CVC六辊冷轧机板形控制手段的研究

2013-06-01闫学良刘延斌

机电工程技术 2013年9期

关键词：冷轧机辊缝凸度

闫学良，刘延斌

（南山集团轻合金冷轧厂，山东龙口 265706）

1 板形控制手段介绍

带材板形主要决定于辊缝，因此，通过调整辊缝可以纠正任何形式的板形偏差从而获得需要的板形。利用有关辊缝执行机构影响板材平整度的知识来减少板形误差。

在6 辊轧机中，是通过机械执行机构影响带材的平整度。在机械作用之后余下的平整度误差可通过热力学执行机构消除。

机械执行机构可分为：（1）工作辊弯辊：处理对称的板形误差，没有弯辊，带材中心将更长，有弯辊，带材各部分压下率均匀，能够纠正对称边浪；（2）中间辊弯辊：处理对称的板形误差没有弯辊，带材中心将更长，中间辊弯辊能校正带材的中间浪，另外同工作辊弯辊一起校正四分之一浪；（3）中间辊CVC 窜动，应用于6 辊轧机的中间辊，通常用作支撑工作辊弯辊，当支持的弯辊执行机构位置超出设定极限时，将会给支持环路（CVC 窜动）一个控制误差，为CVC 窜动系统生成一个模拟输出信号，支持动作的速度取决于轧制速度；（4）倾辊：主要处理不对称的板形误差，没有倾辊，一侧边缘将更长，根据这项功能，倾辊能够校正带材不对称的边浪和上弯拱形。

热力学板形控制是通过向辊上喷淋冷却液来改变工作辊不同位置（点）的外形，使工作辊辊身发生热膨胀或收缩的板形控制。为了获取平整度热力学控制的有效性，一定要保证冷却液和工作辊有一定的温度差。热力学手段有：（1）基本冷却：其主要用于辊缝的冷却润滑；（2）局部分区冷却：根据板形系统的需要来控制开启冷却喷嘴的个数，来纠正局部板形缺陷；（3）热边部喷射：热油喷射位置可根据带材的宽度自动调整，主要用于解决因轧辊边部温降而导致带材边部板形缺陷的问题。

2 板形控制过程

首先输入来料参数如宽度、厚度、合金、状态等，轧机自动计算出加工道次，并确定每道次CVC 辊的窜动位置、工作辊、中间辊弯辊力、轧制力、轧制油等效喷射宽度和投入喷射百分比等数据；其次进入轧制阶段，通过现场板形辊系统实时获得带材的平整度，经分析处理成平整度曲线，再经数学模型分类为一次、二次、四次方程缺陷，分别传送到相应板形控制执行机构，倾辊、工作辊和中间辊弯辊力、CVC 窜动进行动态调整，通过改变辊缝轮廓凸度，使各自的实时值能够稳定在系统设定值范围内，解决了一次、二次、四次缺陷，剩余小的、复杂的、非对称的缺陷由轧制油喷射系统解决，这样总体上既提高轧机板形的控制能力又避免了因使用大弯辊力而带来的负面影响[1]。

3 板形液压三种控制手段的特性[2]

对于工作辊弯辊，R2（二次凸度）与R4（四次凸度）均为正值，随W（带材宽度）增大，二者均呈加速增大的趋势，如图1（注：由于R4值较小，在图1～图3 中将其放大10 倍，以便于比较）。

图1 工作辊弯辊控制特性

对于中间辊弯辊，随W 增大，R2保持正值且呈减速增大的趋势，R4在W 较小时为正值，随着W 的增大转为负值。因此存在一个临界W 值，在此点上中间辊弯辊力的变化只会带来R2的变化，而不影响有载辊缝的R4，如图2。

对于CVC 窜辊，R2均为正值，R4均为负值，随W 增大，R2呈匀速增大的趋势，R4的绝对值呈加速增大的趋势，如图3；因此三种控制手段具有一个共同的特性，即随W 增大R4的变化在总的控制效果中所占比重加大。

4 宽、窄料的控制手段

图2 中问辊弯辊控制特性

图3 CVC窜辊控制特性

在带材轧制过程中，往往为了控制好板形，工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊CVC窜动都会尽力去校正板形，结果相互影响，反而达不到应有的效果；又因为随带材宽度增大四次凸度变化在总的控制效果中所占比重加大，所以确定宽度的一个临界值，给不同的执行机构以不同的优先级，针对宽、窄料制定不同的控制手段[3]。下面定义带材宽度小于某一临界值为窄料，反之为宽料，例如南山1 号CVC 六辊冷轧机，生产的带材宽度范围为950～2 100 mm，小于1 660 mm 为窄料，大于1 660 mm为宽料。

（1）窄料方案

将工作辊弯辊只用来实现纠正板形二次抛物线缺陷，中间辊弯辊和CVC 窜动协助工作辊弯辊；如果工作辊弯辊值超过某设定范围，工作辊弯辊将发出控制输出信号告诉中间辊弯辊和CVC窜动开始以某一特定速度动作，来调整板形。中间辊弯辊和CVC窜动的动作与否由工作辊弯辊值来直接控制。

窄料控制如图4 所示，若工作辊弯辊纠正二次缺陷的值超过40%，中间辊弯辊和CVC 窜动将开始动作，增大凸度，直到板形系统检测到足够大的凸度，工作辊弯辊值才开始下降，当下降到低于38%时，中间辊弯辊和CVC 窜动停止动作。定义WB：工作辊弯辊；IB：中间辊弯辊；SS：CVC窜动。

图4 窄料控制

（2）宽料方案

工作辊弯辊来实现纠正板形四次曲线缺陷即中浪和双侧边浪[4]，中间辊弯辊和CVC 窜动用来实现纠正板形二次抛物线缺陷即四分浪和边中浪，如果中间辊弯辊值超过某设定范围，中间辊弯辊将发出控制信号告诉CVC窜动开始以某一特定速度动作，来调整板形。CVC 窜动的动作与否由中间辊弯辊值来直接控制。

宽料控制如图5 所示，若中间辊弯辊纠正二次缺陷的值超过60%，CVC 窜动将开始动作，增大凸度，直到板形系统检测到足够大的凸度，中间辊弯辊值才开始下降，当下降到低于58%时，CVC窜动停止动作。

5 结束语

轧铝设备运行中的板形控制是一个极其复杂的系统工程，冷轧铝带材板形除了受各工序的影响外，还与带材的宽度有一定的关系。在现有的CVC 6 辊冷轧机运行中，以液压AGC、弯辊、热力学装置[5]等工艺方法改善板形控制是必要的，其中液压AGC三种控制手段通过宽、窄料控制策略的设置在现场铝带材轧制过程确实很好的起到了改善板形的作用。