閆學(xué)良，劉延斌

（南山集團(tuán)輕合金冷軋廠，山東龍口 265706）

1 熱力學(xué)板形控制介紹

南山單機(jī)架CVC6輥冷軋機(jī)板形輥采用ABB板形輥，通過板形輥測得帶材的平直度，經(jīng)過數(shù)學(xué)分析處理成平直度曲線，它代表帶材平直度目標(biāo)值與實(shí)際值的差值，該差值經(jīng)數(shù)學(xué)模型分類為一次、二次、四次方程主要缺陷，分別傳送到相應(yīng)板形控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)：液壓壓下缸傾斜控制（解決一次線性缺陷），工作輥彎輥、中間輥彎輥和中間輥竄動(dòng)（主要解決二、四次曲線缺陷），剩余小的、復(fù)雜的、非對(duì)稱的缺陷由熱力學(xué)板形控制解決[1]。

熱力學(xué)板形控制是通過向輥上噴淋冷卻液來改變工作輥不同位置（點(diǎn)）的外形，使工作輥輥身發(fā)生熱膨脹或收縮的板形控制。為了獲取熱力學(xué)控制的有效性，一定要保證冷卻液和工作輥有一定的溫度差。熱力學(xué)手段：（1）基本冷卻：其主要用于輥縫的冷卻潤滑；（2）局部分區(qū)冷卻：根據(jù)板形系統(tǒng)的需要來控制開啟冷卻噴嘴的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥按區(qū)域噴射冷卻液，使軋輥各段上的熱凸度發(fā)生變化，來控制帶材相應(yīng)段上的長度方向的延伸率變化，最終達(dá)到改善帶材的平直度[2]，糾正局部板形缺陷；（3）熱邊部噴射：熱油噴射位置可根據(jù)帶材的寬度自動(dòng)調(diào)整，其主要用于增大帶材邊部覆蓋工作輥區(qū)域的熱凸度，可改善或解決帶材軋制中的緊邊問題，控制帶材的邊緣板形[3]。

2 熱油邊部控制介紹

鋁板帶的軋制速度快，最高軋制速度達(dá)到1 000 m∕min以上，特別是3104合金H19狀態(tài)加工硬化程度高、變形抗力大，導(dǎo)致工作輥溫度較高，工作輥與帶材接觸區(qū)域的熱凸度比較大，而在無料區(qū)軋輥無從得到軋制變形熱和摩擦熱，同時(shí)由于工作輥高速旋轉(zhuǎn)帶來的空氣卻通過對(duì)流的作用帶走大量的熱，這樣的狀況會(huì)造成沿工作輥輥面軸向的溫度和直徑尺寸造成的差異，這也就是所說的軋輥熱凸度。在軋輥二側(cè)的帶材邊緣區(qū)域，工作輥由于溫降快，溫度低，軋輥直徑膨脹小，造成此區(qū)域的實(shí)際有載輥縫加大，因而此區(qū)域的帶材出口厚度變厚，形成俗稱的“緊邊”[4]，加上工作輥彎輥調(diào)節(jié)很容易使帶材產(chǎn)生四分之一浪，這種“邊緊肋松”的板形存在斷帶的危險(xiǎn)。為防止帶材緊邊造成斷帶，除了軋制油分區(qū)冷卻功能以外，增設(shè)了熱油邊部噴射系統(tǒng)（Hot Edge Spray System），簡稱HES系統(tǒng)。這套系統(tǒng)能夠在軋制過程中根據(jù)帶材實(shí)際寬度，對(duì)與帶材邊緣接觸的工作輥區(qū)域進(jìn)行熱軋制油噴射，利用熱油和工作輥面間的溫度差，增加該區(qū)域工作輥身的溫度，提高熱凸度，從而減輕了帶材邊部過緊的現(xiàn)象[5]。現(xiàn)場通過90℃以上的熱軋制油進(jìn)行局部噴射，以增加工作輥在該區(qū)域的熱凸度，使帶材邊緣延伸增加，減少帶材邊緣所承受的拉應(yīng)力，降低斷帶幾率。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，2#軋機(jī)軋制3104罐體料時(shí)，卻一直存在著板形邊緊問題。由于熱邊部油箱設(shè)計(jì)容積5 m3，加熱溫度90℃，從軋機(jī)軋制開始到軋制結(jié)束，油箱需要補(bǔ)充新油，新油的補(bǔ)充使加熱器不能很快提升所需的溫度，致使油溫下降，造成帶材邊部出現(xiàn)邊部過緊的現(xiàn)象。

3 電磁加熱邊部控制介紹

針對(duì)帶材邊緊的問題，南山單機(jī)架2#軋機(jī)改造采用一套帶材邊部加熱裝置，由兩組加熱器組成，分別對(duì)帶材兩側(cè)的下工作輥邊部區(qū)域進(jìn)行熱凸度補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)示意如圖1。

圖1 電磁加熱示意圖

每組加熱器有1個(gè)12 kW的加熱頭，一個(gè)在軋機(jī)的操作側(cè)，一個(gè)在傳動(dòng)側(cè)，加熱頭內(nèi)有液體冷卻。兩個(gè)加熱頭分別由裝在機(jī)柜內(nèi)的功率調(diào)節(jié)模塊控制。每個(gè)加熱頭的功率調(diào)節(jié)范圍都是0～12 kW，每側(cè)的邊部加熱寬度為30 mm。兩側(cè)加熱頭的位置由液壓定位裝置調(diào)整，該定位裝置通過AO810模塊輸出信號(hào)到伺服閥，伺服閥控制液壓缸（帶位置傳感器）實(shí)現(xiàn)位置的精確定位。加熱頭根據(jù)2級(jí)系統(tǒng)傳送給1級(jí)系統(tǒng)的軋制道次數(shù)據(jù)，在滿足其他連鎖條件能夠?qū)崿F(xiàn)從最窄帶材寬度到最寬帶材寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，現(xiàn)1級(jí)系統(tǒng)程序設(shè)定移動(dòng)到距離軋制帶材邊緣外端10 mm的位置。加熱頭縱向位置會(huì)根據(jù)軋輥輥徑的大小，在第一次穿帶結(jié)束后軋輥速度為零的情況下自動(dòng)定位，定位完成后才允許起車生產(chǎn)。定位過程首先由小氣缸帶動(dòng)加熱頭伸出，然后大氣缸帶動(dòng)小氣缸將加熱頭靠到工作輥上，此時(shí)1級(jí)程序循環(huán)讀取大氣缸上位置傳感器的數(shù)值，數(shù)值差穩(wěn)定在0.5 mm的范圍內(nèi)認(rèn)定大氣缸定位結(jié)束，結(jié)束后大氣缸氣動(dòng)鎖得電將其鎖住，小氣缸然后退回，小氣缸動(dòng)作的行程大約5 mm，小氣缸的位置采用2個(gè)電磁開關(guān)進(jìn)行感應(yīng)定位。在換輥時(shí)，加熱頭由大、小氣缸帶動(dòng)退回處于初始位置即零位，否則無法執(zhí)行換輥序控。另外，軋機(jī)軋制過程中出現(xiàn)停車、快停、急停以及斷帶的情況下，加熱頭自動(dòng)退回到初始位置，防止損壞加熱頭。功率調(diào)節(jié)模塊接收由ABB板形控制系統(tǒng)輸出的0%～100%范圍內(nèi)的功率調(diào)節(jié)數(shù)值，然后通過Modbus∕TCP串行通訊反饋輸出數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)加熱頭加熱工作輥的目的。電磁加熱現(xiàn)場投入后，帶材邊緊、肋松的情況均得以緩解，板形較熱油大為改善。

4 熱油控制與電磁加熱控制比較

以南山2#軋機(jī)軋制3104合金寬度1 860 mm、1 865 mm卷材為例，由于板形系統(tǒng)設(shè)定的臨界板寬[6]為1 300 mm，所以這種寬度的帶材在板形控制中屬于寬料控制，此時(shí)工作輥彎輥來實(shí)現(xiàn)糾正板形四次曲線缺陷即中浪和雙側(cè)邊浪，中間輥彎輥和CVC竄動(dòng)用來實(shí)現(xiàn)糾正板形二次拋物線缺陷即四分浪和邊中浪，如果中間輥彎輥值超過設(shè)定值60%，中間輥彎輥將發(fā)出控制信號(hào)告訴CVC竄動(dòng)開始以某一特定速度動(dòng)作，來調(diào)整板形。CVC竄動(dòng)的動(dòng)作與否由中間輥彎輥值來直接控制[7]。

采用熱油控制，若中間輥彎輥糾正二次缺陷的值超過60%，CVC竄動(dòng)將開始動(dòng)作，增大凸度，直到板形系統(tǒng)檢測到足夠大的凸度，其值才開始下降，當(dāng)下降到低于58%時(shí)，CVC竄動(dòng)停止動(dòng)作，可以發(fā)現(xiàn)熱油控制的中間輥彎輥一直處于60%范圍上下，CVC基本上是在不斷的竄動(dòng)中，如圖2。

圖2 采用熱油邊部控制

采用電磁加熱控制，在中間輥彎輥超過設(shè)定值60%的次數(shù)大為減少，雖然CVC每次動(dòng)作后中間輥彎輥值減少到58%以下后又調(diào)整到60%以上，但CVC動(dòng)作的次數(shù)明顯減少，表明帶材板形控制能力電磁加熱優(yōu)于熱油邊部控制，如圖3。

圖3 采用電磁加熱控制

5 結(jié)束語

軋輥溫度的變化必然引起軋輥的線膨脹，由于軋輥中間溫度高，兩邊溫度低，使熱膨脹沿輥身不均勻分布而形成凸度[8]。采用邊部加熱裝置對(duì)軋輥邊部感應(yīng)加熱后，邊部區(qū)域的溫度可以快速達(dá)到與軋輥中間區(qū)域相同，使其局部軋輥升溫膨脹，增加該區(qū)域的軋制壓力，改善帶材邊緊的現(xiàn)象。當(dāng)邊部加熱功能有效投入后，帶材邊部質(zhì)量得到改善的同時(shí)，邊部區(qū)域以及向帶材中間延伸部分的應(yīng)力差也會(huì)依次相應(yīng)地減小，使帶材整體的應(yīng)力差得到改善。另外整個(gè)板形控制系統(tǒng)的每個(gè)執(zhí)行器（如彎輥、傾斜、竄輥、軋制油噴淋等系統(tǒng)）的工作負(fù)荷也會(huì)相應(yīng)減少，有效工作范圍加大，整體板形控制的效果更加快速有效。