翟雪芳

(華峰日輕鋁業(yè)股份有限公司, 上?！?01506)

鋁帶熱軋過程中的跑偏分析及控制技術(shù)

翟雪芳

(華峰日輕鋁業(yè)股份有限公司, 上海201506)

摘要：通過熱軋過程中軋件容易跑偏的成因分析及累積的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),提出實(shí)際影響跑偏的一些易被忽略的因素,尤其是軋輥磨損和熱凸度對(duì)軋制過程中軋件的跑偏影響很大,強(qiáng)調(diào)預(yù)防性維護(hù)與保養(yǎng)的積極作用.同時(shí),通過對(duì)單機(jī)架四輥可逆熱軋機(jī)設(shè)計(jì)了一套用于軋機(jī)跑偏控制的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng),由此來檢測(cè)并提供信號(hào)給快速響應(yīng)的自動(dòng)厚度控制(AGC)系統(tǒng),AGC發(fā)送位置傾斜調(diào)整量給壓上油缸,達(dá)到控制跑偏的目的,對(duì)提高軋制過程的穩(wěn)定性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性起到了較好的控制效果.

關(guān)鍵詞：熱軋; 跑偏控制; 穩(wěn)定性; 熱凸度

自板式或帶式軋制工藝出現(xiàn)至今,鋁帶在熱態(tài)軋制過程中一直存在跑偏現(xiàn)象.通常,通過操作或一些預(yù)置手段進(jìn)行調(diào)控來降低或改善跑偏,如采取加自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)(AGC)調(diào)偏、分段冷卻、液壓彎輥控制等措施[1-2].在實(shí)際生產(chǎn)中,通過上述手段基本能夠控制跑偏.然而,一旦控制不住或失手控制,跑偏常會(huì)損壞設(shè)備,使生產(chǎn)中斷[3].因此,分析跑偏原因并開發(fā)出關(guān)聯(lián)裝置,防止熱軋作業(yè)中的跑偏具有現(xiàn)實(shí)意義.

本文通過分析,結(jié)合已有研究成果,并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中摸索出的經(jīng)驗(yàn),對(duì)單機(jī)架四輥可逆熱軋機(jī)定性分析后進(jìn)行了部分改善,對(duì)跑偏起到了較好的控制效果.

1軋件跑偏的主要因素與理論分析

從整個(gè)軋制過程來看,沿軋制方向,當(dāng)軋件的中心線與軋制的中心線不重合,便可認(rèn)為軋件出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象[4].當(dāng)壓下時(shí),尤其是輥縫不一致時(shí),軋件跑偏就會(huì)影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行,特別是軋件尾部跑偏,輕者會(huì)產(chǎn)生向工作輥、短導(dǎo)尺一側(cè)擠壓,將短導(dǎo)尺裝置碰撞變形,導(dǎo)致短導(dǎo)尺夾緊時(shí)的中心線與軋制的中心線偏離,影響后續(xù)軋制;重者則產(chǎn)生軋件尾部疊軋現(xiàn)象,即甩尾.甩尾對(duì)軋機(jī)會(huì)造成巨大沖擊,不僅會(huì)破壞工作輥輥面,如,黏輥、掉肉等,增加非正常換輥次數(shù);還可能破壞軋機(jī)機(jī)架,迫使生產(chǎn)長(zhǎng)期癱瘓[6].由于熱軋輥具有一定的原始輥型及軋制過程中高溫造成輥面熱凸度,所以跑偏對(duì)熱軋帶材本身的影響也很大,會(huì)導(dǎo)致成品率降低、板型不好、邊部卷不齊等缺陷,影響后道冷軋過程的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量.

1.1輥縫對(duì)軋件跑偏的影響

軋制時(shí)輥縫由空載輥縫和軋件決定.為便于分析,現(xiàn)將其分為以下3種情況分別討論.圖1為空載時(shí),輥縫對(duì)軋件跑偏的影響.

圖1　輥縫對(duì)軋件跑偏的影響

圖1(a)中軋件不對(duì)稱,可能包括軋件的尺寸形狀和性能的不對(duì)稱.當(dāng)軋件橫向厚度分布不均勻,進(jìn)入對(duì)稱的空載輥縫軋制時(shí),軋件厚的一側(cè)承受的軋制力明顯大于薄的一側(cè),此時(shí),軋件將向厚度薄的一側(cè)跑偏.實(shí)際生產(chǎn)中,軋件尺寸形狀不對(duì)稱這種情況出現(xiàn)的概率不大.如偶有出現(xiàn)時(shí),應(yīng)考慮銑面機(jī)的刀盤調(diào)整和軸承間隙等影響因素.鋁板錠在可逆軋制過程中還會(huì)因某種因素導(dǎo)致出料兩側(cè)的厚度不對(duì)稱,這對(duì)下一道次來講,會(huì)造成進(jìn)料軋件不對(duì)稱.熱軋件的變形抗力受化學(xué)成分及加熱溫度等影響較大.化學(xué)成分嚴(yán)重偏析會(huì)造成一定的跑偏,但對(duì)跑偏的影響較小;軋件加熱不均勻?qū)ε芷挠绊懞艽?尤其當(dāng)軋件橫向兩側(cè)溫度不對(duì)稱時(shí),溫度高的一側(cè)硬度及變形抗力小,壓下率大,軋件將向溫度低的一側(cè)跑偏[5].

圖1(b)中,空載輥縫的對(duì)稱性受上下工作輥的磨損輥形、磨削輥形及熱凸度,壓上油缸的磁尺的同步性,壓力傳感器的靈敏度、正負(fù)彎(彎輥缸)的性能、上支承輥的平衡、軋機(jī)機(jī)座左右兩邊彈性變形不相等諸因素的影響.其中,磨削輥型相對(duì)容易控制,可以通過正確的磨削工藝獲得;而工作輥的熱凸度受較多因素影響且對(duì)跑偏的影響較大,一般說來,工作輥熱凸度的大小與乳化液潤(rùn)滑、軋件的溫度、軋制力、壓下量等有關(guān).沿板帶橫向不合理的冷卻潤(rùn)滑易導(dǎo)致不對(duì)稱的熱輥形態(tài).噴射梁上個(gè)別噴嘴不好,會(huì)造成局部的板型不好,如果噴射梁梁體裂縫(見圖2),會(huì)造成軋輥熱凸度嚴(yán)重不對(duì)稱,從而導(dǎo)致實(shí)輥縫不對(duì)稱,并影響到咬料時(shí)摩擦力不同而產(chǎn)生跑偏,見圖3.

圖2　噴嘴梁部分開裂

磁尺受熱軋機(jī)乳化液溫度的影響較大,特別是冷輥軋制過渡到熱輥軋制過程中,磁尺周圍初始溫度與環(huán)境溫度相差不大,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,55～60 ℃的乳化液以0.3～0.5MPa的壓力、8 000～10 000L/min的流量濺射到磁尺上,使磁尺的溫升很大,會(huì)影響磁尺的穩(wěn)定性和測(cè)量精度.此外,熱軋機(jī)在換輥后的冷輥狀態(tài)下軋第一塊料時(shí),容易跑偏.其主要原因是:磁尺受環(huán)境溫度的影響;冷輥時(shí)輥面的油膜尚未均勻堅(jiān)固形成,且工作輥的熱凸度建立初期不穩(wěn)定,因而軋件咬入時(shí)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的摩擦力不完全對(duì)稱[7-9].

圖3　鋁板帶跑偏

為了保持熱軋乳化液的性能,一般需要對(duì)其升溫到55～60 ℃,這對(duì)正、負(fù)彎輥油缸的密封件影響較大,容易造成密封件老化.由于空間原因,熱軋機(jī)彎輥缸結(jié)構(gòu)一般十分小巧,所以高壓力和高溫環(huán)境使得正負(fù)彎缸的密封件更易老化和破損,見圖4.老化或破損的密封件會(huì)影響兩側(cè)牌坊上正、負(fù)彎輥缸工作時(shí)的同步行程,從而導(dǎo)致軋輥的傾斜而影響到輥縫的對(duì)稱性.圖5為彎輥缸出現(xiàn)上述嚴(yán)重問題時(shí)的狀態(tài).由此,輥縫產(chǎn)生嚴(yán)重的傾斜而無法正常生產(chǎn)[10].

圖4　密封件的老化破損

上支承輥的平衡主要受電動(dòng)壓下系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、加工精度和上平衡缸的動(dòng)態(tài)性能的影響.一般而言,電動(dòng)壓下系統(tǒng)的摩擦阻力和多級(jí)減速機(jī)構(gòu)的齒隙所帶來的非線性干擾對(duì)上輥平衡系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)特性都會(huì)產(chǎn)生直接影響[11-12].通常,軋機(jī)左右兩側(cè)牌坊的彈性變形不會(huì)出現(xiàn)較大的數(shù)值差,但如果它們的剛度相差過大,同樣的軋制力將產(chǎn)生不等量的變形,會(huì)使軋輥在軋件橫向的垂直面內(nèi)發(fā)生傾斜,造成輥縫不對(duì)稱,從而引起鋁板帶在傳動(dòng)和操作兩側(cè)的壓縮率不相等.

圖5　彎輥缸故障

以上列舉的各種因素都可能產(chǎn)生輥縫不對(duì)稱.假設(shè)傳動(dòng)側(cè)輥縫比操作側(cè)輥縫偏小,傳動(dòng)側(cè)鋁板帶壓縮率相對(duì)增大,其出輥速度增大,進(jìn)輥速度相對(duì)減小.而操作側(cè)輥縫相對(duì)偏大,鋁板帶壓縮率相對(duì)減小,其出輥速度減小,鋁板帶從軋制中心線向壓縮率小的操作側(cè)偏移,使得鋁板帶產(chǎn)生新的月牙彎.同時(shí),不對(duì)稱輥縫對(duì)鋁板帶不僅產(chǎn)生水平分力,而且使鋁板帶在進(jìn)軋輥前就產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn),于是越來越向壓縮率小的一側(cè)跑偏.鋁板帶跑偏后,又加重了軋輥的傾斜[13].

這種由于偶然因素造成跑偏而產(chǎn)生的軋輥傾斜,不僅使鋁板帶向壓縮率小的一側(cè)偏移,而且會(huì)在軋制生產(chǎn)過程中具有自動(dòng)擴(kuò)大的趨勢(shì),從而使熱態(tài)軋制過程失去穩(wěn)定性.

空載輥縫不對(duì)稱時(shí),對(duì)于對(duì)稱的來料,軋制時(shí)空載輥縫開口度小的一側(cè),其單位軋制力和壓下率大,鋁板帶將向開口度大的一側(cè)跑偏.另外,乳化液加油時(shí)對(duì)工作輥輥面潤(rùn)滑性能和摩擦系數(shù)的影響,使得所加的油打到噴射梁和工作輥輥面上,因油的濃度大,且未充分乳化,造成明顯的打滑、咬入困難和跑偏.要把握好乳化液加油的時(shí)機(jī),加油時(shí),最好臨時(shí)停止生產(chǎn),乳化液進(jìn)行10min的大循環(huán)后,再繼續(xù)生產(chǎn).

圖1(c)中,空載輥縫和軋件對(duì)稱,但軋件不對(duì)中咬入.假設(shè)軋件偏向傳動(dòng)側(cè)咬入,由于空載時(shí)輥縫及軋件均對(duì)稱,由受力變形原理可知,軋件的傳動(dòng)側(cè)軋制力大于操作側(cè)軋制力,傳動(dòng)側(cè)的壓縮率略大于操作側(cè)的壓縮率,軋件將向操作側(cè)跑偏,使得軋件有回到軋制中心的趨勢(shì).一般而言,偏差程度小的不對(duì)中的軋件咬入對(duì)軋件跑偏影響不大;但如果不對(duì)中的軋件中心線與軋制中心嚴(yán)重偏離,如偏離30mm或40mm,對(duì)軋制會(huì)有一定影響.造成軋件不對(duì)中的因素主要有:長(zhǎng)、短導(dǎo)尺夾緊中心線與軋制中心線偏離,立輥滾邊中心線的偏離等.此外,熱軋機(jī)工作輥兩側(cè)的重型輥道下面往往有厚度1cm起緩沖作用的U力膠墊,由于受乳化液的長(zhǎng)期浸泡和沖力等因素影響,U力膠墊容易出現(xiàn)失效而導(dǎo)致入口的料不在中心位置,從而造成鑄錠厚料時(shí)跑偏明顯[13-14].

1.2張力對(duì)軋件跑偏的影響

對(duì)單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)而言,當(dāng)鋁帶的厚度為12～16mm時(shí),大多采取卷取的方式進(jìn)行軋制.卷取張力的作用是:(1) 防止鋁板帶在軋制過程中跑偏;(2) 使所軋鋁帶在軋制過程中保持板型平直以及軋后板型良好;(3) 降低軋件的變形抗力和軋制力;(4) 適當(dāng)降低熱軋機(jī)主電機(jī)負(fù)荷.

造成熱軋帶材跑偏的原因主要在于:帶材在牌坊兩側(cè)的壓縮率不一致,導(dǎo)致軋件在軋制時(shí)兩側(cè)的延伸不均,從而使沿軋件橫向張力分布發(fā)生相應(yīng)的變化.壓縮率大、延伸較大的一側(cè)張力減小,而壓縮率小、延伸較小的一側(cè)張力增大.張力增大后,受張力的拉伸影響,伸長(zhǎng)率增大,這樣就自動(dòng)地起到糾正跑偏的作用,可以保證穩(wěn)定軋制.瞬時(shí)張力糾偏作用,其同步性好,在基本平行的輥縫中軋制輕微跑偏的軋件,仍能保證產(chǎn)品的質(zhì)量.但張力糾偏優(yōu)點(diǎn)不能無限制擴(kuò)大使用,因?yàn)槿绻麖埩Ψ植嫉母淖兂^材料的強(qiáng)度限度就會(huì)造成裂邊甚至引起斷帶,不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量,而且會(huì)使得軋制過程失敗.因此,在運(yùn)行允許情況下,施加適當(dāng)?shù)膹埩堉?通常在材料屈服強(qiáng)度范圍的某值),可以防止軋件的跑偏.

1.3軋輥磨損以及更換支承輥、工作輥對(duì)軋件跑偏的影響

熱軋過程中,軋輥來回碾頭、卷取道次(因打底的影響)卷軸周期性跳動(dòng)、傳動(dòng)側(cè)萬向連接軸重力、料頭沖擊力、料打滑不能正常咬入,摩擦力以及軋輥表面溫度不均勻等,都會(huì)對(duì)軋輥產(chǎn)生較大的磨損.這種磨損表現(xiàn)為:工作輥的局部磨損、支撐輥的磨損和軋輥軸承的磨損等.軋輥磨損量可以按照Oike提出的公式計(jì)算獲得,即:

Cm=α∑(P/(ω∑))a(rl)L/(πD)δ(x)

(1)

式中:P為軋制力;ω為帶材寬度;l為軋輥接觸寬度;r為壓下量;L為出口帶材長(zhǎng)度;D為軋輥直徑;α、a為取決于軋輥、材料溫度、潤(rùn)滑條件和軋輥冷卻等因素有關(guān)的系數(shù).

軋輥磨損會(huì)直接影響到軋輥的初始凸度,從而與軋輥機(jī)械凸度、軋輥熱凸度和軋輥彈性變形一起影響帶材的板形.軋輥磨損有中間較均勻磨損和邊部局部嚴(yán)重磨損,負(fù)荷在邊部區(qū)域的作用增強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生邊部局部嚴(yán)重磨損.軋輥邊部局部嚴(yán)重磨損對(duì)軋件板型凸度會(huì)產(chǎn)生一定的影響.軋輥的不均勻磨損會(huì)加劇軋件跑偏的傾向.

換輥操作后存在軋輥水平調(diào)整問題.由于工作輥輥身的修磨精度較高,僅更換工作輥一般不會(huì)破壞換輥前的軋輥水平度,因而不需要軋輥水平調(diào)整;但更換支撐輥時(shí),大多需要上下支撐輥整體移出,故原來的水平度易被破壞.對(duì)電動(dòng)壓下系統(tǒng)來說,可以采用壓銅棒的方法來實(shí)現(xiàn)軋輥水平度的調(diào)整,具體方法為:保持軋機(jī)主傳動(dòng)在停止?fàn)顟B(tài),在工作輥兩側(cè)距輥面邊緣等距離等間隔的位置分別將4根銅棒(標(biāo)上編號(hào))插入輥縫中,手動(dòng)操作控制軋輥下壓,將銅棒壓扁;上抬軋輥,抽出銅棒,用千分尺測(cè)量銅棒壓扁處的厚度,根據(jù)編號(hào)記錄,如果兩組兩邊厚度差已進(jìn)入精度范圍,可以認(rèn)為軋輥水平調(diào)整完成;否則,根據(jù)厚度差,對(duì)軋輥進(jìn)行單側(cè)壓下位置調(diào)整,反復(fù)試驗(yàn),直至滿足精度要求,達(dá)到修正軋輥水平度的目的.軋輥水平調(diào)整,能使軋機(jī)兩側(cè)的有載輥縫相等,避免軋制過程中因軋輥傾斜出現(xiàn)單邊浪以及軋件跑偏.1.4軋輥熱凸度對(duì)軋件跑偏的影響

雖然熱軋工作輥大多采用一定的凹輥來抵消熱軋時(shí)的熱膨脹量,但受各種條件的影響,熱凸度Ux會(huì)隨著軋輥軸向位置x的變化而不同.具體熱凸度的計(jì)算如下:

Ux=D(1+υ)β(2Tx1-Tx0)/6

(2)

式中:υ、β分別為軋輥材料的泊松比和熱膨脹系數(shù);D為軋輥直徑;Tx1、Tx0分別為距軋輥中心x距離的軋輥表面和軋輥芯部的溫度.

如果生產(chǎn)中噴淋不均勻、軋件溫度(傳動(dòng)側(cè)、操作側(cè)、中心點(diǎn)3點(diǎn)溫度)不均勻或軋制時(shí)鑄錠起始位置非中間等因素,都會(huì)導(dǎo)致軋輥熱凸度的不對(duì)稱.這種不對(duì)稱的結(jié)果,會(huì)導(dǎo)致軋件的跑偏.

此外,上述軋輥磨損還會(huì)引起軋輥熱凸度非對(duì)稱布置,也會(huì)導(dǎo)致或加重下道次軋件的跑偏.

2跑偏控制技術(shù)手段概述及測(cè)試

根據(jù)上述生產(chǎn)過程中產(chǎn)生軋件跑偏的原因分析,采取一定的預(yù)防性措施來加強(qiáng)源頭控制,可以有效降低軋件跑偏.例如:對(duì)鋁錠化學(xué)成分均勻性控制、對(duì)加熱爐循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪和頻率監(jiān)控以達(dá)成加熱均勻、利用工作輥凹度輥縫引導(dǎo)軋件自動(dòng)對(duì)中、制定維修計(jì)劃定期檢查噴嘴的堵漏情況以促進(jìn)均勻冷卻與潤(rùn)滑、定期檢查彎輥密封和定期查看分析磁尺數(shù)據(jù)及壓力傳感器數(shù)據(jù)來確保對(duì)壓上油缸反應(yīng)靈敏與正確、定期檢查長(zhǎng)短導(dǎo)尺夾緊對(duì)中度、定期檢查壓下絲桿軸承與工作輥、支承輥的軸承座磨損情況等,這些工作對(duì)控制軋件的跑偏有很大的實(shí)際意義.良好的維護(hù)保養(yǎng),有利于發(fā)現(xiàn)及控制軋件跑偏的風(fēng)險(xiǎn).

除了預(yù)防控制跑偏的相關(guān)措施外,對(duì)于大多單機(jī)架可逆式熱軋機(jī)而言,跑偏出現(xiàn)的概率較高,需要通過操作工的操作經(jīng)驗(yàn),靈活應(yīng)用高響應(yīng)性的AGC調(diào)偏手段來進(jìn)行控制和糾正跑偏.

顯然,預(yù)防措施和靠主操手憑經(jīng)驗(yàn)操作糾偏都不能徹底防止軋件跑偏.為了達(dá)到不跑偏或發(fā)現(xiàn)存在跑偏傾向時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)與識(shí)別、有效控制跑偏,設(shè)計(jì)一套用于軋機(jī)跑偏控制的自動(dòng)化系統(tǒng)或?qū)υ邢到y(tǒng)升級(jí)優(yōu)化十分必要.

2.1跑偏控制裝置工作原理及計(jì)算模型

軋件在厚板狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)可通過裝有壓磁式壓力傳感器的小推床(見圖6),檢測(cè)厚板邊部作用在兩壓力傳感器上的壓力差,來確定板坯中心與軋制中心是否一致.計(jì)算如下:

圖6　裝有壓磁式壓力傳感器的小推床

Δ=Fds-Fos

(3)

式中:Fds為傳動(dòng)側(cè)壓力;Fos為操作側(cè)壓力.當(dāng)Δ<0時(shí),料向操作側(cè)跑偏,增加操作側(cè)的δ(AGC的單次輥縫調(diào)節(jié)量),減小傳動(dòng)側(cè)的δ,直到Δ=0;當(dāng)Δ=0時(shí),一般不會(huì)發(fā)生跑偏;當(dāng)Δ>0時(shí),料向傳動(dòng)側(cè)跑偏,增加傳動(dòng)側(cè)的δ,減小操作側(cè)的δ,直到Δ=0.控制系統(tǒng)開始采用簡(jiǎn)易程序工作(工作過程中可能會(huì)因其他原因產(chǎn)生跑偏傾向時(shí),第二節(jié)討論的相關(guān)內(nèi)容補(bǔ)償程序可投入運(yùn)行).

當(dāng)進(jìn)入卷取道次時(shí),投入3點(diǎn)式或多點(diǎn)式凸度儀控制.一方面利用中心點(diǎn)的測(cè)量值反饋到AGC系統(tǒng)來自動(dòng)控制鋁帶厚度;另一方面,軋機(jī)主操手可以直觀傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)對(duì)稱兩點(diǎn)的厚度是否一致來微量調(diào)整控制,為下一道次的軋制控制提供參考依據(jù).以Thermo的SIPRO多功能凸度儀為例說明如下:

SIPRO多功能凸度儀完全適合自動(dòng)凸度和平面控制系統(tǒng)、大流量計(jì)算系統(tǒng)以及其他類似控制系統(tǒng).快速AGC中線厚度測(cè)量、精確凸度測(cè)量、寬度、平直度、溫度測(cè)量均是它的標(biāo)準(zhǔn)特性,還有邊緣降、鼓包和凹槽、帶材位置和速度等其他一些測(cè)量特性可供選擇.

參數(shù)包括帶材的邊緣位置和整個(gè)產(chǎn)品的橫截面厚度和溫度等,卷取成品道次,能夠通過控制軋輥來動(dòng)態(tài)控制橫截面厚度和凸度[15].

每次計(jì)算進(jìn)入儀表的帶材中間點(diǎn)的實(shí)際位置,生成了AGC信號(hào),這個(gè)信號(hào)用于確定該點(diǎn)的厚度,并生成一個(gè)和目標(biāo)偏差成比例的信號(hào).一小部分探頭單元信號(hào)會(huì)被自動(dòng)合并在一起計(jì)算,以減小噪聲,提供快速響應(yīng)的AGC輸出.

楔、冠、邊緣降以及帶材位置等,系統(tǒng)每隔5ms計(jì)算一次,每100ms更新顯示一次.當(dāng)厚度超過厚度公差,或帶材鼓包等問題發(fā)生時(shí),系統(tǒng)會(huì)將相關(guān)報(bào)警信號(hào)同時(shí)輸出到操作員顯示屏和軋機(jī)控制計(jì)算機(jī).

SIPRO測(cè)量系統(tǒng)是專門針對(duì)熱軋環(huán)境而開發(fā)的系統(tǒng),該系統(tǒng)放置在熱連軋出口處或者單機(jī)架出口處,能夠瞬時(shí)連續(xù)地測(cè)量帶材的中線厚度和橫截面凸度、寬度、邊緣降、板形和板帶溫度等.工作原理如圖7所示.

圖7　SIPRO系統(tǒng)工作原理圖

SIPRO系統(tǒng)為操作員或者軋機(jī)的質(zhì)監(jiān)員提供一組圖形顯示頁(yè),測(cè)量數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)處理,且系統(tǒng)還能為軋機(jī)控制和過程分析提供模擬和數(shù)字信號(hào).

為了確保板帶材的中心線位置與軋制中心一致,可以將對(duì)中糾偏裝置的基本測(cè)量功能應(yīng)用在熱軋上用于判斷是否跑偏.一般可以將具體跑偏量反饋給AGC系統(tǒng),AGC做相應(yīng)的調(diào)節(jié),直到跑偏量等于0.紅外光電測(cè)量裝置,主要由:直射式紅外光電傳感器、平衡電橋電路、偏差信號(hào)放大電路、數(shù)字顯示電路、AGC、壓上油缸位置調(diào)節(jié)等部分組成,系統(tǒng)模塊見圖8.

圖8　紅外光電測(cè)量裝置

以1650熱軋機(jī)為例說明,直射式紅外光電對(duì)中傳感器由60只紅外光電發(fā)射管和60只紅外光電接收管組成(見圖9),以軋機(jī)的中心點(diǎn)為基準(zhǔn),分傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)兩組,兩側(cè)各設(shè)30只發(fā)射管和30只接收管,發(fā)射管和接收管的數(shù)量根據(jù)熱軋帶材的寬度決定.接收管安裝時(shí)注意與發(fā)射管一一對(duì)應(yīng),讓發(fā)射管發(fā)出的紅外光正好照射在接收管上.

圖9　紅外光電測(cè)量裝置傳感器分布圖

(1) 帶材偏向傳感器的左側(cè)(傳動(dòng)側(cè))

左側(cè)的光電接收管DL1～DL30被遮擋的個(gè)數(shù)大于右側(cè),Va>Vb,Vab>0,偏差信號(hào)電路輸出一個(gè)大于零的信號(hào)給AGC,AGC輸出一個(gè)正的位置傾斜量到油缸,抬高傳動(dòng)側(cè)的壓上油缸位置(加大DS側(cè)軋制力),降低操作側(cè)的油缸位置(減小WS側(cè)的軋制力).

(2)帶材偏向傳感器的右側(cè)(操作側(cè))

Va

(3)帶材正好處于傳感器的中間

Va=Vb,Vab=0,電路就輸出零電平給AGC,AGC傾斜調(diào)節(jié)量為零.

即帶材在傳感器內(nèi),帶材的幾何中點(diǎn)與傳感器的機(jī)械中點(diǎn)處在同一點(diǎn),如果不在同一點(diǎn),可通過調(diào)整電位器W1達(dá)到中點(diǎn),使得電橋電路中的Va=Vb.這一調(diào)整過程稱為傳感器的電氣調(diào)零.在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中,要盡量做到傳感器的電氣中點(diǎn)與傳感器的機(jī)械中點(diǎn)相一致,保證測(cè)量帶材的偏差真實(shí)性.偏差信號(hào)發(fā)給AGC,通過AGC調(diào)節(jié)輥縫,使軋制區(qū)軋件壓下量橫向沿軋件中心線對(duì)稱分布,防止跑偏的發(fā)生.這套自動(dòng)控制系統(tǒng),能檢測(cè)生產(chǎn)中厚的鑄錠或者薄的帶材跑偏量,并加以控制,且不受帶材厚度的影響.軋制流程見圖10.2.2跑偏控制系統(tǒng)實(shí)測(cè)效果

圖11為實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的ibaPDA(基于PC的對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)行采集和分析的系統(tǒng))記錄.記錄了生產(chǎn)時(shí)的1 024個(gè)實(shí)時(shí)信息,例如:速度、軋制力、位置傾斜調(diào)節(jié)量、傳動(dòng)側(cè)厚度、中心點(diǎn)厚度以及操作側(cè)厚度等信息.

圖10　紅外光電測(cè)量裝置控制原理圖

從圖11中(成品道次截圖)可以看到,目標(biāo)厚度4mm,主操根據(jù)來料,設(shè)置位置傾斜調(diào)節(jié)量為0.044mm,傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)輥縫值分別為3.95和4.044mm左右,凸度儀實(shí)際測(cè)量值:ds=4.001mm;cl=4.011mm;os=3.992mm.可以看出,由于主操事先較好的判斷,手動(dòng)適當(dāng)調(diào)節(jié)位置傾斜量,使得成品凸度、整個(gè)板型比較理想,后道冷軋能夠較好軋制,最終成品率很高.圖12為早期的軋制料,目標(biāo)厚度3.5mm,軋制時(shí)有跑偏現(xiàn)象,到熱軋成品道次,凸度儀實(shí)際測(cè)量值:ds=3.465mm左右、cl=3.5mm左右、os=3.485mm左右,傳動(dòng)側(cè)厚度與中心點(diǎn)厚度差0.035mm,傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)厚度差0.02mm,整個(gè)板型較差,后道冷軋軋制控制有難度,最終成品率較低.

圖11　跑偏控制佳iba在線記錄實(shí)例

圖12　跑偏控制不佳 iba在線記錄實(shí)例

3結(jié)論

(1) 軋件兩側(cè)的壓縮率不一致,軋件在軋制時(shí)兩側(cè)的延伸不均產(chǎn)生跑偏,實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與已有的理論結(jié)合,分析產(chǎn)生鋁板帶熱軋機(jī)跑偏的各種原因,建議對(duì)相關(guān)設(shè)備定期進(jìn)行預(yù)防性檢查維護(hù),減少跑偏的產(chǎn)生.

(2) 靠主操手的經(jīng)驗(yàn),主動(dòng)手動(dòng)干預(yù)跑偏,有一定的效果,但有局限性.

(3) 裝有壓磁式壓力傳感器的小推床和Thermo的SIPRO多功能凸度儀,能對(duì)熱軋機(jī)跑偏量進(jìn)行一定的檢測(cè),只是受軋制的厚度限制.對(duì)單機(jī)架四輥可逆熱軋機(jī),設(shè)計(jì)了一套對(duì)軋機(jī)跑偏進(jìn)行檢測(cè)和控制的自動(dòng)化控制系統(tǒng),即紅外光電測(cè)量裝置,基本不受軋制的厚度影響,生產(chǎn)進(jìn)行時(shí),對(duì)軋件進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),檢測(cè)到的跑偏數(shù)據(jù)由高速響應(yīng)的AGC處理,形成閉環(huán)控制.可提高軋制過程的穩(wěn)定性,保證產(chǎn)品的質(zhì)量.

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Analysis on Strip Off-tracking and Related Control Technology in Aluminum Hot Rolling Process

ZHAI Xuefang

(HuafonNikkeiAluminumCorporation,Shanghai201506,China)

Abstract：Based on the reason analysis of rolling strip off-tracking in aluminum hot rolling process and the experience from practical production,it is found that the roller wear and thermal crown have a big impact on the rolling strip off-tracking,which can be improved by some preventive maintenance.A set of automatic system is designed to monitor and identify the rolling strip off-tracking on the single stand 4 high reversing hot mill.The signals provided by this system can be fed quickly into the AGC system which can adjust the steer position of the main cylinder to control the rolling strip off-tracking during the rolling process.This system is effective in ensuring the stability of the whole rolling process and the consistent quality of fine products.

Keywords：hot rolling; strip off-tracking control; roller wear; thermal crown

文章編號(hào)：1005-2046(2016)02-0040-07

DOI：10.13258/j.cnki.nmme.2016.02.007

收稿日期：2015-09-11

作者簡(jiǎn)介：翟雪芳(1964—),女,工程師. 主要從事熱軋機(jī)、銑面機(jī)、冷軋機(jī)等鋁加工設(shè)備的維護(hù)管理等方面的研究.

中圖分類號(hào)：TG 339

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

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