設(shè)備精度對鋁熱連軋板形的影響及改善措施

張 學(xué),王帥星,張 闖,劉曉龍,丁廷杰

(河南中孚高精鋁材有限公司,河南 鞏義 451200)

我司熱軋廠“1+4”2 560 mm熱連軋罐體料生產(chǎn)線的設(shè)備整體由西馬克公司提供,精軋機(jī)采用專利CVC板形控制技術(shù),該技術(shù)由德國西馬克公司(SMS)在20世紀(jì)80年代開發(fā)并應(yīng)用,其優(yōu)異的板形控制技術(shù)已在100多個機(jī)架上使用[1]。

隨著我公司產(chǎn)品銷量逐步提高,冷軋機(jī)罐體料軋制速度突破1 000 m/min,產(chǎn)品出現(xiàn)錯層、挫傷等不可控缺陷。因此,需要提供更優(yōu)質(zhì)的熱軋坯料。

對熱軋卷材而言,板形包括卷材平直度和橫斷面幾何形狀兩個方面,即卷材在軋制過程中或其后產(chǎn)生的波浪與翹曲程度以及卷材橫向厚度偏差,其中橫向厚差是熱軋板形控制的重點(diǎn)[2]。

1 橫向厚差

卷材的橫斷面厚度偏差稱為橫向厚差,也就是熱軋卷材的板凸度,通常用卷材橫斷面中部厚度與兩邊部厚度平均值的差值表示,這個差值與中部厚度的比值稱為中凸率。卷材一般是中部厚兩邊薄,形成凸形斷面。

1.1 熱軋卷材的板凸度控制理論

板形已經(jīng)成為罐體料的重要質(zhì)量指標(biāo)。生產(chǎn)厚度為0.25 mm～0.35 mm的鋁罐體料,冷軋前的熱軋坯料厚度為2.0 mm～2.5 mm。由于凸度的遺傳性,要求冷軋機(jī)對熱軋卷材的凸度做大的改變是非常困難的,因此要求熱軋卷材具有最佳的板凸度。冷軋機(jī)盡管裝備有最先進(jìn)的板形控制系統(tǒng),也只能維持熱軋板形不變壞,熱軋卷材良好的板形對于后續(xù)高速冷軋過程中保持穩(wěn)定運(yùn)行和控制卷材高精度橫向厚差顯得更加重要。

要保證卷材高精度的橫向厚差,關(guān)鍵要保證熱軋過程中卷材的板凸度控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。因此,冷軋獲得良好的板形關(guān)鍵在于控制好熱軋卷材的板凸度,也就是控制好熱軋輥縫形狀[3]。

1.2 熱軋卷材的板凸度控制技術(shù)

為了精確控制熱軋卷板凸度,并且同時具有良好的平直度,目前主流的鋁加工熱連軋生產(chǎn)線精軋機(jī)都裝備有CVC(continuously variable crown)工作輥,即一對輥凸度不對稱的上下工作輥,通過輥間的軸向相對竄動來改變輥縫形狀,且輥縫的最高點(diǎn)(或最低點(diǎn))仍在機(jī)架中心線上,兩側(cè)按二次曲線對稱分布,調(diào)節(jié)輥縫凸度是連續(xù)且對稱的,在此系統(tǒng)中橫向竄動量與輥凸度呈線性關(guān)系,CVC輥竄動量為±100 mm,如圖1所示。

圖1 CVC正凸度與負(fù)凸度輥型

軋輥凸度能夠連續(xù)變化,在這基礎(chǔ)上配合使用彎輥系統(tǒng)[4],在一個換輥周期內(nèi)CVC輥型滿足板帶從寬到窄的變化,也滿足了不同合金硬度從軟到硬的變化。實(shí)踐證明這樣的板凸度控制系統(tǒng)對連續(xù)生產(chǎn)提供了最大的靈活性,并且能夠生產(chǎn)出板凸度符合標(biāo)準(zhǔn)的板帶。

1.3 設(shè)備精度對板凸度的影響

市場需求的熱軋坯料厚度越來越薄,目前罐體料熱軋坯料厚度要求是2.1 mm。生產(chǎn)這種厚度偏薄的熱連軋坯料僅僅有先進(jìn)的設(shè)備控制系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還需要有設(shè)備精度(尤其是精軋機(jī)組的設(shè)備精度)來長期保障工作輥兩側(cè)實(shí)際輥縫沒有偏差。

罐體料板凸度理想的目標(biāo)值是,橫斷面對稱且兩邊部比中間目標(biāo)厚度薄15 μm左右,橫斷面的縱向尺寸基本不變化,如圖2所示。這樣的罐體熱軋坯料在冷軋時開坯時表現(xiàn)良好,能保證冷軋高速穩(wěn)定軋制。

圖2 較好的鋁熱軋卷材厚度輪廓圖

生產(chǎn)過程中并不是所有的罐體料板凸度都能夠達(dá)到理想狀態(tài),有的罐體料橫斷面具有一定的楔形,并且在縱向上不停變化,如圖3所示。這樣的罐體熱軋坯料在冷軋開坯表現(xiàn)很差,入口開坯整卷中浪,外1/3圈操作側(cè)邊浪,內(nèi)圈卷徑750 mm至尾部表現(xiàn)二肋浪,開坯后檢查傳動側(cè)上下面邊部挫傷嚴(yán)重,如圖4所示。

圖3 較差的鋁熱軋卷材厚度輪廓圖

圖4 較差厚度輪廓圖在冷軋工序的質(zhì)量缺陷

1.4 板凸度異常原因

引起罐體熱軋坯料板凸度變化的原因很多,通過對軋機(jī)結(jié)構(gòu)和受力分析,主要原因是在軋機(jī)標(biāo)定時兩側(cè)液壓缸實(shí)際伸出的位置偏差導(dǎo)致工作輥兩側(cè)實(shí)際輥縫出現(xiàn)偏差。軋機(jī)標(biāo)定重要的功能就是輥縫校零,輥縫校零的目的就是確定零輥縫軋制線,并記錄兩側(cè)液壓缸的實(shí)際位置,以便在生產(chǎn)過程中換算相應(yīng)輥縫值,確定液壓缸的目標(biāo)位置,同時消除機(jī)械方面帶來的誤差,通過輥縫校零實(shí)現(xiàn)調(diào)平[5]。

冷軋生產(chǎn)反饋2022年第一季生產(chǎn)度的3104鋁合金卷材開坯板形較差。追蹤精軋四個機(jī)架的標(biāo)定偏差,結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出,2022年1月份開始,F1、F2、F3機(jī)架標(biāo)定偏差都偏離了正常范圍±0.2 mm,對應(yīng)的每卷輪廓曲線也不穩(wěn)定,這和冷軋反饋結(jié)果在時間軸上完全對應(yīng),說明機(jī)架標(biāo)定后HGC缸的位置偏差影響著熱軋卷材板凸度的控制。

圖5 精軋機(jī)標(biāo)定分析

機(jī)架標(biāo)定后HGC缸兩側(cè)位置出現(xiàn)偏差的原因是,操作側(cè)下支承輥T型塊和階梯板上面之間接觸面1(如圖6)、階梯板下面和壓力傳感器之間接觸面2都出現(xiàn)不同程度的磨損(如圖7),這樣在軋機(jī)標(biāo)定中軋制力達(dá)到預(yù)定15 MN時,磨損程度不一致的兩側(cè)受力自然不等,為了達(dá)到兩側(cè)軋制力平衡,一側(cè)HGC液壓缸進(jìn)行位置補(bǔ)償,因此兩側(cè)位置出現(xiàn)了偏差。如果在此基礎(chǔ)上輥縫清零,導(dǎo)致兩側(cè)實(shí)際輥縫位置失真,軋制過程中厚度控制系統(tǒng)對輥縫的調(diào)節(jié)都是在此輥縫基礎(chǔ)上兩側(cè)輥縫同升同降,使軋制的卷材板形不良。

圖6 精軋機(jī)階梯板結(jié)構(gòu)示意圖

2 改善措施

1)軋機(jī)標(biāo)定是最有效最直接檢測垂直方向上軋機(jī)精度的方法。為了消除HGC缸位置偏差,軋出理想的熱軋卷板凸度,需要長期跟蹤軋機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù),也就是兩側(cè)液壓缸的伸出量偏差,這個數(shù)據(jù)應(yīng)該是一個穩(wěn)定的差值,接近0 mm,代表了軋機(jī)各部件的磨損情況。工作輥溫度對伸出量偏差有一定的影響,冷輥狀態(tài)和熱輥狀態(tài)下會有±0.2 mm幅度的輕微波動,超出這個范圍,就需要排查設(shè)備方面是否有異常。

2022年3月底陸續(xù)更換部分磨損嚴(yán)重的部件,4月初軋機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù)恢復(fù)了正常,兩側(cè)液壓缸位置偏差在±0.2 mm范圍內(nèi),生產(chǎn)的罐體料熱軋坯料在冷軋開坯表現(xiàn)良好。需要排查的關(guān)鍵設(shè)備如表1所示。

表1 關(guān)鍵設(shè)備以及檢查項目

2)關(guān)注卷材中心線的變化。軋制罐體料的板形正常時,卷材中心線偏離機(jī)列中心的距離一般小于25 mm。當(dāng)卷材中心線偏離大于30 mm時,需要高度重視,因為卷材偏離機(jī)架中心位置較多,超出邊部噴嘴冷卻范圍引起工作輥局部熱膨脹,會造成單邊浪。此時應(yīng)檢查工作輥軸承座維護(hù)是否達(dá)標(biāo),維護(hù)周期是否超期,刷痕調(diào)整是否有偏差等,并采取相應(yīng)的措施及時改善。

3)在軋制時對四個機(jī)架輥縫傾斜的干預(yù)程度也是關(guān)鍵,出現(xiàn)調(diào)整異常情況說明設(shè)備工況有變化,需要對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查,這涉及軋機(jī)水平方向牌坊窗口精度,以下數(shù)據(jù)是水平方向牌坊窗口的精度標(biāo)準(zhǔn)。

·支撐輥窗口尺寸偏差小于2 mm;

·支撐輥牌坊交叉偏差小于1 mm;

·工作輥窗口尺寸偏差小于1 mm;

·工作輥牌坊(帶彎輥塊)交叉偏差小于0.5 mm;

·兩側(cè)底平面高度偏差小于0.5 mm。

檢查發(fā)現(xiàn)牌坊滑板松動后不應(yīng)簡單緊固,建議拆卸滑板后檢查牌坊結(jié)合面狀態(tài),處理后再重新安裝,避免由于結(jié)合面不良對牌坊結(jié)合面造成損傷。

對牌坊窗口的空間尺寸進(jìn)行精密測量,測量前需要對滑板緊固狀態(tài)進(jìn)行檢查,確保牌坊滑板緊固到位,不影響測量精度。

對于超出偏差的,可以通過更換滑板或加墊調(diào)整。

3 結(jié) 論

綜上所述,為了獲得優(yōu)異的熱軋坯料,除了使用合適的CVC和彎輥參數(shù),還必須保證精軋機(jī)組的設(shè)備精度,尤其是影響機(jī)架標(biāo)定的關(guān)鍵設(shè)備的精度。

1)精軋機(jī)關(guān)鍵設(shè)備如階梯板,軋制力傳感器,下支承輥T型塊等,出現(xiàn)局部磨損不利于控制熱軋卷的板凸度,需要定期檢查,發(fā)現(xiàn)異常并及時處理。通過對軋機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù)的跟蹤可預(yù)防關(guān)鍵設(shè)備的異常點(diǎn)出現(xiàn),制定合理的維護(hù)計劃,保證熱連軋機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定性。

2)如果工作輥軸承座維護(hù)不到位,影響熱連軋卷材的中心線位置,當(dāng)卷材中心偏離機(jī)列中心線的距離大于30 mm時,熱軋卷的板帶橫斷面形狀不對稱,冷軋就會出現(xiàn)單邊浪。因此工作輥軸承座應(yīng)定期維護(hù),發(fā)現(xiàn)卷材中心線異常時及時停機(jī)更換工作輥軸承座,避免出現(xiàn)板形不良。

3)操作中工作輥的傾斜值一旦超過0.4 mm,就說明近期設(shè)備處于不穩(wěn)定狀態(tài),不利于板形控制,需要檢測軋機(jī)水平方向牌坊窗口的精度。