1 725 mm四辊可逆热轧镁合金板材机组

李雷生，张秋实，刘 俊

(北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141)

0 前言

营口银河镁铝合金有限公司是我国目前生产镁合金板材的主要基地之一，为开发出高性能、高宽幅镁合金板材新产品，营口银河委托北方重工所设计、研制的新型1 725 mm四辊可逆热轧镁合金板材机组，已于2011年10月进行热负荷试车并投入生产运行。

该轧机是一套电动APC和液压AGC组成的四辊可逆热轧机，本套设备成功地实现了在轧辊自动预压靠后，可按预设定的轧制工艺表进行自动轧制。轧机本身综合了电动APC和液压AGC各自的特点和优势，实现了大压下量快速给定、辊缝精确调整和轧制过程的辊缝控制。控制操作系统先进、可靠，高精度的传感器检测设备的投入，为轧制过程的稳定性及高精度控制提供了有力保证。产品带厚在6 mm左右的板厚公差能控制在≤0.05 mm，满足了产品要求。

目前该热轧机组是国内首台套高性能宽幅的镁合金板材轧制成套设备，为高性能、高规格、高宽幅的镁板轧制工艺，提供了有力的科学实验数据。

1 机组主要工艺参数

机组主要工艺参数见表1。

表1 轧机工艺参数Tab.1 Process parameters of rolling unit

2 设备组成及其功能

2.1 机械设备

该热轧机组是由板坯加热炉(1组)、受料辊道(1组)、运输辊道(5组)、热风加热炉(2套)、感应加热炉(2套)、机前工作辊道(1组)、机前导尺(1套)、机架辊道(1套)、1725四辊热轧机(1套)、机后导尺(1组)、机后工作辊道(1组)、旋转台(1组)、切头剪(1套)等设备组成。辅助系统有:液压站系统(高低压2组)、主电机冷却水循环系统(1套)、净环水池系统等组成(见图1)。

机前/后5 m热风加热炉主要功能是对在轧或者备轧的镁合金板坯起到温度保护的作用;机前/后中频炉的功能是对在轧镁合金板材的失温起到一定的快速补偿;机前/后对中辊道在液压缸带动的同步齿条作用下为在轧镁合金板材导向、纠偏对中;旋转台主要是向轧机炉前、切头剪前运送板坯，将经过宽展轧制后的板坯旋转90度，进行延伸轧制;液压切分剪是用于将5～50 mm厚的镁板在热状态下切头、切尾及取样。

图1 1 725 mm四辊可逆镁板热轧机组Fig.1 1 725 mm four-roll reversible hot rolling unit for magnesium alloy plate

镁合金板坯在符合工艺要求的轧制温度下的变形加工主要靠四辊可逆轧机进行多道次的轧制而成。该四辊可逆热轧机(见图2)是由两台主电机经主联轴节、重型十字头万向接轴直接驱动工作辊。该轧机主要由机架装置、工作辊装置、支撑辊装置、电动同步压下装置、液压AGC推上装置、主传动装置、快速换辊装置等组成。

机架装置是由两块牌坊与上下梁形成的封闭性框架，保证轧辊在机架内安全、高效的运转。

工作辊装置由设在机架内平衡块上的八个液压缸来实现其平衡系统的功能，平衡和弯辊压力最大为25 MPa，工作辊的轴向固定通过设在机架操作侧上的轴端卡板(液压缸驱动)来实现。

支承辊装置由支承辊、轴承座及滑板、四列短圆柱滚子轴承和双列圆锥滚子轴承组成，在下支承辊的下部设有走轮，上支承辊轴承座由平衡装置的横梁挑起，使上支承辊轴承座与压下螺丝、压下球面垫紧靠在一起无间隙，压下螺丝上、下调整时上支承辊轴承座随平衡装置的横梁一起沿机架窗口内侧滑板上、下随动。

语音系统主要由功放、号角和麦克风组成，实现人机对话，称重过程中具有引导作用，具体语音为：“请刷卡”→“刷卡成功，请上秤”→“请停到秤台中间”→“称重完毕，车号为某某，重量多少”→“称重完毕，请离开。”

压下装置由两台ZZJ816直流电动机分别驱动两台组合式斜齿蜗轮蜗杆减速机带动压下螺丝上、下移动，用以按照压下规程调整轧辊辊缝开口度，可在一定程序控制下对不同规格的板材进行辊缝设定，装在蜗杆一端的行程控制器用来控制压下螺丝的极限行程。在压下减速机轴头上装有光电编码盘，操作侧装有一个磁尺进行辊缝测量和调整，实现轧机开口度数字显示，并为PLC程序提供数据以实现位置闭环控制，压下电机依靠机械同步。

液压AGC推上缸由液压缸、位置传感器、压力传感器及控制伺服阀组管路等组成，位于机架下表面和下支承辊轴承座之间，该装置是在线厚度控制装置，具有液压压下APC功能，保证高精度、高质量轧制，有效地控制板厚公差(主要调倾斜，控制板型)。

图2 1 725 mm四辊可逆热轧机Fig.2 1 725 mm four-roll reversible hot rolling mill

主传动装置将主电机能量传递给两个轧机工作辊实现正常轧制，最大传动力矩1 720 kN·m，每根接轴传递的最大扭矩1 671 kN·m。该装置由三个法兰及一根中间轴、十字轴型万向联轴器及平衡装置组成，通过热装将两个法兰紧装在两台电机轴上，用紧配合的摩擦力矩传递扭矩，在法兰处设置两个渐近开关，用于轧机换辊时的准确定位扁长孔在铅垂方向停车控制。十字轴型万向联轴器由扁孔头部、十字轴及轴承座、法兰长轴等组成，采用特殊优质合金钢制成。十字轴铰链采用径向尺寸极小的滚针轴承体经过精心筛选装配而成，十字轴轴承座采用高强度螺栓经加热预紧以保证良好的工作状态，扁孔头的扁孔内设有耐磨衬板，衬板采用轴向止口定位。平衡部分又由上、下轴平衡，由接轴架平衡液压缸、摆杆、支承臂、轴承座等组成，上接轴平衡缸为活塞缸，缸体铰接在接轴架上，缸杆铰连在摆杆上、支承臂一端与摆杆相铰连，另一端与轴承座铰连形成一个连杆机构，下接轴平衡缸缸体铰连在接轴架上，缸杆顶在下接轴轴承座下面的圆弧形的推力轴承座上，缸杆头部为一圆柱形的支头。轴承座与平衡缸杆头靠重力紧密接触，且允许摆动自位。

快速换辊装置由工作辊换辊装置和支撑辊换辊装置组成，目的是实现辊系的快速更换。

2.2 液压设备

主要包括两个液压站系统(高压、低压两个系统均有三个柱塞泵，各自带一套循环水冷却系统)和一个液压润滑系统。

(1)低压系统包括:主轧机接轴平衡、机前及机后导尺、工作辊换辊、支承辊换辊、接轴抱紧与卡板装置、清辊器、旋转台和剪子等;

(2)高压系统包括:AGC缸系统、工作辊弯辊缸系统、支撑辊平衡缸系统。尤其是液压压下系统由液压泵站、控制阀台、蓄能器过滤装置及压下油缸装置，每个压下油缸装置上配有压力传感器、高精度位移传感器(MTS)、缸体配有集成阀块，集成阀块上安装有电液伺服阀，安全溢流阀等组件。

(3)液压润滑系统:主要对热轧机的两个主电机的两端轴承进行油膜润滑。

2.3 电气设备

该自动化控制系统包括AGC计算机控制系统、全数字直流传动控制系统、可编程逻辑控制系统和计算机操作显示系统。

电气控制系统具有完整的轧机控制和操作功能，主要有轧制工艺操作控制、轧机速度控制、液压系统控制、电动压下位置控制、液压辊缝自动控制等。控制系统对轧制和实验过程中的一些实时参数进行测量并整理存储归档，设有完善的操作及监控显示系统和故障诊断报警系统。操作室具备轧线设备监控、参数设定、轧件视频跟踪、故障诊断、参数趋势分析等多项功能，构成简洁、方便、友好的人机界面，为产品质量作业率的提高提供了安全可靠的保证。

(1)电气传动控制设备合分闸顺序:包含热轧主机上下辊电机(主机控制柜和主机励磁柜)、压下电机、辊道电机、泵站电机等的操作说明。

(2)AGC操作系统:包含主要技术参数和人机画面(见图3)的操作说明。

该图为此工程监控画面的主画面，平时我们观察的主要数据都在此画面中，包括轧机的轧制力、压力差、两侧的辊缝、道次显示、总道次设定、倾斜设定值显示的柱状图、上支撑辊的平衡压力设定。

3 轧制流程

工艺轧制流程(见图4、轧制流程图):加热炉送出热板坯，经受料辊道、热风加热炉、中频炉、工作辊道运送至热轧机进行轧制;经过几道展宽轧制后，由旋转台机构对板坯进行90°旋转，在每道次轧制时，均由推床进行对中，最终将板材轧制成合格热轧板。轧制到带尾，机组减速轧制，当带尾离开轧辊以后机组停止轧制。由机后液压剪对板材进行切尾。将带材送往精整车间进行精整，此时一个完整的轧程结束。

图3 1 725 mm四辊可逆热轧机HMI画面Fig.3 HMI display of 1 725 mm four-roll reversible hot mill

图4 轧制流程图Fig.4 Flow chart of rolling

4 主要工艺特点

1 725 mm四辊可逆镁板热轧机组所轧制的对象主要是镁合金，由于镁合金具有典型的密排六方晶体结构，对称性低，室温滑移系少，冷加工成型困难。220℃是其轧制的温度塑性变形能力的分界点，因此，目前大多数变形镁合金都是通过热加工的方法生产。其主要工艺特点:

(1)要保证开轧温度和终轧温度在规定的范围内。开轧温度主要是保证镁合金具有最大的塑性，有利于晶粒组织细化;终轧温度不能降到镁合金的脆性区。

(2)要有合理的轧制工艺。轧制时道次压下量的分配总体原则是由小变大，由大再变小，所得尺寸的精度和板形要考虑合金的性质和状态。每块轧制板坯至少要有两次轧制大变形，变形率在50%以上，大变形量可以获得更多的细化组织，通过组织结构和硬度变化达到理想的材料性能要求。

(3)热轧镁合金板材产品规格的厚度在5 mm以上的，最大宽幅在1 600 mm以上，这在国际上处于领先水平。

(4)轧制过程中轧辊的温度要控制在一定的范围内。温度过低，轧辊与镁合金板材接触致使板面降温过快，不利于板材的晶粒细化重组;温度过高，再加上变形镁合金的变形热较大，避免轧件温升过快、过烧导致塑性骤降。

(5)变形镁合金板材的成材率特别低，板坯本身的热容性很小，降温很快，变形量过大或者不合理时，容易出现裂边和表面裂纹。在轧制过程中的轧机前后及轧机本身都要有对镁合金板材的保温设备。

根据变形镁合金的轧制机理，必须有完善的轧制工艺与精湛的设备相结合，才能轧制出高精度、高性能的宽幅镁合金板材。

5 结束语

1 725 mm四辊可逆镁板热轧机组是北方重工集团所开发研制的轧制高性能宽幅镁合金板材的成套设备，该机组设备在设备设计、生产制造、自动化控制等方面都有很高的要求，属于新产品、新工艺相结合的典型代表产品，是国家十二五项目科技支撑计划资助项目(资助号:2010BAF09B01)，在国内属于第一套。该设备在运行过程中受到了用户很高的评价，为银河镁业带来了可观效益，所轧板材已成功出口美国、德国、法国等国家;所生产的蚀刻板在国内及国外也有一定的市场。经济效益和社会效益显著，市场前景广阔，相信进行该成套设备的系列开发和生产，以满足国家对高性能宽幅镁合金板材的需求，将是未来发展的必然趋势。

［1］徐河，刘静安，谢水生.镁合金制备与加工技术［M］.北京:冶金工业出版社，2007.

［2］L.R金兹伯格·马东清［译］.板带轧制工艺学［M］.北京:冶金工业出版社，2003.

［3］全跃主编 镁质材料生产与应用［M］.北京:冶金工业出版社，2008.