熱軋鋁板帶坯的凸度及其控制
摘要：為取得板帶箔高精度平直板形，僅僅強化熱精軋的凸度控制是不夠的，因為在隨后的冷軋機上的AFC系統(tǒng)要改變熱軋板形也是無能為力的，在熱粗軋機上的板凸度控制不能忽略。
關(guān)鍵詞：熱軋坯料；板形；板凸度；平直度
1 板凸度產(chǎn)生的原因及調(diào)整策略
板形已經(jīng)成為板帶箔材的重要質(zhì)量指標。當采用熱軋坯料軋制時，獲得良好平直的板帶箔材的關(guān)鍵在于控制好熱粗軋的板形(凸度)。因為板帶在軋制過程板坯的凸度具有明顯的遺傳性。經(jīng)過銑面的板坯，斷面是平直的。在熱粗軋過程，每一道次的絕對壓下量差不多相等，但軋制力是在變化的，這就使得輥型一直在變化，造成板帶凸度在不斷變化。由于板坯較厚，在軋制過程，除了縱向的明顯延伸，金屬的橫向流動也比較容易，所以盡管凸度變化較大，板形并沒有明顯缺陷。這就是所謂的“帶材平直度錐”或稱平直度調(diào)節(jié)的喇叭形原理，見圖1［1］。用公式表示為：
co-帶材入口凸度；ho-帶材入口厚度；
w-帶材寬度；寬／厚比數(shù)據(jù)對應低碳鋼
圖1 帶材平直度錐
c1，c2－分別為帶材入口和出口凸度；
h1、h2－分別為帶材入口和出口厚度
W－帶材寬度；
a、b－常數(shù)(對低碳鋼a=b=1.86)。
圖2 1100鋁合金2100mm寬，出口厚度5.5mm平直度死區(qū)的模擬計算結(jié)果
肖赫特和湯森開發(fā)的帶材平直度模型中，以及薩默斯的進一步研究中都指出，如果帶材相對凸度的變化在圖2中的影線區(qū)，則熱軋期間平直度良好。
圖2中的影線區(qū)稱平直度死區(qū)，平直度死區(qū)表示帶材板形不發(fā)生變化的出口帶材相對凸度變化的允許范圍。這個范圍隨寬厚比和軋材變形阻力的增加而減小。也代表了對平直度的調(diào)節(jié)范圍［1］。兩條虛線之間代表的是平直度執(zhí)行器的調(diào)節(jié)能力。從圖2中可以看到，當鋁板帶厚度在16mm～14mm左右，盡管凸度變化范圍較大，板帶并無明顯的平直度缺陷(當然也就很難檢測)，板帶厚度進一步減薄，盡管執(zhí)行器的調(diào)節(jié)能力增大，但可調(diào)節(jié)范圍縮小，調(diào)節(jié)效果自然也不明顯。圖2明確顯示出，在熱軋鋁板帶過程，必須在熱粗軋過程就要把板凸度調(diào)整好。
2 板凸度的控制策略
對于1100鋁合金，這個死區(qū)厚度范圍近似30mm～55mm(粗軋的最后3道次)。
圖3 七機架熱軋板帶斷面形狀和平直度控制策略
對于一個七機架熱軋機來說，斷面形狀和平直度控制策略如圖3所示，在F1、F2、F3進行凸度控制，在F4、F5、F6、F7進行平直度控制。典型較先進的熱軋平直度控制系統(tǒng)見圖4［2-3］
圖4 典型的較先進的熱軋平直度控制系統(tǒng)
為了取得合適的凸度和良好的板形，在F1、F2、F3上采用四輥軋機(HCw)工作輥可以軸向調(diào)節(jié)；而F4、F5、F6采用六輥軋機(HCMW)中間輥可以軸向調(diào)節(jié)。
在目前國內(nèi)的鋁加工的熱軋中，多數(shù)是“1+1”，或“1+3”，“1+4”配置，這樣，熱軋板坯的凸度控制就要在熱粗軋上下功夫。
在最新引進的熱軋機組中，熱粗軋上還是采用數(shù)學模型控制，控制手段也僅限于正彎輥。這對于為了取得高精度斷面的自動控制是不夠的。在日本的Furukawa鋁公司Fukui工廠的熱軋機列的配置見圖5［4］，在熱粗軋和熱連軋機上都裝有TP輥，裝有TP輥和不裝TP輥的熱軋板板凸度比較見圖6。
圖6 裝有TP輥和沒有裝TP輥的熱軋板凸度比較
實踐也證明，近期由國內(nèi)不帶板形自動控制熱軋機組提供的鋁箔坯料，在國內(nèi)外試用中，已表現(xiàn)出板形不理想。
因此，為取得板帶箔高精度平直板形。僅僅強化熱精軋的凸度控制是不夠的，在隨后的冷軋機上盡管裝備有最先進的板形控制系統(tǒng)，它的作用也只能維持熱軋板形不變壞。因此，在熱粗軋機上的板凸度控制不能忽略。
在裝有板形檢測和反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)的連軋機組上，連軋機架越多板形控制效果也越好。粗軋的控制效果只能取決粗軋數(shù)學模型的成熟和完善。而在粗軋機上增加必要的控制手段正是使數(shù)學模型成熟和完善的必要措施。這也是為什么在先進的粗軋機上，除了裝有正彎輥機構(gòu)以外又增設(shè)了的TP輥，強化了熱粗軋的控制手段。但是，由于仍然是用數(shù)學模型控制，只能用下一卷來改善上一卷，而不能適時反饋矯正。
3 結(jié)束語
為取得板帶箔高精度平直板形，僅僅強化熱精軋的凸度控制是不夠的，因為隨后的冷軋機上的AFC系統(tǒng)要改變熱軋板形無能為力，故在熱粗軋機上的板凸度控制不能忽略。
在串列式鋁板帶熱軋機上，板凸度的控制在熱粗軋階段就要采取必要的措施，如圖7。在熱粗軋的出口裝備熱粗軋板形儀，并在熱粗軋的最后三個道次(或更早)使熱粗軋板形儀投入運行，進行閉環(huán)自動控制，就會大大改善熱精軋人口的板形，從而，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步提高板帶產(chǎn)品的平直度精度。
圖7 理想的板凸度控制示意圖
關(guān)鍵詞：熱軋坯料；板形；板凸度；平直度
1 板凸度產(chǎn)生的原因及調(diào)整策略
板形已經(jīng)成為板帶箔材的重要質(zhì)量指標。當采用熱軋坯料軋制時，獲得良好平直的板帶箔材的關(guān)鍵在于控制好熱粗軋的板形(凸度)。因為板帶在軋制過程板坯的凸度具有明顯的遺傳性。經(jīng)過銑面的板坯，斷面是平直的。在熱粗軋過程，每一道次的絕對壓下量差不多相等，但軋制力是在變化的，這就使得輥型一直在變化，造成板帶凸度在不斷變化。由于板坯較厚，在軋制過程，除了縱向的明顯延伸，金屬的橫向流動也比較容易，所以盡管凸度變化較大，板形并沒有明顯缺陷。這就是所謂的“帶材平直度錐”或稱平直度調(diào)節(jié)的喇叭形原理，見圖1［1］。用公式表示為：
co-帶材入口凸度；ho-帶材入口厚度；
w-帶材寬度；寬／厚比數(shù)據(jù)對應低碳鋼
圖1 帶材平直度錐
c1，c2－分別為帶材入口和出口凸度；
h1、h2－分別為帶材入口和出口厚度
W－帶材寬度；
a、b－常數(shù)(對低碳鋼a=b=1.86)。
圖2 1100鋁合金2100mm寬，出口厚度5.5mm平直度死區(qū)的模擬計算結(jié)果
肖赫特和湯森開發(fā)的帶材平直度模型中，以及薩默斯的進一步研究中都指出，如果帶材相對凸度的變化在圖2中的影線區(qū)，則熱軋期間平直度良好。
圖2中的影線區(qū)稱平直度死區(qū)，平直度死區(qū)表示帶材板形不發(fā)生變化的出口帶材相對凸度變化的允許范圍。這個范圍隨寬厚比和軋材變形阻力的增加而減小。也代表了對平直度的調(diào)節(jié)范圍［1］。兩條虛線之間代表的是平直度執(zhí)行器的調(diào)節(jié)能力。從圖2中可以看到，當鋁板帶厚度在16mm～14mm左右，盡管凸度變化范圍較大，板帶并無明顯的平直度缺陷(當然也就很難檢測)，板帶厚度進一步減薄，盡管執(zhí)行器的調(diào)節(jié)能力增大，但可調(diào)節(jié)范圍縮小，調(diào)節(jié)效果自然也不明顯。圖2明確顯示出，在熱軋鋁板帶過程，必須在熱粗軋過程就要把板凸度調(diào)整好。
2 板凸度的控制策略
對于1100鋁合金，這個死區(qū)厚度范圍近似30mm～55mm(粗軋的最后3道次)。
圖3 七機架熱軋板帶斷面形狀和平直度控制策略
對于一個七機架熱軋機來說，斷面形狀和平直度控制策略如圖3所示，在F1、F2、F3進行凸度控制，在F4、F5、F6、F7進行平直度控制。典型較先進的熱軋平直度控制系統(tǒng)見圖4［2-3］
圖4 典型的較先進的熱軋平直度控制系統(tǒng)
為了取得合適的凸度和良好的板形，在F1、F2、F3上采用四輥軋機(HCw)工作輥可以軸向調(diào)節(jié)；而F4、F5、F6采用六輥軋機(HCMW)中間輥可以軸向調(diào)節(jié)。
在目前國內(nèi)的鋁加工的熱軋中，多數(shù)是“1+1”，或“1+3”，“1+4”配置，這樣，熱軋板坯的凸度控制就要在熱粗軋上下功夫。
在最新引進的熱軋機組中，熱粗軋上還是采用數(shù)學模型控制，控制手段也僅限于正彎輥。這對于為了取得高精度斷面的自動控制是不夠的。在日本的Furukawa鋁公司Fukui工廠的熱軋機列的配置見圖5［4］，在熱粗軋和熱連軋機上都裝有TP輥，裝有TP輥和不裝TP輥的熱軋板板凸度比較見圖6。
圖6 裝有TP輥和沒有裝TP輥的熱軋板凸度比較
實踐也證明，近期由國內(nèi)不帶板形自動控制熱軋機組提供的鋁箔坯料，在國內(nèi)外試用中，已表現(xiàn)出板形不理想。
因此，為取得板帶箔高精度平直板形。僅僅強化熱精軋的凸度控制是不夠的，在隨后的冷軋機上盡管裝備有最先進的板形控制系統(tǒng)，它的作用也只能維持熱軋板形不變壞。因此，在熱粗軋機上的板凸度控制不能忽略。
在裝有板形檢測和反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)的連軋機組上，連軋機架越多板形控制效果也越好。粗軋的控制效果只能取決粗軋數(shù)學模型的成熟和完善。而在粗軋機上增加必要的控制手段正是使數(shù)學模型成熟和完善的必要措施。這也是為什么在先進的粗軋機上，除了裝有正彎輥機構(gòu)以外又增設(shè)了的TP輥，強化了熱粗軋的控制手段。但是，由于仍然是用數(shù)學模型控制，只能用下一卷來改善上一卷，而不能適時反饋矯正。
3 結(jié)束語
為取得板帶箔高精度平直板形，僅僅強化熱精軋的凸度控制是不夠的，因為隨后的冷軋機上的AFC系統(tǒng)要改變熱軋板形無能為力，故在熱粗軋機上的板凸度控制不能忽略。
在串列式鋁板帶熱軋機上，板凸度的控制在熱粗軋階段就要采取必要的措施，如圖7。在熱粗軋的出口裝備熱粗軋板形儀，并在熱粗軋的最后三個道次(或更早)使熱粗軋板形儀投入運行，進行閉環(huán)自動控制，就會大大改善熱精軋人口的板形，從而，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步提高板帶產(chǎn)品的平直度精度。
圖7 理想的板凸度控制示意圖
本文標簽：熱軋鋁板帶坯的凸度及其控制
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