鋁板帶材冷軋分段冷卻板形控制技術應用現狀

摘要：板形控制是鋁板帶材冷軋生產過程中影響產品質量的重要指標之一，冷軋板帶分段冷卻技術的發展與廣泛應用為板形控制提供了有力的技術支持，本文介紹了鋁板帶材冷軋生產過程中產生不良板形的原因，引出分段冷卻技術的應用和發展及其在調控板形不良問題中的重要意義，總結概括了國內外板帶材冷軋VAI四輥軋機、阿亨巴赫四輥軋機、HC六輥軋機和CVC六輥軋機板形控制的控制手段和分段冷卻板形控制技術應用現狀。

關鍵詞：鋁板帶;板形控制;分段冷卻;冷軋

板形是衡量冷軋產品質量的主要指標之一，隨著鋁板帶冷軋技術的不斷進步和完善，對板形的精細控制也提出了更高的要求。來料板形、來料物理性能、軋輥及帶材的接觸變形狀態、帶材前后張力分布、軋輥初始凸度、輥系的熱膨脹、潤滑條件、磨損等因素都對板形具有較大影響。

鋁板冷軋分段冷卻板形控制技術能夠調節生產過程中軋輥軸線方向上冷卻油液的流量，使軋輥輥身表面的熱變形沿軸線均勻分布，實現改善板形不良的目標。軋輥分段冷卻技術自20世紀70年代末80年代初開始成為國內外鋁加工行業關注的問題之一，近年來已成為世界各國鋁加工行業領域內開發研究的重要課題。

一、鋁板帶冷軋分段冷卻技術概述

鋁板帶冷軋分段冷卻控制系統由噴射梁、噴射梁噴嘴、板形輥、軋制油系統、電磁閥、電氣控制系統等組成。板形輥內部沿輥面軸線方向均勻等距分布了一系列的板形測量傳感器，在軋制過程中，板形測量傳感器可以實時地將檢測出的鋁板帶材沿輥身軸線方向的板形偏差量經過電氣控制系統傳送給控制器主機。控制噴射梁軋制油冷卻液噴射的噴嘴控制信號是開關量，軋制油冷卻液的噴射量呈有級變化，噴嘴在工作輥身噴射冷卻液區域與板形測量傳感器一一對應，根據軋機出口板形輥內壓力傳感器反饋帶材的平直度情況，設定各個區域的冷卻液噴射量目標值，將各個區域的冷卻液噴射量目標值轉化成有規律的脈沖控制信號，產生有規律的軋制油冷卻液脈沖，實現軋制油冷卻精確控制。軋制油系統一般由油箱、泵站、板式熱交換器組成安裝在地下室，軋制油供油泵將凈油箱中軋制油泵出，經過板式熱交換器后為噴射梁提供冷卻液，用后的軋制油冷卻液經過軋機積液盤留回污油箱，再經空氣清洗系統將干凈的軋制油回收到凈油箱中重復利用。在整個過程中可以使軋機工作輥輥身沿軸向熱凸度分布均勻，消除工作輥軸向局部“熱凸起”或“熱凹陷”現象，達到改善帶材局部板形不良的目的。鋁板帶冷軋分段冷卻板形控制過程如下圖所示：

鋁板帶冷軋分段冷卻板形控制過程圖

二、國內外鋁板帶冷軋機板形控制手段

（一）VAI四輥軋機板形控制

VAI四輥軋機板形控制系統由工作輥正負彎輥控制、工作輥軸向竄輥控制和選擇性冷卻控制組成，可以在更大范圍內進行產品的板形調節。軋機在軋制過程中，上工作輥下表面和下工作輥輥上表面形成輥縫，當上工作輥和下工作輥沿軸線靠中間移動時，輥面凸峰逐漸接近，此時所軋制的鋁板帶中心輥縫逐漸縮小，邊部輥縫逐漸增大，軋出板帶的凸度呈降低趨勢;當上工作輥和下工作輥沿軸線靠兩邊部移動時，輥面凸峰逐漸遠離，此時所軋制的鋁板帶中心輥縫逐漸增大，板帶邊緣輥縫逐漸減小，軋出板帶的凸度呈升高趨勢。在實際軋制生產過程中，控制系統能依據來料情況和工藝參數進行適當的竄輥控制來改善成品的板形。

（二）阿亨巴赫四輥軋機板形控制

阿亨巴赫四輥軋機板形控制系統由帶材平直度測量和控制系統、伺服調整控制系統三部分組成，其中帶材平直度測量系統通過板形輥輥面上均布安裝的壓電式傳感器，將帶材在軋制過程中與輥面傳感器接觸的相對應的壓力信號經過信號放大器后轉變為電壓信號，輸送給控制器主程序;平直度控制系統可以將測量到的壓力偏差信號經過計算機運算，轉換成板形控制信號進行彎輥控制、傾斜控制、VC控制和冷卻控制，伺服調整控制系統，可以將帶材板形厚度誤差穩定在可控范圍內，從而實現板形精確控制。

（三）HC六輥軋機板形控制

HC六輥軋機板形控制系統由工作輥彎輥控制、中間輥中間輥軸向移動控制和末機架分段冷卻控制相結合的板形控制手段。該控制手段可以實現在軋制過程中大壓下率下好的板形控制效果，其中的分段冷卻控制手段可以改善工作輥與帶材摩擦產生的熱凸度導致的邊浪、肋浪等不同程度的板形不良情況，使帶材板面均勻性性能得到改善，提高了成品的質量等級。

（四）CVC六輥軋機板形控制

CVC六輥軋機板形控制系統由工作輥和中間輥彎輥控制、中間輥CVC竄輥控制和厚度自動控制系統組成。工作輥和中間輥彎輥控制由液壓彎輥控制系統實現，該系統可以在工作輥和中間輥輥頸軸承座處施加液壓彎輥力，產生正、負彎輥，改變輥縫形狀;中間輥CVC竄輥控制是加在中間輥上的一套竄輥裝置，可以配合工作輥和中間輥彎輥控制板形，適應不同寬度帶材的板形控制;厚度自動控制系統也稱AGC控制系統，由出口板形測量儀反饋的輥縫調整信號，控制伺服閥和AGC缸做出相應的調整動作來配合彎輥和竄輥控制，獲得良好的板形。

三、分段冷卻板形控制技術應用現狀

一重冶金1420mm連軋機分段冷卻系統設置在最后一個機架，精細冷卻裝置由三根13噴嘴的噴射梁組成，分別安裝在中間輥和支承輥附近，共39個型號相同的噴嘴進行冷卻液噴射。主冷卻裝置由ABB公司生產的LECHLER噴射梁及其配套的控制系統組成，噴射梁共有兩個，包含四排噴嘴，每排25個，其中第一排和第四排噴嘴為精細冷卻噴嘴，正常工作狀態有板形控制信號時開閉，第二排和第三排噴嘴為基礎潤滑冷卻噴嘴，根據所軋板帶寬度調節噴嘴工作數量。

鞍鋼1250mm軋機分段冷卻控制系統包括1個氣動閥控制柜和4條冷卻梁。由板形控制程序中冷卻控制功能直接控制每個冷卻區域分段冷卻噴嘴的冷卻液流量。所有的可控噴嘴采用MODULAX閥控制，冷卻液徑直以層流方式流向噴嘴，由于閥內部具有特殊的幾何形狀，因而使噴嘴形成的扇形射流像一個刀片，可達到最佳的熱交換效率。

福州大學王偉等針對鋁板帶材在冷軋過程中彎輥和斜輥解決不了的四次及以上板形缺陷問題，在現有的局部冷卻控制模式基礎上，提出了一種基于調控效應的多段協同的冷軋分段冷卻控制模型。以某四輥軋機為例，該軋機噴射梁上有三排噴嘴，其中最下面一排噴嘴常開，提供基礎冷卻和潤滑，上面兩排噴嘴可調控打開，實現分段精細冷卻，對其工作輥在軋制過程中的溫度場進行有限元分析，仿真結果與實測溫度一致，其研究結果對鋁板帶冷軋解決四次及以上板形缺陷問題提供了一定的理論基礎。

四、總結

本文闡述了板帶材產生不良板形的原因，引出了在鋁板帶冷軋過程中分段冷卻技術的重要性，并對當前國內主要的板帶材板形控制技術：VAI四輥軋機、阿亨巴赫四輥軋機、HC六輥軋機和CVC六輥軋機板形控制做了總結和概括。通過對當前國內外板帶材冷軋機板形控制研究現狀可知：在解決鋁板帶材冷軋過程板形不良問題的道路上，國內外先進軋機在不斷前行，板形控制精度在不斷提高，分段冷卻技術的應用，已充分說明這一點，但在解決邊部板形問題時，該技術還需不斷完善。在今后的板帶材冷軋板形控制技術的研究中，應把邊部板形控制技術作為研究重點，不斷優化邊部熱噴淋與主冷卻系統協調控制。

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作者簡介：張佳琛（1987—），男，漢族，河南鞏義人，碩士研究生，助教，研究方向：機械工程。