铝冷轧机边部板形缺陷的控制

铝冷轧机边部板形缺陷的控制
加拿大赫氏工业自动化服务有限公司马建军
随着最终用户对产品质量越来越严格的要求，国内的铝板带生产厂家也越来越严格的关注板形，对产品的在线和离线板形都提出了严格的要求。

以国内某厂家的2300姗的六辊轧机为例，对于在线板形的偏差已经要求达到小于+／一6 I单位的要求，同时对于在其后部拉矫机工序上，也要求产品的离线板形没有出现可以观察到的板形缺陷。

对于目前的板形控制，一般是首先通过轧机出口侧的板形测量辊测量得到沿带坯宽度方向上的张力分布曲线，然后将得到的曲线与预先设定的板形目标曲线进行比较，并将得到的偏差值进行解析。

偏差解析时～般按以下三类进行：直线板形偏差、对称板形偏差、无规律板形偏差，并分别采取工作辊倾斜、工作辊弯辊和调节对应区域的喷淋流量进行控制。

以上三种板形控制方式对于大多数的冷轧机工况基本上可以满足板形控制的要求，但是对于由于工作辊二侧和轧辊中心轧制区域温度不同，而造成的轧辊热凸度引起的边部板形缺陷(俗称“紧边’’)，则很难得到理想的控制。

本文针对高速轧机(轧制速度在1000m／min．以上)、在轧制厚度小于1．0姗的产品时经常出现的“紧边”现象进行分析，并探讨不同的解决办法，以及其效果和优、缺点。

1．“紧边"缺陷的成因：
对于铝冷轧机，在正常轧制过程中，由于材料压缩形变和摩擦会造大量的轧制热，这些轧制热中的一部分被离开的带坯以及轧制冷却油带走，但是大部分热量会传递给上、下工作辊，并造成工作辊的温度的升高。

图1所示即是轧辊和带坯间热量的传递示意图。

图1轧制过程中轧辊区域热量图
但是由于工作辊的边部二侧是轧机牌坊的侧向开口，二侧和空气会有大量的对流换热冷却，散热条件明显比轧辊的中间区域好，因此经过～段时间的轧制后，工作辊中心区域的辊面温度要明显高于二侧的辊面温度，从而造成轧辊的热凸度，如图2所示。

轧辊热凸发(mm)
沿辊丽距离(mm)
图2沿轧辊辊面的典型热凸度分布曲线
对于目前的高速轧机，如果轧制速度高于1000m／min．，带材的厚度小于
1．0mm，在正常轧制后，工作辊中间的温度大约高于二侧温度5’10oC，特别是在轧制带材的边部，正好处于处于无料区交界处，在无料区轧辊无从得到轧制变形热和摩擦热，同时由于工作辊高速旋转带来的空气却通过对流的作用带走大量的热，这样的状况会造成沿工作辊辊面轴向的温度和直径尺寸造成差异，这也就是我们所说的轧辊热凸度。

在轧辊二侧的带材边缘区域，工作辊由于温降快，温度低，轧辊直径膨胀小，造成此区域的实际有载辊缝加大，因而此区域的带材出口厚度变厚，形成俗称的“紧边”，操作工如果观察带材的上表面，可以看到有一个明显的色差条。

“紧边’’的宽度一般发生在距离带材边部’15胁的范围区域，从上述成因分析可以看出，一旦形成“紧边”后，该区域带材厚度增加，造成铝金属的“聚集”。

但是，对于冷轧而言，由于在该温度下，铝金属难以发生延展，因此，该区域的“聚集”
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的金属相对于相邻的区域形成一种“外端拉应力”，造成该相邻区域的带材被拉薄变松，操作工一般俗称“肋浪”，因此“紧边”发生后，和“紧边”区域相邻的区域也一般会出现变松的“肋浪’’，造成板形缺陷更难以纠正。

2．搿紧边乃缺陷的检测由于边部“紧边"只是发生在距离带材边部“15姗的位置上，而对于目前常用的
各类板形测量辊，其检测环的宽度一般是52啪，这样即便发生了“紧边"，在15舳宽条上出现了对板形辊检测环压力的明显增高，但是由于其分布的宽度只是相当于检测环宽度的20％’30％，对整个环面宽度52咖上压力的影响不是很明显，因此，对于边部配置52咖检测环的板形测量辊，一般很难检测到“紧边”情况的发生。

如果希望板形辊能自动检测带材边部是否出现了“紧边”，在带材最窄宽度到最宽宽度之间的板形辊，应配置为26咖宽的检测环，这样，才可以检测到边部的“紧边”。

3．“紧边弦的控制方法和优缺点比较
根据“紧边"的成因，如有要想进行有效的控制，就需要减少带材边部由于工作辊直径热凸度减少而造成的有载辊缝相对变大的问题，对应的控制方法有二类，一种是加大工作辊的负弯，用负弯辊减少带材边部出现的过大的有载辊缝；另外一种是加大工作辊在带材边部的热凸度，使得工作辊在该区域的辊直径变大，从而消除“紧边”现象。

利用加大工作辊负弯来消除“紧边”，不需要增加额外的控制执行机构，只需要利用原有的弯辊液压缸即可以完成。

但是，利用工作的负弯来消除“紧边’’同时会带来以下二个方面的问题：一是在加大工作辊负弯的同时，由于工作辊辊径一般较小，在辊的二端作用负弯辊力时，同时会使靠近带材边部的二肋区域的工作辊向上翘起，这样一来，又会使得肋部的有载辊缝发生改变；二是考虑对工作辊寿命的的影响，加大负弯本身会造成对工作辊使用寿命的影响，因此一些厂家在使用负弯时，都不希望用到很大的负弯力。

利用向外推延轧辊的热凸度来消除“紧边”是目前常用的手段，向外推延工作辊边部热凸度的方式也有二种，一种是采用是热的轧制油进行带材边部附近工作辊的热喷淋，来增加轧辊的热凸度，使得轧辊的热凸度曲线向外延伸，覆盖整个带材宽度，这样使得带材边部的有载辊缝和其他区域相一致，消除“紧边”。

其原理如下3所示。

轧辊热凸度(mm)
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图4边部油热喷系统组成
热油喷嘴布置在工作辊的二端的冷却喷射梁的上部，一般是从所轧制带材的最窄宽度开始布置，直到布置到每侧带材最大宽度以外再增加二个喷嘴的位置。

热油喷嘴块的间距要与对应区域所选择的板形辊的辊环宽度相匹配，如果边部的板型辊的辊环宽度是26mm，那么热油喷嘴的间距也应为26mm。

热油喷嘴的控制同样也是采用脉冲时间对单位时间内喷出的热油总量进行控制。

油加热和循环系统，目前有电阻直接加热和水乙二醇间接加热二种方式。

使用电阻棒对轧制油直接进行加热时，在电阻棒和轧制油的界面，容易形成碳黑沉积，
一旦形成后会阻止热量的传递，长期使用加热效率会降低；同时考虑到轧制油的燃
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点温度，加热温度从安全考虑不会太高，目前使用的直接油加热系统的热油温度一般为’85℃。

另外的一种加热方式是采用电阻棒先直接加热水乙二醇，同时为了防止水乙二醇的沸腾，在水乙二醇储液罐的顶部加高压氮气进行密封，在这样的条件下，先将水乙二醇加热到大约130度，然后通过一个一次管式热交换器，进行换热，将轧制油加热到’98oC，换热器的换热量可以通过安装在水乙二醇管路上的电控阀和安装在热油管路上的温度传感器实现闭环控制，这样可以保证喷出了热油达到要求的。

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同时，该系统还考虑在不需要热喷情况下，热油本身热量的循环利用，在不进行热喷时，轧机二侧的热油管路中的热油通过一个旁通系统相连接，然后进入另外一个二次管式换热器，在二次管式换热器中，不需要使用的热油将本身的热量换热给即将进入一次换热器的冷油，这样冷油在被二次加热后再被水乙二醇进行一次加热，而排到污油箱中的油也不会因为太高的温度而影响冷却油的温度。

图5即为国内某厂常用的带有循环换热的油间接加热和循环系统设备图。

图5带有循环预热的间接油加热和循环系统
在控制方面，如果没有配置26咖分区板形测量辊，一般是依靠操作工的观察，在出现“紧边”的情况下，手动打开和关闭热喷系统。

对于加热功率为500Kw的油热喷系统，在2分钟内可以对薄规格的带材边部板
形进行25I单位的改变，图6即为油热喷系统在国外某厂的应用实例，从图中可以看出在打开油热喷后，边部的张力测量值在很短的时间内降低到正常水平。

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图6边部油热喷改善“紧边”效果
5．边部电感应加热和边部热油喷相比，采用边部电感应加热，也可以同样起到对工作辊边部进行
加热，从而将轧辊热凸度推移到整个带材宽度范围，消除“紧边”现象。

电感应加热使用电感应线圈对工作辊的表面进行感应加热，电感应线圈布置在
工作辊的二侧，而且随着所轧制的带材，从最窄的带材宽度到最宽的带材宽度之间进行游走定位。

电感应线圈块距离工作辊表面的距离一般在5m左右，并且有开进和退出机构。

工作辊每次磨辊后，电感应线圈块在液压控制机构的带动下，会先和工作辊表面进行轻压靠，随后开出5姗进行定位；在宽度方向上一般开到轧制带材边缘外端10nun的位置。

在轧机进行换辊前，电感应块会在液压控制机构的带动下会全部缩回，不影响换辊。

图7为国内某厂常用的工作辊感应加热头和控制器。

图7国内某厂使用的工作辊电感应加热头和控制器
相对热油喷方式，电感应加热使用的电功率较低，系统占地面积小，效果显著。

以国内某厂安装的边部电感应边部加热器，每侧使用6KW的电感应线圈，在2分钟内，对板形的控制效果可以达到大约15I单位，图7即为该厂使用边部电感应加热器后，关闭和打开情况下对边部“紧边”的改善效果：
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图8采用电感应加热控制“紧边”的效果
6．结论
本文分析了板带冷轧机在高速轧制时由于工作辊热凸度而造成的边部板形缺陷一“紧边”，分析了其形成的原因、检测方法、以及消除“紧边”的二大类策略一工作辊负弯和推延工作辊热凸度，随后分析了这二大类解决策略的优、缺点，并针对边部热油喷和电感应加热二种技术的原理和使用效果进行论述。

参考文献1．秦官林，卢文平．铝带冷轧机板型控制中的一种热喷淋技术介绍[J]．科技风，2012，(6)：9
2．张俊芳，李卫国，董春阳，张洁．，冷轧机热喷系统原理机构及应用[J]．，有色金属加工，2013，(2)：44—46。