(chǎn)中如果鋁屑飛入測(cè)量區(qū)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)2.6%厚度峰刺（如圖6所示），將測(cè)厚儀C形架退到離線(xiàn)位，測(cè)量標(biāo)樣發(fā)現(xiàn)沒(méi)有厚度峰刺出現(xiàn)，可以判斷是外部異物飛入干擾造成的厚度峰刺。

圖6 異物飛入產(chǎn)生的厚度峰刺

出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)檢查測(cè)厚儀的吹掃氣壓和氣嘴位置是否正確，避免軋制時(shí)軋制油進(jìn)入到X射線(xiàn)窗口區(qū)，或者鋁屑飛濺到X射線(xiàn)窗口測(cè)量區(qū)薄膜上；檢查上下薄膜下方X射線(xiàn)孔內(nèi)是否有鋁屑或者異物進(jìn)入，需要制作防濺檔板以免油污進(jìn)入測(cè)量區(qū)。另外需要測(cè)量C型架的輪子和軌道平面的平穩(wěn)性，檢查軌道上是否有磨損坑；觀(guān)察周?chē)隹趯?dǎo)板或者管路的震動(dòng)是否對(duì)C型架的穩(wěn)定性造成干擾。

1.7 射線(xiàn)測(cè)量電壓波動(dòng)對(duì)厚度峰刺的影響

當(dāng)測(cè)厚儀X射線(xiàn)探頭輸出反饋電壓范圍為0～10 V，電壓峰刺最終轉(zhuǎn)換成厚度信號(hào)輸出（如圖7所示），這是因探頭前置放大板電壓零點(diǎn)漂移造成的。這時(shí)需要檢測(cè)探頭內(nèi)部密封情況，是否有軋制油浸入。解決方法是，重新校正前置放大板零點(diǎn)；另外需要檢查前置放大板上的管狀電阻是否擊穿，在作業(yè)時(shí)需要配置接地手環(huán)實(shí)現(xiàn)人體可靠接地，避免人體電壓損壞電路板電子元器件。如果射源電壓過(guò)低，可順時(shí)針微調(diào)驅(qū)動(dòng)箱內(nèi)驅(qū)動(dòng)板上的電壓增益旋鈕，修正射源電壓值到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值。

圖7測(cè)厚儀探頭產(chǎn)生的厚度峰刺

1.8 屏蔽線(xiàn)接地不良對(duì)厚度峰刺的影響

圖8 示出了控制系統(tǒng)電源信號(hào)受到干擾產(chǎn)生的厚度峰刺。在軋制中厚度峰刺連續(xù)頻出，呈不規(guī)律狀態(tài)出現(xiàn)，這樣會(huì)造成整卷料報(bào)廢。測(cè)厚儀中間接線(xiàn)箱一般安裝在冷軋機(jī)直流調(diào)速電機(jī)附近，主要原因是軋機(jī)主機(jī)2 500 kW直流電機(jī)電纜和測(cè)厚儀C型架的電纜在橋架進(jìn)入電控室過(guò)程中，有一段放在了同一層電纜橋架內(nèi)，通過(guò)示波器看到系統(tǒng)雜波等因素干擾，產(chǎn)生無(wú)規(guī)律的厚度峰刺出現(xiàn)。將測(cè)厚儀電纜進(jìn)行分槽隔離，并將測(cè)厚儀系統(tǒng)配置了隔離變壓器電源后，故障消失。

圖8電源信號(hào)受到干擾出現(xiàn)的厚度峰刺

1.9 接地系統(tǒng)不良出現(xiàn)的厚度峰刺

圖9 示出了接地系統(tǒng)不良產(chǎn)生的厚度峰刺。這種無(wú)規(guī)律連續(xù)的厚度峰刺與軋制速度、張力、軋制力工藝參數(shù)等都有關(guān)聯(lián)性，需要大量的數(shù)據(jù)分析，利用排除法從容易排除的因素下手。首先排除來(lái)料缺陷和外部環(huán)境影響，通過(guò)測(cè)厚儀內(nèi)部標(biāo)定Standard進(jìn)行自檢，檢查X射線(xiàn)上下窗口薄膜是否有微小的孔洞或者劃傷；檢查X射線(xiàn)快門(mén)和內(nèi)部標(biāo)樣的動(dòng)作情況，內(nèi)部樣片在推出和返回時(shí)是否走到位了。其次檢查探頭和射源的反饋電壓，通過(guò)示波器測(cè)厚儀的探頭和射源的模擬量接地線(xiàn)不良，檢查測(cè)厚儀坦克鏈電纜到中間接線(xiàn)箱內(nèi)屏蔽線(xiàn)端子是否氧化。

圖9 接地系統(tǒng)不良出現(xiàn)的厚度峰刺

因此要定期檢測(cè)測(cè)厚儀系統(tǒng)的屏蔽線(xiàn)接地，安裝隔離變壓器電源，避免受到電源雜波干擾；利用數(shù)據(jù)采集軟件對(duì)厚度狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶材厚度控制的各種隱形風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)論

冷軋機(jī)在生產(chǎn)時(shí)，厚度控制AGC（Automatic thickness control）是鋁板帶生產(chǎn)的核心技術(shù)，其中帶材出現(xiàn)的厚度峰刺是行業(yè)長(zhǎng)期普遍存在而不易解決的問(wèn)題，本文列舉了9類(lèi)最長(zhǎng)見(jiàn)的厚度峰刺的形態(tài)，并給出了大致解決方向及方法。

（1）帶材出現(xiàn)的厚度峰刺，因無(wú)任何前兆較隱蔽會(huì)直接影響到成品率。因此，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)，對(duì)來(lái)料包頭、溫度、速度打滑、異物飛入、齒輪箱齒面嚙合不良、震動(dòng)、測(cè)量信號(hào)波動(dòng)、X射線(xiàn)前置放大板的零飄、接地信號(hào)不良等情況進(jìn)行及時(shí)分析和排查，可有效減少厚度峰刺的出現(xiàn)。

（2）對(duì)于在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的厚度峰刺，因出現(xiàn)時(shí)間短，需借助于毫秒級(jí)數(shù)據(jù)采集軟件，并建立厚度控制分析模型，結(jié)合厚度峰刺的形態(tài)，便于快捷有效找出原因。