铝板带材冷轧分段冷却板形控制技术应用现状

摘要：板形控制是铝板带材冷轧生产过程中影响产品质量的重要指标之一，冷轧板带分段冷却技术的发展与广泛应用为板形控制提供了有力的技术支持，本文介绍了铝板带材冷轧生产过程中产生不良板形的原因，引出分段冷却技术的应用和发展及其在调控板形不良问题中的重要意义，总结概括了国内外板带材冷轧VAI四辊轧机、阿亨巴赫四辊轧机、HC六辊轧机和CVC六辊轧机板形控制的控制手段和分段冷却板形控制技术应用现状。

关键词：铝板带;板形控制;分段冷却;冷轧

板形是衡量冷轧产品质量的主要指标之一，随着铝板带冷轧技术的不断进步和完善，对板形的精细控制也提出了更高的要求。来料板形、来料物理性能、轧辊及带材的接触变形状态、带材前后张力分布、轧辊初始凸度、辊系的热膨胀、润滑条件、磨损等因素都对板形具有较大影响。

铝板冷轧分段冷却板形控制技术能够调节生产过程中轧辊轴线方向上冷却油液的流量，使轧辊辊身表面的热变形沿轴线均匀分布，实现改善板形不良的目标。轧辊分段冷却技术自20世纪70年代末80年代初开始成为国内外铝加工行业关注的问题之一，近年来已成为世界各国铝加工行业领域内开发研究的重要课题。

一、铝板带冷轧分段冷却技术概述

铝板带冷轧分段冷却控制系统由喷射梁、喷射梁喷嘴、板形辊、轧制油系统、电磁阀、电气控制系统等组成。板形辊内部沿辊面轴线方向均匀等距分布了一系列的板形测量传感器，在轧制过程中，板形测量传感器可以实时地将检测出的铝板带材沿辊身轴线方向的板形偏差量经过电气控制系统传送给控制器主机。控制喷射梁轧制油冷却液噴射的喷嘴控制信号是开关量，轧制油冷却液的喷射量呈有级变化，喷嘴在工作辊身喷射冷却液区域与板形测量传感器一一对应，根据轧机出口板形辊内压力传感器反馈带材的平直度情况，设定各个区域的冷却液喷射量目标值，将各个区域的冷却液喷射量目标值转化成有规律的脉冲控制信号，产生有规律的轧制油冷却液脉冲，实现轧制油冷却精确控制。轧制油系统一般由油箱、泵站、板式热交换器组成安装在地下室，轧制油供油泵将净油箱中轧制油泵出，经过板式热交换器后为喷射梁提供冷却液，用后的轧制油冷却液经过轧机积液盘留回污油箱，再经空气清洗系统将干净的轧制油回收到净油箱中重复利用。在整个过程中可以使轧机工作辊辊身沿轴向热凸度分布均匀，消除工作辊轴向局部“热凸起”或“热凹陷”现象，达到改善带材局部板形不良的目的。铝板带冷轧分段冷却板形控制过程如下图所示：

铝板带冷轧分段冷却板形控制过程图

二、国内外铝板带冷轧机板形控制手段

（一）VAI四辊轧机板形控制

VAI四辊轧机板形控制系统由工作辊正负弯辊控制、工作辊轴向窜辊控制和选择性冷却控制组成，可以在更大范围内进行产品的板形调节。轧机在轧制过程中，上工作辊下表面和下工作辊辊上表面形成辊缝，当上工作辊和下工作辊沿轴线靠中间移动时，辊面凸峰逐渐接近，此时所轧制的铝板带中心辊缝逐渐缩小，边部辊缝逐渐增大，轧出板带的凸度呈降低趋势;当上工作辊和下工作辊沿轴线靠两边部移动时，辊面凸峰逐渐远离，此时所轧制的铝板带中心辊缝逐渐增大，板带边缘辊缝逐渐减小，轧出板带的凸度呈升高趋势。在实际轧制生产过程中，控制系统能依据来料情况和工艺参数进行适当的窜辊控制来改善成品的板形。

（二）阿亨巴赫四辊轧机板形控制

阿亨巴赫四辊轧机板形控制系统由带材平直度测量和控制系统、伺服调整控制系统三部分组成，其中带材平直度测量系统通过板形辊辊面上均布安装的压电式传感器，将带材在轧制过程中与辊面传感器接触的相对应的压力信号经过信号放大器后转变为电压信号，输送给控制器主程序;平直度控制系统可以将测量到的压力偏差信号经过计算机运算，转换成板形控制信号进行弯辊控制、倾斜控制、VC控制和冷却控制，伺服调整控制系统，可以将带材板形厚度误差稳定在可控范围内，从而实现板形精确控制。

（三）HC六辊轧机板形控制

HC六辊轧机板形控制系统由工作辊弯辊控制、中间辊中间辊轴向移动控制和末机架分段冷却控制相结合的板形控制手段。该控制手段可以实现在轧制过程中大压下率下好的板形控制效果，其中的分段冷却控制手段可以改善工作辊与带材摩擦产生的热凸度导致的边浪、肋浪等不同程度的板形不良情况，使带材板面均匀性性能得到改善，提高了成品的质量等级。

（四）CVC六辊轧机板形控制

CVC六辊轧机板形控制系统由工作辊和中间辊弯辊控制、中间辊CVC窜辊控制和厚度自动控制系统组成。工作辊和中间辊弯辊控制由液压弯辊控制系统实现，该系统可以在工作辊和中间辊辊颈轴承座处施加液压弯辊力，产生正、负弯辊，改变辊缝形状;中间辊CVC窜辊控制是加在中间辊上的一套窜辊装置，可以配合工作辊和中间辊弯辊控制板形，适应不同宽度带材的板形控制;厚度自动控制系统也称AGC控制系统，由出口板形测量仪反馈的辊缝调整信号，控制伺服阀和AGC缸做出相应的调整动作来配合弯辊和窜辊控制，获得良好的板形。

三、分段冷却板形控制技术应用现状

一重冶金1420mm连轧机分段冷却系统设置在最后一个机架，精细冷却装置由三根13喷嘴的喷射梁组成，分别安装在中间辊和支承辊附近，共39个型号相同的喷嘴进行冷却液喷射。主冷却装置由ABB公司生产的LECHLER喷射梁及其配套的控制系统组成，喷射梁共有两个，包含四排喷嘴，每排25个，其中第一排和第四排喷嘴为精细冷却喷嘴，正常工作状态有板形控制信号时开闭，第二排和第三排喷嘴为基础润滑冷却喷嘴，根据所轧板带宽度调节喷嘴工作数量。

鞍钢1250mm轧机分段冷却控制系统包括1个气动阀控制柜和4条冷却梁。由板形控制程序中冷却控制功能直接控制每个冷却区域分段冷却喷嘴的冷却液流量。所有的可控喷嘴采用MODULAX阀控制，冷却液径直以层流方式流向喷嘴，由于阀内部具有特殊的几何形状，因而使喷嘴形成的扇形射流像一个刀片，可达到最佳的热交换效率。

福州大学王伟等针对铝板带材在冷轧过程中弯辊和斜辊解决不了的四次及以上板形缺陷问题，在现有的局部冷却控制模式基础上，提出了一种基于调控效应的多段协同的冷轧分段冷却控制模型。以某四辊轧机为例，该轧机喷射梁上有三排喷嘴，其中最下面一排喷嘴常开，提供基础冷却和润滑，上面两排喷嘴可调控打开，实现分段精细冷却，对其工作辊在轧制过程中的温度场进行有限元分析，仿真结果与实测温度一致，其研究结果对铝板带冷轧解决四次及以上板形缺陷问题提供了一定的理论基础。

四、总结

本文阐述了板带材产生不良板形的原因，引出了在铝板带冷轧过程中分段冷却技术的重要性，并对当前国内主要的板带材板形控制技术：VAI四辊轧机、阿亨巴赫四辊轧机、HC六辊轧机和CVC六辊轧机板形控制做了总结和概括。通过对当前国内外板带材冷轧机板形控制研究现状可知：在解决铝板带材冷轧过程板形不良问题的道路上，国内外先进轧机在不断前行，板形控制精度在不断提高，分段冷却技术的应用，已充分说明这一点，但在解决边部板形问题时，该技术还需不断完善。在今后的板带材冷轧板形控制技術的研究中，应把边部板形控制技术作为研究重点，不断优化边部热喷淋与主冷却系统协调控制。

参考文献：

[1]凌君安.冷轧板形控制中的精细冷却[D].武汉科技大学，2011.

[2]尹晓辉，李响，刘静安，蒋程非.铝合金冷轧及薄板生产技术[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[3]宋春颖.阿亨巴赫铝箔轧机板形自动控制系统[J].有色金属加工，2012，41（05）：5559.

[4]贾何林.攀钢HC轧机分段冷却控制效果分析[J].四川冶金，2014，36（06）：1418.

[5]马佳，晏宏山.冷轧CVC轧机板形控制技术[J].科技促进发展，2012（s1）：103104.

[6]金呈虎，毛昕，窦君智，于树.1420mm连轧机精细冷却系统的应用[J].流体传动与控制，2013（2）：3436.

[7]曹忠华，朱文豪，李志锋，王军生，张岩.冷轧机板形分段冷却控制系统分析[J].鞍钢技术，2010（06）：3134.

[8]王伟，李世苗，张波.基于调控效应的冷轧工作辊精细冷却控制研究[J].轻合金加工技术，2019，47（06）：3944+63.

作者简介：张佳琛（1987—），男，汉族，河南巩义人，硕士研究生，助教，研究方向：机械工程。