轧机机组包括粗轧机组, 热连轧机组以及剪切机、 卷取机、 磨床等设备。
2.3.1 粗轧机组
热粗轧机组主要包括入口侧的立辊轧机和热粗轧机这两个重要的设备。
1.立辊轧机
除了极个别热连轧生产线未设立辊轧机外, 现代铝热连轧生产线一般在粗轧机入口侧配备有立辊轧机。轧件经过立辊轧机侧边轧制以后, 可以防止轧件边缘产生鼓形和裂边, 限制轧件宽展并从一定程度上还可以调节板带材的宽度规格, 获得宽度均匀、 边缘整齐的板材或带材, 降低金属的消耗。另外, 立辊轧机还有对中的导引作用, 使板坯对准轧制线轧制。立辊轧机的配置主要考虑传动方式、 压下方式和配置距离这三个重要的方面。
]立辊轧机的主传动装置包括主电机、 主减速器和接轴等, 一般采用交流变频传动。传动方式分为上立式传动、 上卧式传动和下卧式传动三种, 它们的特点如下:
上立式传动的主电机垂直安装在轧机牌坊上方, 主电机的传动轴和立辊的传动轴直接连接, 不需要中间齿轮装置; 系统摩擦力小, 传动性能好, 可采用液压压下方式。但是, 由于设备总体高度大, 导致厂房高度增加而基建投资大、 设备维护检修困难和换辊麻烦。
上卧式传动的主电机水平布置在机架上方, 可采用液压压下方式。但是由于主电机和立辊传动轴之间采用人字齿轮传动装置, 设备维护检修困难, 换辊麻烦, 系统摩擦力较大。
下卧式传动的主电机水平布置在地面下, 设备维护检修非常方便, 换辊方便, 设备造价较低, 一般采用电动压下方式。但是, 同样由于采用了人字齿轮传动装置, 其传动系统摩擦力大, 系统响应速度慢, 齿轮箱检修不方便, 工作环境卫生条件差。
立辊轧机的压下方式主要有电动丝杆压下和液压压下两种方式, 前者为传统技术, 系统响应速度慢, 但稳定性好; 后者为较新技术, 系统响应速度快, 但稳定性较差。一般铝热连轧生产线立辊轧机最大压下量可达50 mm, 滚边厚度一般都在100 mm以上。采用立辊轧制时, 当板坯宽度很宽时, 立辊轧制压下量与板宽的比值很小, 变形区也很窄, 塑性变形无法完全穿透整个横向, 只有靠近立辊的一定区域内产生塑性变形, 即板坯侧边受压, 在横向容易产生不均匀变形, 因此立辊轧制压下量不能太大。
立辊轧机配置的另一个重要的参数是配置距离。它是指立辊轧机与热粗轧机之间的距离, 配置分为近距离和远距离两种方式。
近距离配置是指立辊轧机与粗轧机之间的距离小于滚边道次中轧件的最小长度。滚边道次立辊轧机都和粗轧机形成连轧, 具有轧制过程比较稳定、 轧制节奏快、 效率高、 轧件表面温降损失小等优点。但是, 由于其配置距离近, 设备维护检修困难, 同时由于立辊轧机和粗轧机要具备连轧控制功能, 设备投资增加。
远距离配置是指立辊轧机与粗轧机之间的距离大于滚边道次中轧件的最大长度, 这种配置优点是避免了近距离配置的不足, 设备维护检修比较方便, 并且立辊轧机和粗轧机之间不具备连轧控制功能, 设备投资有所降低。其缺点是轧制节奏慢、 效率低、 轧件表面温降大。
2. 热粗轧机
热粗轧的主要目的是实现大压下减薄、 破碎铸造组织, 为连轧机组提供轧制坯料。在铝热连轧生产线上热粗轧机一般都是四辊可逆式热轧机, 采用交流变频传动。 由于热粗轧机对精度要求不像连轧机组那样高, 压下方式一般都采用电动丝杆压下, 简称电动压下。为适应大铸锭的轧制, 粗轧机的刚度一般为500~600 t/mm, 最大开口度可达700 mm以上, 道次压下量可达50 mm。辊缝调节通过压下丝杆进行粗调, 利用液压推上平衡缸进行精调。
在现代铝热连轧生产线中, 由于粗轧机终轧厚度比较大, 弯辊的作用不明显。所以, 粗轧机一般不配置弯辊装置。粗轧机一般也不配置测厚仪、 凸度仪和板形仪, 但是配备有温度检测装置。现代铝热连轧粗轧机轧制过程一般采用先进的神经网络技术进行控制, 最突出的特点是具有自学习自适应的功能, 在轧制过程中, 可以实现道次之间、 每块料之间、 每批料之间的自学习自适应, 从而使整个轧制过程成为不断优化的过程。
3. 厚剪和薄剪
一般把厚板剪切机和薄板剪切机简称为厚剪和薄剪(或称重型剪和轻型剪)。厚剪的主要作用是切头、 切尾和中断。中断是把一块较长的厚板坯从中间切断分成两块轧制。薄剪主要用于切头。
铝热连轧生产线剪切机一般采用浮动剪切方式, 分为上切式和下切式。前者是上剪刃落下压住板坯, 下剪刃往上运动实现剪切。后者是下剪刃上升压住板坯, 上剪刃往下运动实现剪切。两者都能减小剪切板坯对辊道的冲击力, 下切式还能减小剪切时板坯对辊道的压力。剪刃的驱动有液压式和电动式两种, 通常把液压驱动的剪切机简称为液压剪, 具有设备投资小的特点, 其缺点是动作慢、 不能连续剪切且能耗高; 把电机驱动的剪切机简称为机械剪, 具有动作快、 可连续剪切和耗能小的优点, 但是设备投资大。
2.3.2 热连轧机组
1.热连轧机列
热连轧机列将热粗轧机提供的坯料轧制成成品, 获得高性能、 高精度和高表面质量的热轧卷坯。连轧机全部采用交流变频传动。
]现代化铝热连轧机组都配备有现代化的厚度控制系统, 为了保障压下装置能够在轧制过程中进行快速的辊缝调节, 并且具有足够的强度和传动能力, 一般都采用定值精确、 响应速度快和惯性小的液压压下系统, 其压下速度可达3~5 mm/s。
为了减小板带中凸度, 要求轧辊本身具有一定的凸度。实际轧制过程中由于轧制压力的变化、 轧辊温升和冷却润滑乳液的变化, 轧辊的辊形都在不断的变化。为了解决这个问题, 结合连轧机的坯料厚度较薄的特点, 连轧机列全部都配备正弯功能的弯辊系统。同时在现代热连轧机上有的还配置了特殊形状的轧辊。如日本的TP辊、 英国的DSR辊、 德国的CVC辊。TP辊和DSR辊是作为支撑辊配置的, CVC辊是作为工作辊配置的(支撑辊也可为CVC辊)。
在现代铝热连轧机列上, 乳液的配置主要包括机前预冷却、 机架间的冷却和轧机本身的冷却润滑三部分。机前预冷却主要为了降低带坯温度, 提高连轧速度, 保证终轧温度; 机架间冷却主要为了冲洗带坯上的脏物, 控制带材温度; 而轧机本身冷却则包括对轧辊进行冷却润滑, 控制辊形, 以保证产品表面质量。从目前世界上铝热连轧工厂对热连轧机列的乳液配置情况来看, 主要有4种方式。第一种是配置机前预冷却而不配置机架间的冷却; 第二种是配置机架间的冷却而不配置机前预冷却; 第三种是机前和机架间的冷却都不配置; 第四种是机前和机架间都配置冷却。由于高精尖板带的精度要求不断提高, 热连轧机列还配备有包括张力辊、 板形仪、 凸度仪、 测厚仪和测温仪等在内的检测装置。
1)张力辊主要检测机架间的张力, 并参与轧制过程自动控制。张力辊在连轧中的作用非常重要, 除最终机架采用速度控制外, 其余各机架均采用张力控制。
2)板形仪有接触式和非接触式两种。前者通常就是指板形辊, 后者一般是指光学式板形仪。板形仪安装在最后一个机架和卷取机之间。板形辊通过辊套、 压力传感器检测带材张力, 由此得到板形曲线。辊套表面有冷却装置。光学式板形仪不与带材接触, 完全利用光学原理检测带材的板形, 测量误差比较大。
3)凸度仪主要用来检测和控制带材的凸度。凸度仪有单点扫描式和多点固定式两种。由于带材以一定的速度向前运动, 所以单点扫描式凸度仪在检测过程中只能检测到带材对角线方向的厚度, 而检测不到带材横断面方向的厚度。多点固定式凸度仪不但能够检测到带材横断面方向的厚度, 而且能将带材断面上的厚度分布显示出来。
4)测厚仪大都使用X射线测厚。
5)在连轧机列第一机架前和最后机架后配置非接触式测温仪, 并参与轧制过程温度自动控制。
热连轧过程中要控制的参数很多, 如轧制力、 厚度、 张力、 速度和温度等。这些参数的控制在现代化高速热连轧机列上均由自动化控制系统来完成。根据自动化控制系统各主要部分所担负的任务不同, 通常把自动化控制系统分为四级, 即零级、 一级、 二级和三级。一般把三级控制系统称之为管理自动化; 二级控制系统称之为过程自动化; 一级和零级统称为基础自动化。
2.切边、 碎边机
主要用于切去带材边部不合格的部分, 使带材达到成品宽度, 并把切边料碎断, 以便于收集处理。
切边、 碎边方式有同轴式和非同轴式两种。同轴式切边、 碎边机, 圆盘剪上带有碎边刀, 切边和碎边过程同时进行。非同轴式切边、 碎边机, 切边和碎边过程分别进行, 它们各自有独立的装置。同轴式切边、 碎边机, 速度不能太高, 否则会导致碎边料崩到带材的表面上。非同轴式切边、 碎边机, 可以提高切边速度, 而且切边质量好。切边速度一般比带材运行速度高5%~8%。
3.卷取机
卷取机用于对从连轧机列轧制出来的成品带材进行卷取, 它对于提高产品质量以及保证产品的运输、 储存有着非常重要的作用。为保证板形、 降低轧制力矩和确保卷取质量, 热连轧生产线要求有稳定(带材头、 中、 尾可采取单一或多种张力)的卷取张力; 为保证一定的张力, 铝热连轧的卷筒卷取线速度一般比出口机架线速度大10%左右。铝热连轧卷筒的基本要求包括具有足够的刚度和强度、 便于卷取和卸卷, 同时还要求维修方便等。
随着带卷的直径不断变大, 卷取机的卷速必须相应降低以确保恒定的线速度和张力, 因此卷取机的主传动都采用交流变频传动。
为了便于卷取和卸卷, 卷筒通常做成可胀缩的。卷取时卷筒胀开, 卸卷时卷筒收缩, 胀缩方式有拉杆式胀缩和推杆式胀缩两种。胀缩级数就是胀缩次数, 一般分为一级胀缩和二级胀缩两种。二级胀缩主要是为了防止带材打滑和卷层松动。一级胀缩适用于较薄带材的卷取, 二级胀缩适用于较厚带材的卷取。
2.3.3 全自动数控轧辊磨床
轧辊磨床由床头、 床身、 层座、 砂轮头及控制系统、 液压系统、 冷却系统组成。它是轧辊表面质量和初始辊凸度的重要装备保证, 现代热连轧生产线对磨辊的技术参数要求如下:
(1)磨削后的辊身尺寸精度高
圆柱度: 不超过0.002 mm/m;
同轴度: 不超过0.002 mm/m;
椭圆度: 不超过0.002 mm/m;
凸凹度曲线精度: ±0.002 mm/m;
辊身凸凹度曲线中心点相对于轧辊中心点的偏差: 不超过0.02 mm。
(2)磨削后的辊身表面质量高
辊身表面任意点的粗糙度相对于目标值的偏差: ±10%; 辊身表面不允许有振纹、 横波、 辊花、 螺旋痕以及其他可视的表面缺陷。
(3)检测仪器精度高
现代轧辊磨床除本身测量装置之外, 通常还配有涡流探伤仪、 硬度计、 粗糙度仪等检测仪器, 其检测精度如下。
磨床本身测量装置的检测精度: ±1 μm;
肖氏硬度计的检测精度: ±2%;
粗糙度仪的检测精度: ±5%;
涡流探伤仪: 能探测到的裂纹深度超过0.05 mm, 能探测到辊面任意方向长度不大于3 mm的裂纹。
现代化热连轧不但对磨辊精度要求很高, 而且辊系复杂, 因此对轧辊磨床的自动化控制要求也很高。现代铝热连轧生产线全自动数控轧辊磨床的主要功能要求如下:
1)能够磨削各种曲线的辊形。包括抛物线、 正弦曲线、 CVC曲线辊形以及单锥辊、 双锥辊、 辊身端部的倒角等。
2)具有在线自动检测的功能。检测的内容包括辊径、 辊形曲线、 椭圆度、 圆柱度、 同轴度、 辊身表面裂纹等。
3)能够实现带箱磨削。轧辊可以带轴承箱上床进行磨削, 对于铝板带轧制使用的轧辊, 一般都采用不带箱磨削。
4)轧辊上床之后具有自动“找正”的功能。
5)床头面板(拨盘)具有“自位”功能。在磨削过程中, 通过床头面板的微小摆动来自动校正轧辊的位置。
6)磨床具有软支撑装置。为了防止轧辊上床时的磕碰现象, 现代轧辊磨床都设计了可升降的软支撑装置, 升降高度50~80 mm。也有人称之为“软着陆”装置。
7)砂轮在磨削过程中具有随磨削曲线自动摆动的功能。摆动的角度为1°, 主要是为了在磨削过程中使砂轮与辊面保持垂直接触, 以提高磨削效率。具有这种功能的磨床, 在磨削带弧度的轧辊时, 可使磨削效率提高30%以上。
8)砂轮具有自动平衡的功能。
9)磨削凸凹度范围大。凸凹度的范围在直径方向可达±3 mm。
10)能磨削高次函数曲线。X轴和Z轴的分辨率可达0.1 μm, 自动测量装置的检测精度可达±1 μm, 可以磨削出高次函数的高精度的CVC曲线。
