鋁罐體料熱連軋尾部自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

丁廷杰

（河南中孚高精鋁公司熱軋分廠，河南 鞏義451200）

1 前 言

國(guó)內(nèi)某1＋4 鋁熱連軋機(jī)組，在生產(chǎn)3104 罐體料時(shí)，出現(xiàn)了帶材甩尾壓漏，廢料遺留在機(jī)架內(nèi)的問題。處理廢料需要停機(jī)換輥，不連續(xù)的生產(chǎn)節(jié)奏，既增加了生產(chǎn)成本，又使軋輥溫度不能保持溫度平衡［1］。過低的溫度使帶材無法得到均勻的再結(jié)晶立方織構(gòu)。下游制罐廠在沖罐時(shí)，會(huì)出現(xiàn)斷罐、制耳率偏大等問題［2］。為了使罐體料生產(chǎn)節(jié)奏加快，必須解決帶材尾部甩尾壓漏問題，以實(shí)現(xiàn)罐體料連續(xù)軋制。

2 尾部壓漏特征

生產(chǎn)3104 罐體料采用1＋4 熱連軋機(jī)組，主要由1架粗軋機(jī)和4架精軋機(jī)組成［3］。軋制3104罐體料過程如下：粗軋機(jī)將厚度600 mm 鑄錠加工成40 mm 厚中間坯，然后經(jīng)過F1、F2、F3、F4 精軋機(jī)加工成2.2 mm成品。精軋機(jī)生產(chǎn)過程包括頭部穿帶、正常軋制、尾部甩尾3個(gè)過程。

軋制3104 罐體料時(shí)，穿帶速度為3.5 m/s，軋制速度達(dá)到7.5 m/s 以上，其軋制速度為其他產(chǎn)品的2～3 倍，造成尾部甩尾速度高達(dá)4.5 m/s。同時(shí)在甩尾時(shí)，機(jī)架厚度、凸度自動(dòng)控制系統(tǒng)在既定的設(shè)置程序下，使輥縫持續(xù)減小，引發(fā)尾部帶材壓漏、工作輥粘鋁問題。對(duì)粘鋁工作輥重新磨削，需費(fèi)用10 000 元。帶材壓漏分為兩種形式，帶材中間部分壓漏和帶材肋部壓漏。

3 原因分析

3.1 速度自動(dòng)控制系統(tǒng)

3104 罐體料終軋溫度設(shè)定在330 ℃以上［4］。終軋溫度主要取決于下列條件：帶材由厚變薄產(chǎn)生的塑性變形熱量，帶材與軋輥之間的熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流等［5］。其中熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流都會(huì)降低帶材的溫度，只有塑性變形產(chǎn)生的熱量才會(huì)提高帶材溫度。速度的提高不但加快了塑形變形，也減少了其他的熱量損失時(shí)間。3104 罐體料的軋制速度達(dá)到7.5 m/s以上，軋制時(shí)間達(dá)到6 min。在這6 min內(nèi)，中間坯尾部溫度會(huì)降低10% 左右。為了彌補(bǔ)中間坯尾部的溫度損失，甩尾速度依然高達(dá)4.5 m/s。整個(gè)甩尾過程非常快，僅在2 s內(nèi)F4機(jī)架就完成了甩尾過程，給調(diào)整帶材尾部偏斜制造困難［6］。

3.2 厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)

控制產(chǎn)品厚度，在于精確控制F4軋機(jī)的輥縫。輥縫過小，會(huì)將帶材壓漏。F4輥縫計(jì)算為：F4輥縫=標(biāo)定0 點(diǎn)位置-L2 設(shè)定輥縫＋厚度閉環(huán)＋軋輥溫度補(bǔ)償＋軋機(jī)彈性變形補(bǔ)償＋人工干預(yù)+軋輥傾斜補(bǔ)償［7］。

在甩尾過程中，標(biāo)定0 點(diǎn)位置，L2 設(shè)定輥縫為固定值，其他值為變化值。人工干預(yù)、軋輥傾斜補(bǔ)償是人工干預(yù)決定，厚度閉環(huán)、軋輥溫度補(bǔ)償、軋機(jī)彈性變形補(bǔ)償是由計(jì)算所得。厚度閉環(huán)只要測(cè)厚儀正常工作，輥縫就不會(huì)減小。軋輥溫度補(bǔ)償是一套開環(huán)計(jì)算公式，也不會(huì)異常減小輥縫。軋機(jī)彈性變形補(bǔ)償是輥縫減小的根源所在。

軋機(jī)牌坊在軋制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向的變形，縱向變形和橫向變型［8］。熱軋機(jī)在軋制時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的軋制力，因此引起的縱向變形會(huì)較大，如果不進(jìn)行補(bǔ)償，會(huì)對(duì)產(chǎn)品厚度造成很大的影響，如圖1所示。從圖中可知，隨著軋制力的變大，輥縫補(bǔ)償也隨之增加。

在軋制3104 罐體料時(shí)，隨著中間坯尾部溫度降低，軋制力會(huì)逐漸增加，引起軋機(jī)牌坊縱向變形加大。為了抵消這些變化，F(xiàn)4輥縫會(huì)持續(xù)減小，最終將帶材尾部中間部分壓漏。

圖1 軋機(jī)牌坊彈性變形方程

3.3 凸度自動(dòng)控制系統(tǒng)

在凸度控制系統(tǒng)中，凸度是反應(yīng)熱軋帶材版型的一個(gè)指標(biāo)，用公式表示為：

式中：hc為帶材中間厚度；h1為帶材左側(cè)距邊部40 mm處厚度；h2為帶材右側(cè)距邊部40 mm處厚度［9］。

從公式可以看出，控制凸度就是控制帶材中間和兩邊部的厚度。在精軋機(jī)組中，帶材中間厚度由厚度系統(tǒng)控制軋輥輥縫得到，帶材兩邊部厚度由凸度系統(tǒng)控制軋輥彎棍得到。當(dāng)檢測(cè)到的凸度大于目標(biāo)凸度時(shí)，軋輥彎棍就會(huì)增大，以此來減小凸度［10］。在軋制甩尾時(shí)，隨著尾部凸度的增大，彎棍力會(huì)持續(xù)增加，最終將帶材尾部?jī)衫卟繅郝?，特別是在帶材尾部方向偏斜得不到有效糾正時(shí)，壓漏情況會(huì)更加嚴(yán)重。

4 控制方法及改進(jìn)效果

根據(jù)以上分析，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)的原因，在尾部甩尾時(shí)造成軋輥輥縫逐步減小，將帶材尾部壓漏。為了解決以上問題，需要在精軋機(jī)進(jìn)入甩尾過程后，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。具體方法：帶材尾部進(jìn)入F1 機(jī)架前對(duì)速度進(jìn)行控制，保證尾部通過F4 機(jī)架時(shí)速度保持在合適的狀態(tài)，給操作手控制帶材尾部偏斜提供充足的反應(yīng)時(shí)間。在減速的同時(shí)，對(duì)厚度控制系統(tǒng)和凸度控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化干預(yù)，使軋輥輥縫保持在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)，不會(huì)因?yàn)檫^小的輥縫將帶材壓漏。

通過使用尾部自動(dòng)控制技術(shù)，某廠1＋4 熱連軋機(jī)甩尾過程得到有效控制，沒有繼續(xù)出現(xiàn)尾部壓漏情況。熱軋線上由單卷軋制，突破到3卷連續(xù)軋制，軋制節(jié)奏由2 卷/h 突破到7 卷/h，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，大幅降低了生產(chǎn)成本。