银海3300+2850 mm(1+4)铝板带热连轧轧制技术

胡 毅 罗 涛 张顺宁

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

2003年1月，河南明泰铝业的(1+4)热连轧生产线正式投产。虽然这条生产线与国际先进水平相比还存在一定的差距，但它毕竟是国内第一条国产化的(1+4)热连轧生产线。2005年7月，西南铝业(集团)有限责任公司引进的第一条具有国际先进水平的(1+4)式2000 mm热连轧生产线投产。这标志着自2000年以来，国内铝板带热连轧装备投资建设的热潮已拉开序幕。

据统计资料显示，2014年中国铝板带产量达到967万t，比上年增长10.5%，近10年产量年均增速为20.8%。近年来，中国铝轧制工业尤其是高精铝板带轧制业已成为中国铝加工行业新的发展热点。2014年消费量达到814万t，同比增长10%，2004～2014年均增长率达到16.18%。2014年铝板带出口量达到173.84万t，净出口量139.11万t，净出口量占产量的14.39%，2004～2014年出口量年均增长37.49%[1]。

截止2014年底，已有(1+5)式热连轧生产线1条，(1+4)式热连轧生产线十几条。

目前我国已建成的(1+4)铝板带热连轧生产线见表1[2]。

1 生产线简介

1.1 简介

银海3300+2850 mm(1+4)铝板带热连轧生产线是银海铝业股份有限公司于2011年与二重(德阳)重型装备有限公司签订工程总承包合同，由二重负责热连轧生产线机械、液压、电气设备的设计、制造和安装。热连轧生产线主要用于铝及铝合金铸锭的轧制，生产中厚板、板材、热轧卷及为冷轧板带材和箔材生产坯料。

1.2 生产线设备

全线主要设备包括：铸锭上料系统、立辊轧机、热粗轧机、重型剪切机、F1-F4精轧机、圆盘剪、卷取机等。生产线可将来料厚度630 mm(铣面后)、宽度为1000～2160 mm的铝锭轧制成厚度为2～10 mm、宽度为1000～2750 mm的铝卷，铝锭的最大重量可达27 t，设计年产量35万t。

2 生产工艺流程及特点

银海3300+2850 mm(1+4)铝板带热连轧生产线的生产工艺流程与其它(1+4)铝板带热连轧生产线类似，主要特点如下：

(1)热粗轧机前设置了旋转工作辊道，可实现板坯或铸锭的旋转功能，从而实现最大宽度可达3300 mm的板材轧制。

(2)采用了大开口度的立辊轧机，主传动型式为卧式电机下传动结构，且使用了两台主电机单独驱动，传动侧和操作侧各一台。

(3)设置了中厚板卸料装置，配合热粗轧机和重剪，可生产最大厚度120 mm的中厚板材。

表1 中国的(1+4)铝板带热连轧生产线Table 1 The (1+4) aluminium strip hot continuous mill line in China

(4)采用双架双带结构的助卷器与大规格的卷取机配合，可实现最大宽度达2750 mm的热轧卷材的生产。

3 热轧线主要设备技术参数及特点

3.1 机械设备

3.1.1 立辊轧机

立辊轧机主要用于板坯的滚边和宽度控制。其型式为下卧式传动，位于粗轧机入口侧，主要技术参数：

轧制速度：0～100～200 m/min

最大轧制力：6000 kN

开口度：950～3300 mm

主电机功率：AC 2×700 kW

设备技术特点：

(1)立辊轧机按工艺要求具有大开口度，在主传动结构的设计上，采用单侧传动难以满足设计要求，因此，采用两台主电机单独驱动的结构，即传动侧和操作侧各一台主电机驱动两侧的立辊，两侧轧辊采用电气进行同步。

(2)立辊轧机轧辊传动端采用花键轴定位，易于快速换辊。

3.1.2 热粗轧机

热粗轧机位于立辊轧机之后，用于对板坯进行往复轧制至工艺要求厚度。其主要技术参数：

最大开口度：700 mm

轧制压力：45 MN

工作辊辊径：1050 mm/980 mm×3300 mm

支撑辊辊径：1600 mm/1500 mm×3300 mm

轧制速度：0～100～200 m/min

主电机功率：AC 2×5000 kW

设备技术特点：

(1)热粗轧机主传动机采用了两台大功率的交流电机，通过万向接轴直接传动上下工作辊，轧制力大，过载能力强，可实现最大宽度达3300 mm的板材轧制。

(2)采用伺服阀控制的AGC系统，具有惯性小、响应快的特点，可以实现板材厚度公差的有效控制。

(3)采用正负弯辊控制系统和分段冷却系统，提高了板材的凸度和板形控制精度。

3.1.3 重型剪

重型剪位于热粗轧机之后，用于轧制过程中去除板坯头尾张嘴的部分。其主要技术参数：

最大剪切力：约9 MN

最大剪切宽度：3100 mm

最大剪切厚度：150 mm

最大料头剪切长度：600 mm

剪刃斜度：约3.5°

设备技术特点：

(1)重型剪为液压上切式斜刃剪。采用由液压缸驱动的连杆机构，用于将安装在上刀座上的上剪刃，移送至剪切位置。

(2)采用由两个柱塞缸和一个活塞缸组成的组合结构，为安装在下刀座上的下剪刃提供剪切力。剪切薄板时，活塞缸单独动作，驱动下刀座完成剪切，剪切厚板时，活塞缸和柱塞缸同时动作，驱动下刀座完成剪切。

3.1.4 F1-F4精轧机

F1-F4精轧机用于将热粗轧机轧制完成后的中间坯料轧制成成品带材。其主要技术参数：

最大开口度：60 mm

最大轧制速度：450 m/min(F4)

最大轧制压力：40 MN

工作辊辊径：750 mm/700 mm×2950 mm

支撑辊辊径：1600 mm/1500 mm×2850 mm

主电机功率：AC 5 MW

设备技术特点：

(1)精轧机组由四台全液压压下(AGC)四辊不可逆轧机F1-F4组成。

(2)采用惯性小、响应快的液压APC和AGC系统，可以实现铝带纵向厚度公差的有效控制。

(3)采用正负弯辊控制系统，提高了板材的凸度控制精度。

(4)采用轧辊分段冷却系统，通过对轧辊局部冷却的控制，可实现高次板形的控制。

(5)设置了带材乳液和空气吹扫，用于去除带材表面乳化液。

(6)F1-F4主传动采用中压变频同步电机，具有与直流电机相同的调速性能，且效率高，过载能力强。

3.1.5 圆盘剪和碎边剪

圆盘剪和碎边剪位于精轧机F4出口侧。圆盘剪用于切边，使带材的宽度达到所需要的成品宽度；碎边剪把切下的废边切成均匀的碎片便于回收处理。其主要技术参数：

开口度：900～2950 mm

剪切带材规格(厚度)：2～10 mm

最大单侧切边宽度：100 mm

刀盘直径：610 mm

主传动电机功率：AC 150 kW

设备技术特点：

(1)结构紧凑；圆盘剪与碎边剪共用底座，宽度调整时可实现同步动作。

(2)采用联合减速机，传动结构布置有序、合理；圆盘剪和碎边剪均单独传动且衔接紧密。

(3)剪刃间隙调整装置设计结构简单、有效，易于调整。

3.1.6 卷取机

卷取机位于圆盘剪之后，用于带材产品卷取，在正常轧制时与F4精轧机之间形成张力，在甩尾时与张力辊之间形成张力。其主要技术参数：

卷筒直径：580 mm/610 mm

卷取机最大张力：350 kN

胀缩方式：液压缸

卷筒电机功率：AC 2 MW

设备技术特点：

(1)卷取机卷筒宽度大，卷取张力大，最大张力可达350 kN。

(2)卷取机卷取张力控制方式灵活，采用了直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制等多种方式，保证了卷材塔形控制要求。

3.2 液压设备

(1)液压系统采用循环过滤、回油过滤、先导控制油过滤以及针对高压系统的泵出口过滤等多级过滤，确保了系统工作介质的清洁度。

(2)AGC系统采用双伺服阀控制，可满足不同工况下AGC液压缸的高速响应要求，通过电气控制系统实现动态调整，确保了产品质量和精度。

(3)设置了乳化液系统，乳化液系统主泵选用变频电机，可实现无级调节输出流量，配合流量计的使用，保证了各种轧制工况下乳化液的精确调节功能，可满足多种产品的轧制工艺要求。

3.3 电气设备

3.3.1 传动系统

热粗轧机和F1-F4精轧机采用交流同步电动机，由全数字交直交中压变频装置驱动。具有与直流电机相同的调速性能，且具有效率高，过载能力强、维护检修容易等特点。

3.3.2 L0～L3级自动化系统

L0～L3级自动化系统涵盖了从传动控制(L0级)、基础自动化(L1级)、过程控制(L2级)到生产管理(L3级)的整个生产流程，包括实际动作、实际数值传送、逻辑控制、设备控制、过程控制、物流跟踪、生产调度、生产监督、库存管理等诸多生产流程控制所必须的控制功能，实现了整个热连轧生产线的自动控制、管理和优化，为高精度铝板带轧制产品的生产提供了重要的技术保障。

本系统根据银海铝业(1+4)热连轧生产线实际工艺要求，结合目前国内外热连轧计算机控制系统应用状况进行设计。设计过程中充分考虑了热连轧生产工艺特点以及计算机控制系统硬件软件的发展趋势，以保证整个控制系统的完整性、先进性、可靠性和合理性，保证该生产线的产品质量，提高市场竞争力。通过硬件系统的自主集成和调试，搭建了稳定、可靠的多级计算机控制系统。该自动化系统的电气控制实现了达到或高于已有同类生产线的水平。

4 装备技术特点

热连轧生产线的装备技术特点：

(1)热粗轧机和F1-F4精轧机采用由全数字变频装置驱动的交流同步电动机，轧机轧制力大，能力强；采用惯性小、响应快的液压APC和AGC系统，可以实现铝带纵向厚度公差的有效控制。

(2)热连轧生产线的规模大，产品精度高，可满足进行高精度铝板带材生产的工艺要求。产品幅宽最大可达2750 mm，是目前国内自主设计、制造幅宽最宽的一条热连轧生产线。

(3)板形控制水平提高，保证了生产高精度铝板带材的板面质量。在轧机上使用变接触的支撑辊技术(VCR)，以支撑辊作载体，在支撑辊辊身上磨削特殊的辊形曲线，以改善支撑辊与工作辊之间的接触状态。同时，根据粗轧和精轧各道次或各机架初始辊形、粗轧精轧设定计算结果、轧辊磨损及热胀计算等结果，设定计算各道次或各机架工作辊的弯辊力大小和分段冷却初始喷射模式。带材凸度控制范围增大，提高了热轧板的板形质量[3]。

(4)热连轧生产线控制手段先进。从板形控制技术来看，银海铝业股份公司采用了变接触的支撑辊专利技术(VCR)，其技术水平可以媲美日本和欧洲企业；从带材厚度控制来看，生产线热粗轧机和F1-F4精轧机均配置了AGC系统和配套的板形检测装置，可实现对带材厚度的高精度控制。其产品检测数据也证实了该系统的有效性和可靠性。

5 结论

铝板带热连轧生产线不仅可提供成品铝板带材，还可为深加工产品，如罐料、PS板基、铝箔等的原料(坯料)提供后续工序。热轧产品的质量会直接影响到产品的深加工，缺陷较多的热轧产品不适合作为其原料；同时，铝带产品对尺寸精度和表面质量也有很高要求，相应地对铝板带热连轧生产线设备的技术装备水平也提出了很高要求。

银海铝业的3300+2850 mm(1+4)铝板带热连轧生产线，是一套采用先进轧制技术，具有完全自主知识产权的宽幅铝板带热连轧成套装备，它的研制和投产既为用户节省了大量投资，也提升了国产铝轧制工艺装备的技术水平，为我国铝板带轧制产品质量的提高提供了重要的技术保障。