蘇 明， 徐利璞， 蘇旭濤

（中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司， 陜西 西安 710032）

1 概述

在鋁板帶冷軋生產(chǎn)中，板形是板帶產(chǎn)品的外觀(guān)質(zhì)量重要指標(biāo)之一。影響冷軋產(chǎn)品板形有以下幾個(gè)重要因素：

1）熱軋來(lái)料板形，良好的來(lái)料板形是獲得最終冷軋產(chǎn)品良好板形的先決條件。

2）工作輥的原始凸度，根據(jù)輥身長(zhǎng)度，剛度，合金狀態(tài)，坯料寬度，壓下量及軋制時(shí)的熱凸度等綜合因素決定。

3）正負(fù)彎輥，通過(guò)彎輥的作用來(lái)改變工作輥的原始凸度，從而改變輥縫的形狀；

4）壓下量，每道次壓下量的分配是否合理也影響了軋輥的彈性變形，進(jìn)而改變軋輥的輥縫。

5）軋制過(guò)程中前后的張力，通過(guò)張力變化來(lái)影響軋制力的變化，進(jìn)而影響了軋輥的彈性變形，從而改變了軋輥輥縫。

6）軋制油的冷卻，軋輥在軋制過(guò)程中受熱膨脹，帶材在軋制過(guò)程中的熱變形，在帶材寬度方向上變化不均勻，需要及時(shí)調(diào)整軋制油在不同區(qū)域進(jìn)行冷卻，進(jìn)而影響板形的改變。

以往國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的寬幅鋁板帶軋機(jī)絕大多數(shù)為四輥，軋機(jī)規(guī)格在2 000 mm以下居多，在板形調(diào)節(jié)上有軋輥傾斜控制，工作輥正負(fù)彎輥進(jìn)行控制，另外配置較高的也設(shè)置工藝潤(rùn)滑分段冷卻和板形儀閉環(huán)控制系統(tǒng)。六輥鋁板帶冷軋機(jī)由于工作輥可以設(shè)計(jì)的更小，可以軋制更寬，更薄的帶材。六輥鋁板帶軋機(jī)多以HC和CVC機(jī)型居多。HC軋機(jī)由于增加了可軸向串動(dòng)的中間輥，減少了有害支撐輥和工作輥間的有害接觸區(qū)，增加軋機(jī)的橫向剛度，從而來(lái)調(diào)節(jié)板形。CVC軋機(jī)通過(guò)改變軋輥輥形，連續(xù)可變凸度的輥縫變化來(lái)對(duì)板形進(jìn)行控制。

天津忠旺2 350 mm和2 800 mm兩條單機(jī)架六輥CVC不可逆冷軋機(jī)組，是全套引進(jìn)德國(guó)西馬克的技術(shù)裝備,其板形控制上的新技術(shù)有：CVC中間輥軸向串動(dòng)，液壓輥縫控制，含軋輥傾斜，中間輥，工作輥彎輥，軋制油分段冷卻，邊部加熱等技術(shù)。

2 CVC技術(shù)

CVC（Continuously Variable Crown）技術(shù)式將兩個(gè)輥身呈S形相同的軋輥相互倒置180°布置，通過(guò)兩個(gè)軋輥沿相反方向的對(duì)稱(chēng)移動(dòng)，得到連續(xù)變化的不同凸度輥縫，等效于配置了一系列不同凸度的軋輥（見(jiàn)圖 1）。

圖1 CVC軋輥的輥系布置及工作原理

天津忠旺六輥鋁板帶冷軋機(jī)采用中間輥軸向串動(dòng)，軋制生產(chǎn)根據(jù)來(lái)料板形的預(yù)設(shè)定橫移位置，當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)中彎輥力超出了設(shè)定的范圍，CVC中間輥才軸向移動(dòng)，通過(guò)中間輥串動(dòng)來(lái)改變工作輥實(shí)際軋制過(guò)程中的凸度，而且這種凸度變化是連續(xù)可調(diào)的。天津忠旺六輥CVC冷軋機(jī)軸向可移動(dòng)范圍約為±150 mm。

3 液壓輥縫控制技術(shù)

3.1 軋輥傾斜控制

軋輥傾斜控制是通過(guò)液壓油缸作用壓力在支撐輥兩輥軸承座上，通過(guò)兩端壓力的不對(duì)稱(chēng)，支承輥輥面?zhèn)鬟f給中間輥，中間輥輥面?zhèn)鬟f給工作輥，對(duì)工作輥的輥縫進(jìn)行微量調(diào)節(jié)。通常有壓下和壓上兩種形式，天津忠旺六輥冷軋機(jī)采用液壓油缸安裝在軋機(jī)機(jī)架頂部，通過(guò)壓下支撐輥兩端軸承座，通過(guò)支撐輥輥面壓緊中間輥輥面，進(jìn)而使得工作輥輥面產(chǎn)生傾斜差，使帶材橫向張力產(chǎn)生線(xiàn)性分布效應(yīng)，來(lái)消除帶材橫向張力分布的不良線(xiàn)性偏差。這種控制方式主要消除帶材板形的單邊浪效果明顯。

3.2 液壓彎輥控制

液壓彎輥控制是施加在軋輥兩端的軸承座向上或向下的彎矩來(lái)改變工作輥和支承輥之間的接觸應(yīng)力分布。彎輥裝置主要是設(shè)在軸承座之間的鑲塊里的液壓缸來(lái)控制工作輥的撓曲變形而使輥型發(fā)生變化，得以改善板形。它的主要特點(diǎn)是能迅速調(diào)整軋輥凸度，控制無(wú)滯后，與其他輥型控制手段相配合能進(jìn)一步擴(kuò)大板型調(diào)節(jié)能力和效果。

天津忠旺鋁板冷軋機(jī)采用工作輥浮動(dòng)彎輥技術(shù)和中間輥正負(fù)彎輥（如圖2所示），工作輥彎輥采用浮動(dòng)式鑲塊式結(jié)構(gòu)，下鑲塊和上鑲塊通過(guò)彎輥油缸連接，塞腔供油時(shí)，塞腔上下表面同時(shí)受力，活塞桿驅(qū)動(dòng)上鑲塊向上施加正彎力，下鑲塊受到塞腔的壓力向下對(duì)下工作輥也施加正彎的壓力，上下工作輥同時(shí)受到兩端正彎的壓力，進(jìn)而增加了軋輥的正凸度[1]；當(dāng)桿腔供油時(shí)，桿腔上下表面同時(shí)受力，活塞桿驅(qū)動(dòng)上鑲塊向下施加負(fù)彎力，下鑲塊受到桿腔的壓力向上對(duì)下工作輥也施加負(fù)彎的壓力，上下工作輥同時(shí)受到兩端負(fù)彎的壓力，進(jìn)而減少了軋輥的正凸度。上下浮動(dòng)的缸塊安裝在整體塊兩側(cè)滑板上。中間輥彎輥，缸體安裝在固定塊里，活塞桿與彎輥滑塊連接，垂直上下滑動(dòng)，進(jìn)而改變中間輥的凸度。中間輥正負(fù)彎輥和通常HC彎輥缸的結(jié)構(gòu)原理類(lèi)似。

圖2 工作輥和中間輥彎輥

4 軋制過(guò)程中前后的張力控制技術(shù)

軋機(jī)軋機(jī)機(jī)前開(kāi)卷機(jī)和機(jī)后卷取機(jī)的電機(jī)通過(guò)減速箱和卷筒施加給鋁卷的扭矩和速度差，通過(guò)軋機(jī)前后的牽引，在軋制過(guò)程中形成的張力。在軋制過(guò)程中，通常需要建立前后不同的張力來(lái)適應(yīng)不同的軋制工藝，對(duì)于厚料5～10 mm以上的鋁板帶，通常需要大的張力來(lái)減小軋機(jī)力，天津忠旺2350和2 800六輥冷軋機(jī)在軋制5 052，5 083系硬料合金的過(guò)程中，前后最大張力都在200 kN以上。在生產(chǎn)實(shí)際中，增大前張力，軋制的板形，容易出現(xiàn)中松，如果后張力過(guò)大，也容易出現(xiàn)斷帶。往往軋制工藝道次的張力分配是根據(jù)軋制道次逐道次遞減。

對(duì)于天津忠旺的鋁板帶冷軋生產(chǎn)，由于采用了入出口張力計(jì)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)軋制速度恒定時(shí)，直接張力控制精度可穩(wěn)定在最大張力的±1%以?xún)?nèi)，當(dāng)軋制速度變化時(shí)，張力可穩(wěn)定在最大張力的±3%以?xún)?nèi)[2]。

5 工藝潤(rùn)滑分段控制技術(shù)

鋁板帶冷軋機(jī)的工藝潤(rùn)滑采用煤油基軋制油，在軋制過(guò)程中潤(rùn)滑軋輥和板帶，主要是通過(guò)高壓，大流量的噴射梁合理的角度噴射，把軋制過(guò)程中積累的軋輥和板帶的摩擦熱，變形熱帶走，改變軋輥的熱變形凸度，使軋輥在軋制過(guò)程中保持相對(duì)合理的輥形來(lái)調(diào)整板形[3]。

對(duì)于天津忠旺的鋁板冷軋生產(chǎn)，在剛開(kāi)始的軋制階段，根據(jù)不同的鋁帶材料，安排不同道次的軋制工藝，軋制油工藝潤(rùn)滑的噴淋預(yù)設(shè)定一定的噴淋流量。當(dāng)軋制中，如果軋輥某區(qū)域的局部熱凸度過(guò)大，相應(yīng)的寬度上帶材板形出現(xiàn)過(guò)松，這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該增大軋輥相應(yīng)位置的噴淋量，同時(shí)相鄰區(qū)域的噴淋量適當(dāng)減小，這樣就增加了增加相鄰區(qū)域的溫降。軋制油分段冷卻對(duì)板形的調(diào)整作用比彎輥的響應(yīng)要慢，所以在根據(jù)來(lái)料板形預(yù)知的情況下，事先進(jìn)行工藝潤(rùn)滑分段流量的預(yù)設(shè)定，這樣就能更好的運(yùn)用分段冷卻來(lái)調(diào)節(jié)板形。

6 熱油和電感應(yīng)邊部加熱技術(shù)

在寬幅鋁板帶冷軋過(guò)程中，帶材邊部散熱比較快，帶材中部溫度溫度不容易損失，由此產(chǎn)生中間輥縫要大于邊部輥縫，對(duì)應(yīng)帶材就會(huì)出現(xiàn)邊部緊中間松的狀態(tài)，這樣的板形很容易斷帶。為防止帶材緊邊造成的斷帶，天津忠旺鋁板帶冷軋生產(chǎn)中，應(yīng)用了熱油邊部噴射技術(shù)。熱油邊部噴射技術(shù)利用其實(shí)也是利用分段冷卻梁，在工作輥邊部噴射100℃左右的熱軋制油，以增加帶材邊部區(qū)域工作輥的熱凸度，帶材邊緣的壓下量增大，減少帶材邊緣的拉應(yīng)力，降低斷帶率，保證了高速、高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定軋制。

雖然熱油邊部加熱技術(shù)能夠改善帶材邊緊，但是熱油噴射是通過(guò)熱傳導(dǎo)，加熱的軋制油間接加熱軋輥，這種技術(shù)的熱損耗相當(dāng)大，而且熱油加熱的利用率也比較低。在忠旺營(yíng)口項(xiàng)目上，邊部加熱技術(shù)采用的電感應(yīng)加熱，這種技術(shù)直接的好處是直接用電磁感應(yīng)直接加熱軋輥的邊部區(qū)域，同時(shí)根據(jù)板形輥檢測(cè)的邊緊區(qū)域，加熱頭可以軸向橫移，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)不同的加熱區(qū)域，這樣就可以更方便快捷的加熱帶材邊緊區(qū)域?qū)?yīng)的軋輥，而且熱效率利用率也比較高，減少了能源消耗。

7 鋁板帶冷軋綜合板形控制技術(shù)

鋁板帶綜合板形控制技術(shù)，具體的實(shí)施的分三部分。一是板形測(cè)量，通過(guò)板形輥對(duì)軋后的板形進(jìn)行測(cè)量；二是數(shù)據(jù)處理部分，對(duì)測(cè)出的板形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出實(shí)際板形和目標(biāo)板形的差異，并根據(jù)差異對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令；三是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)板形調(diào)整指令進(jìn)行實(shí)施從而改善板形。

天津忠旺六輥CVC冷軋機(jī)的板型控制，首先根據(jù)板形輥進(jìn)行測(cè)量，基于毫秒的測(cè)量周期，保證了板形測(cè)量的實(shí)時(shí)性。采用多變量的控制模型，最大程度發(fā)揮了各控制機(jī)構(gòu)的調(diào)控能力，對(duì)常規(guī)浪形以及復(fù)雜浪形（肋浪、1/4浪、邊中復(fù)合浪等）都能提供最優(yōu)化的控制結(jié)果。帶材凸度隨著軋制過(guò)程發(fā)生變化，進(jìn)而建立軋輥熱凸度補(bǔ)償模型，從根源上補(bǔ)償了帶材凸度在卷取芯軸上疊加所造成的整卷鋁卷在線(xiàn)板形與離線(xiàn)板形之間的差別[4]。軋制力和彎輥前饋控制，保證了帶材加減速階段的板形質(zhì)量。針對(duì)鋁板帶軋機(jī)，獨(dú)特的彎輥，邊部加熱與工藝潤(rùn)滑噴淋配合控制技術(shù)能夠有效地改善邊緊問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)更高的軋制速度。

圖3 板形綜合控制原理圖

8 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際生產(chǎn)中，CVC中間輥軸向串動(dòng)技術(shù)與液壓輥縫控制，中間輥，工作輥彎輥，軋制油分段冷卻，邊部加熱等技術(shù)是結(jié)合使用，已達(dá)到優(yōu)化板形的目的。天津忠旺六輥CVC了板帶冷軋機(jī)自2015年投產(chǎn)以來(lái)，憑借先進(jìn)的板型控制技術(shù)，合理配置各種控制參數(shù)，采用合理的冷軋生產(chǎn)工藝，軋制出8I以下的優(yōu)質(zhì)鋁板材。