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铝箔轧机的工作原理与日常维护
2018-12-25 11:31:14 点击率:4521 来源:

 

铝箔轧机的工作原理与日常维护
作者:蒋宇梅
来源:《科技视界》2014年第35

        【摘 要】本文介绍了铝箔轧机的基本构成和工作原理,结合生产实际阐述了铝箔轧机的日常维护要点,并对生产中常见的问题及其对策进行了分析,对于提高铝箔轧机的维护水平有重要借鉴作用。

        【关键词】铝箔轧机;工作原理;日常维护

        铝箔轧制不同于一般带材,其特点是负辊缝轧制。一般带材轧制时有一定量的辊缝,而轧制铝箔时两根工作辊完全压靠,箔材以外部分也相互接触,轧制过程的进行依靠工作辊的弹性变形,通过机架施加的轧制力大于金属的变形抗力,因此轧制力对箔材厚度的影响显著减小,而轧制速度与开卷张力成为厚度控制的主要手段。通常工作辊在材料厚度为0.10.2mm时开始压靠,由于铝箔很薄,力学性能明显下降,对横断面上变形的不均匀性异常敏感,对材料冶金质量也非常敏感,易断带。目前,全球铝箔工业发展总趋势是:向用户提供质量更高、幅面更宽、厚度更小、更加安全的铝箔[1-2]

        1 基本构成

        铝箔轧机主要由开卷机、卷取机、工作机座、传动系统和附属设备等几大部分组成。其中工作机座包括机架、轧辊、轧辊轴承、轧制线调整装置等组成,附属设备包括卷材上料卸料系统、出入口装置、套筒输送、工艺润滑、油雾润滑、液压气动系统、排烟系统、CO2灭火系统、直流电机冷却、换辊系统等。铝箔轧机的控制系统是铝箔生产的关键,一台设备精良的铝箔轧机必须配套完美的电气传动系统,其中包括厚度控制系统、板形控制系统等。

        铝箔轧机大小通常按辊面宽度划分,宽度小于或等于1200mm的称为小型轧机,1200mm至小于1800mm的称为中型轧机,等于与大于1800mm的称为大型或宽幅轧机。本文以1800轧机为例进行相关阐述。高速铸轧带坯的冶金质量和板形都优于常规铸轧法,用其轧制铝箔是重要发展趋势之一。高速轧机是指速度等于或大于1200m/min的轧机。当前粗轧机的最高轧制速度2500m/min。在选择轧机速度时,粗、中轧机不宜超过1800m/min,精轧机不宜大于1200m/min,甚至不宜大于1000m/min

        2 工作原理

        近年来市场对铝箔产品的板形精度要求越来越高,同时随着市场对产品的需求和设备设计制造水平的提高,铝箔轧机也不断向宽幅发展,这就使得压延过程中铝箔的板形越来越难控制[3]。由于负辊缝轧制的原因,轧辊倾斜和液压弯辊对板形的控制作用已不明显,同时由于工作辊与支承辊辊径比的关系及轧机辊面较宽,弯辊控制对于轧辊中部的机械凸度控制基本无效。这个时候虽然通过轧辊冷却控制轧辊热凸度可减小前两种控制所剩余的板形局部偏差,但响应速度慢,控制效果也随厚度减薄而减弱。为解决这一问题,国内外的轧机设计者和生产厂家开始采用可变凸度辊(variable crown rollVC辊)作为支承辊使用,用于消除板形抛物线部分偏差,大幅度提高了板形质量[4]

        VC辊是一种组合式支承辊,由芯轴、轴套和旋转接头装配而成,在芯轴和轴套之间的辊身中心区域有一个流体室,室内充以压力可变的高压油。辊颈两端的轴套均收缩,收缩接头用作内部压力油的外部密封件,并用于轧辊传动装置的自由滑移转矩传输。其工作原理是:通过液压伺服控制将高压液压站内的液压油经旋转接头送入膨胀的流体室以胀开轴套,在辊身全长形成均匀的机械凸度来补偿轧辊在工作时产生的挠度。由于VC辊直径胀大与腔内的油压在一定范围内呈线性关系,且可做无级调整,因此可以参与到闭环板形控制系统中。

        由于带材的厚度不同,轧机轧制是由正辊缝轧制向负辊缝轧制的变化过程,对控制而言也是一个多种控制方式结合的过程,主要有位置控制、压力控制、压力补偿控制、AGC控制等[5]

        轧机速度设定是按照工艺要求,由主操作手在主操作台上设定,通过以太网传递给AGCAGC再分别传送到PLC以及各传动系统。速度设定是以主机架为线速度基准,通过设定工作辊的直径与减速箱的减速比,给出转速给定值。根据控制功能,速度设定有正反向点动设定,用于故障处理;穿带速度设定,用于生产前轧机穿带;轧线速度设定,用于正常轧制情况。按照线速度相等的原则以转速的形式分配给各传动系统。

        卷取张力是靠卷取电机的拖动来绷紧带材而产生的。在系统中采用间接张力控制,卷取张力所产生的折算到电机轴上的张力矩与电机的电磁力矩相等。线速度测量是通过调速装置读取卷取机前的偏导辊上的脉冲编码器进行计算获得,是卷径计算需要的一个重要变量。

        现代轧机进行全程变量编程,将系统分成轧机校准指定应用系统、驱动串口应用系统、计量控制应用系统、厚度与平整度控制应用系统、优化应用系统。这些程序通过RDS(实时数据服务器)进行数据处理,通过轧机校准指定应用系统用于定序轧辊受力汽缸及轧辊折弯控制,分为机架的校准程序、弹跳校准程序、机座安全监测程序等;通过驱动串口应用系统实时地对轧机运行状态以及由传动、PLC传送的数据、进行监控并将数据存入RDS内,以便对轧机进行维护和最优控制。

        3 日常维护要点

        由于生产中VC辊的频繁使用,对VC油压的控制直接影响到铝箔的板形质量,油压过小将使带材产生边部波浪,油压过大将使带材产生中间波浪,只有适中的油压才能获得平直的带材[6]。通常生产过程中往往会出现较复杂的非对称板形缺陷,因此板形自动控制系统会使VC辊系统和其它的控制手段中的一种或几种同时参与调整,如液压弯辊、轧辊倾斜、轧制力、轧辊冷却系统等。当VC辊和液压弯辊配合使用时就可得到多种不同的辊缝形状,动态辊缝设定系统的影响范围就是由这两套系统组合得出的。当VC辊参与作用时,增大VC压力可使得整个弯辊作用范围向右下方移动,从而整个控制窗口可适应的范围变得更大。VC辊系统的参与可对带材平直度做出相当大的改进,从而能满足用户对最小平直度公差的要求。

        可变凸度支承辊的四辊冷轧机及铝箔轧机是针对传统冷轧机及铝箔轧机的轧辊弯辊对抛物线型板形偏差调整能力有限而开发的,在原有的板形控制手段上增加了支承辊可变凸度控制。目前使用的可变凸度支承辊主要分为两大类:第一类是全长可变凸度支承辊,第二类是可改变端部直径、中间平直部分宽度可调的支承辊,通过调整边部凸度来影响总体凸度,如TP辊和SCR辊。1800mm铝材冷轧机调试运行后可生产多种规格的带材,可轧制出0.06mm的铝材,厚度偏差在10μm,速度正常工作在10m/s左右。

        4 常见问题与对策

        在生产过程中,铝箔轧机比较容易出现电气控制、液压系统、机械机构等方面的问题,通常可通过日常维护、设备保养及大修等予以解决。在铝箔轧机使用过程中,还容易出现铝箔轧制特有的断带问题。卷取断带现象常出现在精轧过程中,严重影响生产的顺利进行、生产效率和成品率的提高。引起断带的原因大体上有以下几种[7]

        1)卷取张力不稳。卷取张力一般应根据入口侧箔带厚度及辊型等设定,若张力过小,将产生因堆料引起的断带现象,反之则因张力超过出口侧箔带所能承受的强度极限而断带。

        2)轧机加减速过程中,卷取机线速度与轧辊线速度不同步。在卷取机线速度高干轧棍线速度时,将因张力增加引起断带发生,反之则发生因堆料引起的断带现象。

        3)箔带裂边。不论是轧机入口侧或是出口侧的箔带裂边都将因张力作用而导致应力集中,发生断带。

        4)操作不熟练。如张力给定不当,板形控制不好,轧机加减速不稳等。

        针对上述原因,应采取以下主要措施:

        1)根据入口侧箔带厚度及辊型合理设定卷取张(下转第276页)(上接第105页)力,加强工艺管理,提高工艺参数设定的科学性。

        2)现代化铝箔轧机在加减速时,加减速指令是通过程控器向开卷机和卷取机发出的,要求卷取机速度快速地跟随轧机速度,否则将发生断带。精轧卷取动补不合适是造成本轧机断带的主要原因,因此改变电机驱动常数,修正动补不当,将有效减少断带现象。

        3)加强生产过程管理,通过在先检测及时发现箔带裂边,并采取相应的裁边等措施。

        4)加强员工培训和生产过程管理,提高操作人员操作水平和生产过程的规范化。

        国产铝箔轧机的推广使用,促进了我国铝箔事业的发展。为了使国产铝箔在国内外市场上更具竞争能力,无论是铝箔轧机制造业还是铝箔生产厂家,对铝箔轧机的加工精度和安装精度以及日常维护都要给予更多的关注。对于使用中发现的不足,铝箔生产厂家和铝箔轧机制造业要及时沟通,认真改进,以提升产业技术水平,从而推动我国铝箔轧机制造业和铝箔加工业早日进入世界先进行列。

        【参考文献】

        [1]钟利,赫崇富.铝箔轧制特点及轧机配置方式[J].轻合金加工技术,2003313):1-6.

        [2]王祝堂.铝箔轧机的发展及全球的大型铝箔轧机[J].中国金属通报,200441):12.

        [3]贲洪艳,辛达夫.铝箔轧机的精度对板带平直度的影响[J].轻合金加工技术,20063410):25-2935.

        [4]卜祥启.VC辊在宽幅铝箔轧机上的应用[J].轻金属,200611):67-69.

        [5]曹鑫辉,李海英.1800mm铝箔冷轧机控制系统[J].电气传动,2007379):53-56.

        [6]饶旭跃.从板形控制谈铝箔及铝带冷轧机的选型[J].有色金属加工,2002316):41-43.

        [7]彭刚.铝箔轧机断带原因及防止[J].轻合金加工技术,19982):9-12.

    

 

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