铝箔产品厚度控制分析

郭万花

（新疆众和股份有限公司 乌鲁木齐 830013）

1 铝箔生产过程中的厚度控制原理

铝箔的生产过程中有很多因素会引起产品的厚度出现偏差，包括：

上道工序造成的厚度偏差影响，机械、液压方面的机架弹性、轧辊偏心、辊系热膨胀和磨损、轧辊轴承间隙影响，电气控制方面的模型精度、计算误差、响应时间、采样时间影响，以及生产工艺方面的压下量、变形率、加工硬化、轧制速度和张力的变化、冷却等的影响。

上述各种影响因素的最后结果是使轧制过程中的轧制力发生变化，而轧制力的变化引起机座弹性变形量的变化。机座弹性量的变化直接影响轧辊辊缝值，使轧件厚度发生变化。在轧制过程中，如果能及时调整辊缝，使辊缝调整量能够部分或全部抵消由轧制力变化引起的机座弹性变形量，就能减小甚至完全消除轧件的厚度偏差。

现代化的铝轧机都配置有厚度自动控制系统，其原理是通过液压压上系统来控制轧机机座的当量刚度来实现对于辊缝的控制，并最终实现对于轧件厚度的控制。现代化轧机的自动厚度控制系统（即AGC系统）一般分为三个系统：

⑴测厚仪部分，检测轧件的实际厚度。在生产现场，操作人员是根据测厚仪显示的实测曲线是否在偏差控制范围以内来判断厚度控制异常与否见图1。

图1

⑵厚度比较和调节部分，主要是将检测的轧件实际厚度与设定厚度比较，得出厚度偏差值，输出辊缝调节量信号。

⑶辊缝调整部分，主要根据辊缝调节量信号，通过液压缸对辊缝进行相应的调整，以消除或减少轧件的纵向厚度偏差。

一般很容易将厚度偏差异常产生的原因与厚度自动控制系统本身相联系，实际上，厚度控制系统工作的有效性除了与其本身有关，还取决于轧机各系统包括坯料的厚度质量，如果前述导致厚度偏差的因素的影响程度超出了厚度控制系统要求的范围，就会出现厚度偏差超出要求的现象。

以下笔者通过对所在企业铝箔生产过程中出现的一些有典型意义的厚度波动异常现象进行介绍、分析，供业界同仁参考。

2 坯料厚度异常的影响

我公司曾经发生过在冷轧和箔轧过程中每一个料卷都会有一点的厚度波动大大超过控制范围要求的异常现象，每卷的厚度波动点在相同道次的位置近似，处于头或尾部见图2。

在对冷、箔轧机进行排查未果的情况下，我们将排查重点转向热轧卷来料。由于我公司热轧机没有配置测厚仪设备，无法直观判断热轧过程中厚度的波动情况，因此采取了对热轧卷切片测量厚度变化情况及观察热轧过程中轧制力能参数变化的检查办法。检查发现：热轧卷对应到冷、箔轧出现厚度波动时的相同位置确实有厚度异常的现象；热轧过程中出现厚度异常时轧制力能参数也有异常的变化。据此，我们继续对热轧工序进行排查，最终发现，热轧机在进行最后一道次轧制时，当尾部即将离开距辊缝处约10m处的转向辊时，操作手会习惯性的进行降速来防止依靠转向辊建立的后张力失去后出现甩尾现象。而热轧机陡然降速会引发轧制力能参数的波动，并导致热轧卷出现厚度异常波动。经过计算，热轧卷上的降速点与冷箔轧过程中的厚度波动点位置基本一致。分析至此，我们对热轧操作手的操作方式进行了调整，将板片即将离开转向辊减速改为板片尾部即将进入辊缝时降速，此时即便出现厚度波动，也属于冷箔轧工序的头尾升降速段，不会影响到最终的成材率。

调整热轧操作方式，新生产的热轧卷进入冷箔轧工序后，固定点出现厚度波动异常的现象消失。这是一次典型的来料导致厚度波动异常的情况。

图2

3 轧机液压系统异常的影响

我公司冷轧机生产过程中出现过厚度无规律波动并超出偏差范围的现象。从测厚仪显示曲线看，没有明显的位置规律。我们使用了在异常出现前生产的热轧卷进行冷轧，异常仍然出现，以此排除了来料的影响。在排查过程中，技术人员对轧机的AGC系统、测厚仪、传动控制、机械部分等进行了全面的检查，并采取了更换部分控制元件的排除法来查找异常原因，先后更换了测厚仪射线源，AGC系统的相关控制电路板，压上油缸的控制伺服阀，但始终未能消除异常现象。

一次偶然的因素，技术人员发现轧机传动液压系统的变量柱塞泵上的流量指示盘显示异常：在轧机处于停机状态，无任何液压执行元件动作的情况下，变量柱塞泵仍为满流量输出（图3）。

图3 63PCY14-1B油泵外形图

检查发现，液压传动泵站安全球阀上的一个常闭油口处于常开状态，导致系统流量大量内泄，这意味着液压系统存在大的内泄漏点，油泵泵出的液压油直接流回了油箱（图4）。

图4 系统图

轧机的液压系统一般分两个部分。液压压上系统向压上油缸、弯辊油缸提供动力，属于伺服控制系统，是轧机实现自动厚度控制和操作手调节板型的重要手段。其它为液压传动系统，主要向轧机各作业点的液压执行原件提供液压动力，如卷筒涨缩、上卸卷小车的移动及升降，等等。我公司冷轧机机前装置上的展平辊升降及上支撑辊的平衡油缸均由液压传动系统提供液压动力。机前装置的展平辊在轧制过程中处于压紧带材的位置，以使带材后张力在整个带材宽度上分布更加均匀，根据压延理论，后张力对压延过程中的厚度变化的影响非常大。上支撑辊平衡油缸的作用是将上支撑辊紧紧顶住，保持压延过程中的辊缝稳定（图5）。

图5

当液压传动系统出现大的内泄漏后，机前展平辊的压下油缸及上支撑辊平衡油缸动力不足，造成后张力和辊缝出现波动，最终造成产品的厚度整体波动超差。在将安全球阀关闭后，轧制过程完全恢复了正常。

4 轧辊轴承精度下降的影响

轧辊是轧机重要的核心部件，对于其制造精度有很高的要求。尤其是支承辊轴承，要承载巨大的轧制压力，同时还要为高精度轧制要求所需的恒辊缝提供精度基准，为轧辊磨削提供精度基准。我公司冷轧机支承辊四列短圆柱滚子轴承的轴承内圈为轧辊磨削的精度基准，圆度和圆柱度要求均在5微米以内。

我公司曾发生过生产过程中厚度整体波动偏大的异常，经过多方排查未果情况下，更换支承辊后，异常消失。对更换下来的支承辊进行检测，轴承内圈的精度严重超差（图6）。

图6

5 结语

铝板带箔轧机的厚度控制是轧机生产过程中的最重要的控制内容之一，也属于较为复杂的控制技术，涉及方方面面的因素。综合以上介绍和分析，除了要保证设备的制造、安装精度及选用高水平的厚度控制系统（AGC）、测厚仪外，加强日程管理，保证设备的完好及来料的质量，对于保证厚度控制的一致性和稳定性，有着至关重要的意义。