鋁板帶熱軋機(jī)軋制過程中鋁卷端面錯(cuò)層控制方法探討

王修亮

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

1 鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象描述

鋁板帶熱軋機(jī)軋制過程中鋁卷端面錯(cuò)層是電子鋁箔加工的關(guān)鍵技術(shù)難題，某鋁加工企業(yè)熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層量達(dá)到12mm，造成電子鋁箔表面擦傷、黑道、亮點(diǎn)線、裂邊斷帶等質(zhì)量缺陷，影響鋁箔質(zhì)量和成品率的進(jìn)一步提升。前期在出現(xiàn)熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層時(shí)，主要是采用改變工作輥粗糙度和輥形、調(diào)整冷卻潤(rùn)滑壓力流量和性能指標(biāo)、優(yōu)化軋制工藝速度張力和壓下率等控制方法，但鋁卷端面錯(cuò)層不能得到有效改善控制。

2 鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層原因分析

2.1 設(shè)備機(jī)械精度對(duì)熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層的影響

（1）熱軋機(jī)輥縫水平精度誤差問題。熱軋機(jī)輥縫由液壓壓上機(jī)構(gòu)和電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)組合控制，液壓壓上機(jī)構(gòu)為短行程調(diào)整，主要包括壓上油缸、伺服閥、位置傳感器、壓力傳感器。電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)為長(zhǎng)行程調(diào)整，主要包括壓下直流電機(jī)、壓下絲桿、減速箱、位置傳感器。如果液壓壓上機(jī)構(gòu)和電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)兩側(cè)水平精度偏差，造成軋機(jī)輥縫兩側(cè)水平位置精度偏差，會(huì)導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（2）熱軋機(jī)工作輥系精度誤差問題。熱軋機(jī)工作輥系包括上下工作輥和上下支撐輥，如果熱軋機(jī)工作輥系圓跳度、水平度和平行度存在精度誤差，會(huì)導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（3）熱軋機(jī)卷取機(jī)水平精度誤差問題。熱軋機(jī)卷取機(jī)包括左卷取和右卷取，卷取機(jī)與軋輥之間有夾送偏導(dǎo)輥系，如果左右卷取機(jī)和夾送偏導(dǎo)輥的水平度平行度存在偏差，會(huì)導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶卷取過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

2.2 設(shè)備控制精度對(duì)熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層的影響

（1）推床對(duì)中控制精度誤差問題。熱軋機(jī)推床包括入口側(cè)推床和出口側(cè)推床，主要是對(duì)鋁板帶進(jìn)行對(duì)中控制，確保鋁板帶軋制過程中處于軋機(jī)中心線，推床控制主要由兩側(cè)液壓缸推動(dòng)，位置傳感器檢測(cè)推床位置，比例伺服閥控制推床位置。如果推床兩側(cè)位置控制偏差，造成推床對(duì)中控制精度偏差，導(dǎo)致鋁板帶軋制過程中不在軋機(jī)中心線而出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。如果推床夾持的設(shè)定寬度大于鋁板帶寬度，就不能穩(wěn)定控制鋁板帶軋制過程跑偏造成的鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（2）軋機(jī)輥縫控制精度誤差問題。熱軋機(jī)液壓輥縫控制系統(tǒng)包括位置閉環(huán)控制模式和軋制力閉環(huán)控制模式，由傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)兩個(gè)液壓油缸執(zhí)行。熱軋機(jī)在輥縫校零和軋機(jī)剛度檢測(cè)過程中采用軋制力閉環(huán)控制模式，在鋁板帶軋制過程中采用位置閉環(huán)控制模式。如果液壓輥縫控制系統(tǒng)中兩側(cè)液壓油缸、壓力傳動(dòng)器、位置傳感器、伺服閥、控制系統(tǒng)存在檢測(cè)控制精度偏差，就會(huì)出現(xiàn)軋機(jī)液壓輥縫兩側(cè)位置控制偏差，導(dǎo)致輥縫傾斜造成鋁板帶軋制過程中鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（3）鋁板帶凸度控制精度誤差問題。鋁板帶凸度控制主要包括工作輥彎輥控制、工作輥傾斜控制和冷卻潤(rùn)滑噴淋控制，熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中彎輥控制、傾斜控制和噴淋控制精度偏差都會(huì)造成鋁板帶凸度控制精度誤差，導(dǎo)致鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（4）鋁板帶橫向溫度控制誤差問題。鋁板帶傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)溫度偏差，軋件的變形力和軋輥熱膨脹會(huì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致兩側(cè)軋制力和輥縫位置出現(xiàn)偏差，造成鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

2.3 工藝過程控制對(duì)熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層的影響

（1）工作輥粗糙度和輥形問題。熱軋機(jī)工作輥粗糙度和輥形為關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)，如果工作輥粗糙度低和輥形不對(duì)稱，易造成鋁板帶在輥縫中橫向竄動(dòng)，導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（2）乳液冷卻潤(rùn)滑流量和性能問題。熱軋機(jī)乳液冷卻潤(rùn)滑流量和性能是控制鋁板帶表面質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因素。如果乳液冷卻潤(rùn)滑流量和潤(rùn)滑性能偏高，不僅會(huì)造成鋁板帶軋制過程中打滑影響鋁箔質(zhì)量，也會(huì)造成鋁板帶在輥縫中橫向竄動(dòng)，導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（3）軋機(jī)軋制線高度控制問題。熱軋機(jī)如果軋制基準(zhǔn)線過高或過低，會(huì)使軋件相對(duì)于軋輥存在一個(gè)較大的傾斜角，導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（4）鋁板錠坯料不均勻問題。熱軋機(jī)鋁板錠受鑄造工藝和設(shè)備的影響，如出現(xiàn)鋁板錠坯料晶體不均勻，易導(dǎo)致熱軋機(jī)鋁板帶軋制過程中出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

（5）軋制工藝控制參數(shù)問題。熱軋機(jī)鋁板帶軋制速度、張力、壓下率、彎輥力都是關(guān)鍵工藝控制參數(shù)，鋁板帶軋制過程中軋制速度快、左右卷取張力小、壓下率太大或太小、彎輥力不匹配等相關(guān)因素，都會(huì)導(dǎo)致熱軋機(jī)出現(xiàn)鋁卷端面錯(cuò)層現(xiàn)象。

3 鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制方法

3.1 設(shè)備機(jī)械精度問題造成鋁卷端面錯(cuò)層的控制方法

（1）熱軋機(jī)輥縫水平精度控制。對(duì)軋機(jī)兩側(cè)壓上油缸位置、壓下絲桿位置一致性進(jìn)行調(diào)整，前期軋制過程中操作側(cè)油缸位置比傳動(dòng)側(cè)油缸位置高0.2mm,因此將壓下電機(jī)連軸器脫開，將操作側(cè)壓下位置調(diào)整0.2mm。并對(duì)熱軋機(jī)輥縫上下基準(zhǔn)面水平精度進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整，將熱軋機(jī)輥縫基準(zhǔn)水平精度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（2）熱軋機(jī)工作輥系精度控制。熱軋機(jī)工作輥和支撐輥經(jīng)過軋輥磨床磨削后，對(duì)工作輥和支撐輥的圓跳度進(jìn)行在線檢測(cè)，將軋輥圓跳度控制在5道以內(nèi)。并對(duì)軋機(jī)牌坊兩側(cè)銅滑板進(jìn)行檢查確認(rèn)，再將軋輥裝入軋機(jī)牌坊中，再對(duì)工作輥與支撐輥的平行度和水平度進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整，將熱軋機(jī)工作輥系水平與平行精度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（3）熱軋機(jī)卷取機(jī)水平精度控制。熱軋機(jī)卷取機(jī)包括左卷取和右卷取，卷取機(jī)與軋輥之間有左右夾送偏導(dǎo)輥系，以熱軋機(jī)工作輥系為設(shè)備精度檢測(cè)基準(zhǔn)，對(duì)左右卷取機(jī)和左右夾送輥的水平度、平行度進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整，將熱軋機(jī)左右卷取機(jī)和左右夾送偏導(dǎo)輥的水平與平行精度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，并將左右卷軸圓跳度檢測(cè)調(diào)整控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

3.2 設(shè)備控制精度問題造成熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層的控制方法

（1）推床對(duì)中精度控制。設(shè)計(jì)應(yīng)用熱軋鋁板帶軋制過程寬展工藝模型，通過寬展模型準(zhǔn)確計(jì)算出熱軋鋁板帶各道次的寬度，并將鋁板帶寬度設(shè)定為推床夾持開口寬度，確保熱軋推床夾持寬度與鋁板帶實(shí)際寬度一致。再將鋁板錠放置于推床之中，通過調(diào)整推床兩側(cè)液壓位置控制系統(tǒng)，將推床兩側(cè)位置偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，使鋁板錠推送夾持在軋機(jī)中心線位置，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（2）熱軋機(jī)輥縫精度控制。對(duì)熱軋機(jī)液壓輥縫控制系統(tǒng)中位置閉環(huán)控制和軋制力閉環(huán)控制進(jìn)行階躍響應(yīng)測(cè)試，檢測(cè)調(diào)整兩側(cè)液壓油缸、壓力傳動(dòng)器、位置傳感器、伺服閥、控制系統(tǒng)的檢測(cè)控制精度偏差，對(duì)存在問題的檢測(cè)控制元件進(jìn)行更換，對(duì)控制響應(yīng)PI 增益進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，確保軋機(jī)兩側(cè)液壓輥縫控制的同步性和一致性。將熱軋機(jī)液壓輥縫兩側(cè)位置偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（3）熱軋機(jī)鋁板帶凸度精度控制：在鋁板帶熱軋機(jī)出口側(cè)增加高精度厚度檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)出鋁板帶軋制過程中兩側(cè)和中間的三點(diǎn)厚度，自動(dòng)檢測(cè)計(jì)算出鋁板帶凸度和傾斜數(shù)據(jù)。并在熱軋機(jī)中增加凸度控制系統(tǒng)，根據(jù)鋁板帶軋制過程中的凸度和傾斜的檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反饋控制熱軋機(jī)工作輥彎輥控制、工作輥傾斜控制和冷卻潤(rùn)滑噴淋控制，使熱軋機(jī)鋁板帶凸度和傾斜自動(dòng)控制在工藝目標(biāo)范圍內(nèi)。有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（4）熱軋機(jī)鋁板帶橫向溫度誤差控制。在鋁板帶熱軋機(jī)出口側(cè)增加高精度溫度檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)出鋁板帶軋制過程中兩側(cè)和中間的橫向三點(diǎn)溫度。并在軋機(jī)出口側(cè)增加獨(dú)立的冷卻噴射控制系統(tǒng)，根據(jù)鋁板帶橫向溫度的檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反饋控制調(diào)整冷卻噴射控制系統(tǒng)的流量和區(qū)段。將鋁板帶傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)溫度偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

3.3 工藝過程控制問題造成熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層的控制方法

（1）工作輥粗糙度和輥形控制。經(jīng)過工藝實(shí)驗(yàn)論證，工作輥粗糙度低易造成鋁板帶軋制過程打滑，工作輥輥形不對(duì)稱易造成鋁板帶軋制過程中橫向竄動(dòng)。根據(jù)熱軋機(jī)軋制理論模型和軋制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定了工作輥粗糙度和輥形控制標(biāo)準(zhǔn)，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（2）乳液冷卻潤(rùn)滑流量和性能控制。在熱軋機(jī)乳液冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中加裝了流量檢測(cè)控制系統(tǒng)和壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋控制乳液冷卻潤(rùn)滑流量和壓力，確保乳液冷卻潤(rùn)滑流量和壓力的設(shè)定值和實(shí)際值偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。同時(shí)根據(jù)工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定了熱軋機(jī)乳液冷卻潤(rùn)滑的性能參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)乳液潤(rùn)滑技術(shù)指標(biāo),并加入軋機(jī)前后滑計(jì)算功能控制程序,實(shí)時(shí)驗(yàn)證乳液潤(rùn)滑指標(biāo)的穩(wěn)定性,有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（3）熱軋機(jī)軋制線高度控制。熱軋機(jī)軋制基準(zhǔn)線高度是鋁板帶軋制的關(guān)鍵控制點(diǎn)，為有效彌補(bǔ)軋輥直徑變化對(duì)軋制線高度的影響，在熱軋機(jī)中加入了軋制線自動(dòng)調(diào)整控制程序，將軋輥直徑數(shù)據(jù)輸入控制系統(tǒng)中，軋機(jī)在壓靠時(shí)自動(dòng)將軋制線高度進(jìn)行精確調(diào)整。有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（4）鋁板錠坯料均勻性控制。將鋁板錠坯料進(jìn)行切樣檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整控制鋁板錠鑄造工藝，確保鋁板錠坯料晶體均勻性，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

（5）軋制工藝控制參數(shù)問題。針對(duì)熱軋機(jī)鋁板帶軋制速度、張力、壓下率、彎輥力等關(guān)鍵工藝控制參數(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用了鋁箔熱軋機(jī)工藝過程控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)學(xué)模型和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)軋制程序表和軋制參數(shù)設(shè)定值的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了熱軋機(jī)軋制工藝控制參數(shù)的自計(jì)算、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化工藝控制參數(shù)的設(shè)定精度來提升產(chǎn)品控制精度。有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度。

4 鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制總結(jié)

針對(duì)鋁板帶熱軋機(jī)軋制過程中鋁卷端面錯(cuò)層技術(shù)問題，進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究分析和實(shí)驗(yàn)論證，總結(jié)了影響熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層的12 個(gè)主要因素，并制定了12 項(xiàng)鋁卷端面錯(cuò)層的控制方法，有效提升了鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層控制精度，將鋁板帶熱軋機(jī)鋁卷端面錯(cuò)層量從12mm 控制在3mm 以內(nèi)，并在解決鋁卷端面錯(cuò)層的過程中，開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用了大數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)，有效提升了熱軋機(jī)自動(dòng)控制能力和過程控制精度，進(jìn)一步提升了熱軋機(jī)鋁板帶質(zhì)量和性能，為電子鋁箔高質(zhì)量高效益發(fā)展提供了設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)。