軋機(jī)機(jī)組包括粗軋機(jī)組, 熱連軋機(jī)組以及剪切機(jī)、 卷取機(jī)、 磨床等設(shè)備。

2.3.1 粗軋機(jī)組

熱粗軋機(jī)組主要包括入口側(cè)的立輥軋機(jī)和熱粗軋機(jī)這兩個(gè)重要的設(shè)備。

1.立輥軋機(jī)

除了極個(gè)別熱連軋生產(chǎn)線未設(shè)立輥軋機(jī)外, 現(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線一般在粗軋機(jī)入口側(cè)配備有立輥軋機(jī)。軋件經(jīng)過(guò)立輥軋機(jī)側(cè)邊軋制以后, 可以防止軋件邊緣產(chǎn)生鼓形和裂邊, 限制軋件寬展并從一定程度上還可以調(diào)節(jié)板帶材的寬度規(guī)格, 獲得寬度均勻、 邊緣整齊的板材或帶材, 降低金屬的消耗。另外, 立輥軋機(jī)還有對(duì)中的導(dǎo)引作用, 使板坯對(duì)準(zhǔn)軋制線軋制。立輥軋機(jī)的配置主要考慮傳動(dòng)方式、 壓下方式和配置距離這三個(gè)重要的方面。

]立輥軋機(jī)的主傳動(dòng)裝置包括主電機(jī)、 主減速器和接軸等, 一般采用交流變頻傳動(dòng)。傳動(dòng)方式分為上立式傳動(dòng)、 上臥式傳動(dòng)和下臥式傳動(dòng)三種, 它們的特點(diǎn)如下:

上立式傳動(dòng)的主電機(jī)垂直安裝在軋機(jī)牌坊上方, 主電機(jī)的傳動(dòng)軸和立輥的傳動(dòng)軸直接連接, 不需要中間齒輪裝置; 系統(tǒng)摩擦力小, 傳動(dòng)性能好, 可采用液壓壓下方式。但是, 由于設(shè)備總體高度大, 導(dǎo)致廠房高度增加而基建投資大、 設(shè)備維護(hù)檢修困難和換輥麻煩。

上臥式傳動(dòng)的主電機(jī)水平布置在機(jī)架上方, 可采用液壓壓下方式。但是由于主電機(jī)和立輥傳動(dòng)軸之間采用人字齒輪傳動(dòng)裝置, 設(shè)備維護(hù)檢修困難, 換輥麻煩, 系統(tǒng)摩擦力較大。

下臥式傳動(dòng)的主電機(jī)水平布置在地面下, 設(shè)備維護(hù)檢修非常方便, 換輥方便, 設(shè)備造價(jià)較低, 一般采用電動(dòng)壓下方式。但是, 同樣由于采用了人字齒輪傳動(dòng)裝置, 其傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦力大, 系統(tǒng)響應(yīng)速度慢, 齒輪箱檢修不方便, 工作環(huán)境衛(wèi)生條件差。

立輥軋機(jī)的壓下方式主要有電動(dòng)絲桿壓下和液壓壓下兩種方式, 前者為傳統(tǒng)技術(shù), 系統(tǒng)響應(yīng)速度慢, 但穩(wěn)定性好; 后者為較新技術(shù), 系統(tǒng)響應(yīng)速度快, 但穩(wěn)定性較差。一般鋁熱連軋生產(chǎn)線立輥軋機(jī)最大壓下量可達(dá)50 mm, 滾邊厚度一般都在100 mm以上。采用立輥軋制時(shí), 當(dāng)板坯寬度很寬時(shí), 立輥軋制壓下量與板寬的比值很小, 變形區(qū)也很窄, 塑性變形無(wú)法完全穿透整個(gè)橫向, 只有靠近立輥的一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生塑性變形, 即板坯側(cè)邊受壓, 在橫向容易產(chǎn)生不均勻變形, 因此立輥軋制壓下量不能太大。

立輥軋機(jī)配置的另一個(gè)重要的參數(shù)是配置距離。它是指立輥軋機(jī)與熱粗軋機(jī)之間的距離, 配置分為近距離和遠(yuǎn)距離兩種方式。

近距離配置是指立輥軋機(jī)與粗軋機(jī)之間的距離小于滾邊道次中軋件的最小長(zhǎng)度。滾邊道次立輥軋機(jī)都和粗軋機(jī)形成連軋, 具有軋制過(guò)程比較穩(wěn)定、 軋制節(jié)奏快、 效率高、 軋件表面溫降損失小等優(yōu)點(diǎn)。但是, 由于其配置距離近, 設(shè)備維護(hù)檢修困難, 同時(shí)由于立輥軋機(jī)和粗軋機(jī)要具備連軋控制功能, 設(shè)備投資增加。

遠(yuǎn)距離配置是指立輥軋機(jī)與粗軋機(jī)之間的距離大于滾邊道次中軋件的最大長(zhǎng)度, 這種配置優(yōu)點(diǎn)是避免了近距離配置的不足, 設(shè)備維護(hù)檢修比較方便, 并且立輥軋機(jī)和粗軋機(jī)之間不具備連軋控制功能, 設(shè)備投資有所降低。其缺點(diǎn)是軋制節(jié)奏慢、 效率低、 軋件表面溫降大。

2. 熱粗軋機(jī)

熱粗軋的主要目的是實(shí)現(xiàn)大壓下減薄、 破碎鑄造組織, 為連軋機(jī)組提供軋制坯料。在鋁熱連軋生產(chǎn)線上熱粗軋機(jī)一般都是四輥可逆式熱軋機(jī), 采用交流變頻傳動(dòng)。 由于熱粗軋機(jī)對(duì)精度要求不像連軋機(jī)組那樣高, 壓下方式一般都采用電動(dòng)絲桿壓下, 簡(jiǎn)稱電動(dòng)壓下。為適應(yīng)大鑄錠的軋制, 粗軋機(jī)的剛度一般為500~600 t/mm, 最大開(kāi)口度可達(dá)700 mm以上, 道次壓下量可達(dá)50 mm。輥縫調(diào)節(jié)通過(guò)壓下絲桿進(jìn)行粗調(diào), 利用液壓推上平衡缸進(jìn)行精調(diào)。

在現(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線中, 由于粗軋機(jī)終軋厚度比較大, 彎輥的作用不明顯。所以, 粗軋機(jī)一般不配置彎輥裝置。粗軋機(jī)一般也不配置測(cè)厚儀、 凸度儀和板形儀, 但是配備有溫度檢測(cè)裝置。現(xiàn)代鋁熱連軋粗軋機(jī)軋制過(guò)程一般采用先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行控制, 最突出的特點(diǎn)是具有自學(xué)習(xí)自適應(yīng)的功能, 在軋制過(guò)程中, 可以實(shí)現(xiàn)道次之間、 每塊料之間、 每批料之間的自學(xué)習(xí)自適應(yīng), 從而使整個(gè)軋制過(guò)程成為不斷優(yōu)化的過(guò)程。

3. 厚剪和薄剪

一般把厚板剪切機(jī)和薄板剪切機(jī)簡(jiǎn)稱為厚剪和薄剪(或稱重型剪和輕型剪)。厚剪的主要作用是切頭、 切尾和中斷。中斷是把一塊較長(zhǎng)的厚板坯從中間切斷分成兩塊軋制。薄剪主要用于切頭。

鋁熱連軋生產(chǎn)線剪切機(jī)一般采用浮動(dòng)剪切方式, 分為上切式和下切式。前者是上剪刃落下壓住板坯, 下剪刃往上運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切。后者是下剪刃上升壓住板坯, 上剪刃往下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切。兩者都能減小剪切板坯對(duì)輥道的沖擊力, 下切式還能減小剪切時(shí)板坯對(duì)輥道的壓力。剪刃的驅(qū)動(dòng)有液壓式和電動(dòng)式兩種, 通常把液壓驅(qū)動(dòng)的剪切機(jī)簡(jiǎn)稱為液壓剪, 具有設(shè)備投資小的特點(diǎn), 其缺點(diǎn)是動(dòng)作慢、 不能連續(xù)剪切且能耗高; 把電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剪切機(jī)簡(jiǎn)稱為機(jī)械剪, 具有動(dòng)作快、 可連續(xù)剪切和耗能小的優(yōu)點(diǎn), 但是設(shè)備投資大。

2.3.2 熱連軋機(jī)組

1.熱連軋機(jī)列

熱連軋機(jī)列將熱粗軋機(jī)提供的坯料軋制成成品, 獲得高性能、 高精度和高表面質(zhì)量的熱軋卷坯。連軋機(jī)全部采用交流變頻傳動(dòng)。

]現(xiàn)代化鋁熱連軋機(jī)組都配備有現(xiàn)代化的厚度控制系統(tǒng), 為了保障壓下裝置能夠在軋制過(guò)程中進(jìn)行快速的輥縫調(diào)節(jié), 并且具有足夠的強(qiáng)度和傳動(dòng)能力, 一般都采用定值精確、 響應(yīng)速度快和慣性小的液壓壓下系統(tǒng), 其壓下速度可達(dá)3~5 mm/s。

為了減小板帶中凸度, 要求軋輥本身具有一定的凸度。實(shí)際軋制過(guò)程中由于軋制壓力的變化、 軋輥溫升和冷卻潤(rùn)滑乳液的變化, 軋輥的輥形都在不斷的變化。為了解決這個(gè)問(wèn)題, 結(jié)合連軋機(jī)的坯料厚度較薄的特點(diǎn), 連軋機(jī)列全部都配備正彎功能的彎輥系統(tǒng)。同時(shí)在現(xiàn)代熱連軋機(jī)上有的還配置了特殊形狀的軋輥。如日本的TP輥、 英國(guó)的DSR輥、 德國(guó)的CVC輥。TP輥和DSR輥是作為支撐輥配置的, CVC輥是作為工作輥配置的(支撐輥也可為CVC輥)。

在現(xiàn)代鋁熱連軋機(jī)列上, 乳液的配置主要包括機(jī)前預(yù)冷卻、 機(jī)架間的冷卻和軋機(jī)本身的冷卻潤(rùn)滑三部分。機(jī)前預(yù)冷卻主要為了降低帶坯溫度, 提高連軋速度, 保證終軋溫度; 機(jī)架間冷卻主要為了沖洗帶坯上的臟物, 控制帶材溫度; 而軋機(jī)本身冷卻則包括對(duì)軋輥進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑, 控制輥形, 以保證產(chǎn)品表面質(zhì)量。從目前世界上鋁熱連軋工廠對(duì)熱連軋機(jī)列的乳液配置情況來(lái)看, 主要有4種方式。第一種是配置機(jī)前預(yù)冷卻而不配置機(jī)架間的冷卻; 第二種是配置機(jī)架間的冷卻而不配置機(jī)前預(yù)冷卻; 第三種是機(jī)前和機(jī)架間的冷卻都不配置; 第四種是機(jī)前和機(jī)架間都配置冷卻。由于高精尖板帶的精度要求不斷提高, 熱連軋機(jī)列還配備有包括張力輥、 板形儀、 凸度儀、 測(cè)厚儀和測(cè)溫儀等在內(nèi)的檢測(cè)裝置。

1)張力輥主要檢測(cè)機(jī)架間的張力, 并參與軋制過(guò)程自動(dòng)控制。張力輥在連軋中的作用非常重要, 除最終機(jī)架采用速度控制外, 其余各機(jī)架均采用張力控制。

2)板形儀有接觸式和非接觸式兩種。前者通常就是指板形輥, 后者一般是指光學(xué)式板形儀。板形儀安裝在最后一個(gè)機(jī)架和卷取機(jī)之間。板形輥通過(guò)輥套、 壓力傳感器檢測(cè)帶材張力, 由此得到板形曲線。輥套表面有冷卻裝置。光學(xué)式板形儀不與帶材接觸, 完全利用光學(xué)原理檢測(cè)帶材的板形, 測(cè)量誤差比較大。

3)凸度儀主要用來(lái)檢測(cè)和控制帶材的凸度。凸度儀有單點(diǎn)掃描式和多點(diǎn)固定式兩種。由于帶材以一定的速度向前運(yùn)動(dòng), 所以單點(diǎn)掃描式凸度儀在檢測(cè)過(guò)程中只能檢測(cè)到帶材對(duì)角線方向的厚度, 而檢測(cè)不到帶材橫斷面方向的厚度。多點(diǎn)固定式凸度儀不但能夠檢測(cè)到帶材橫斷面方向的厚度, 而且能將帶材斷面上的厚度分布顯示出來(lái)。

4)測(cè)厚儀大都使用X射線測(cè)厚。

5)在連軋機(jī)列第一機(jī)架前和最后機(jī)架后配置非接觸式測(cè)溫儀, 并參與軋制過(guò)程溫度自動(dòng)控制。

熱連軋過(guò)程中要控制的參數(shù)很多, 如軋制力、 厚度、 張力、 速度和溫度等。這些參數(shù)的控制在現(xiàn)代化高速熱連軋機(jī)列上均由自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)完成。根據(jù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)各主要部分所擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同, 通常把自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為四級(jí), 即零級(jí)、 一級(jí)、 二級(jí)和三級(jí)。一般把三級(jí)控制系統(tǒng)稱之為管理自動(dòng)化; 二級(jí)控制系統(tǒng)稱之為過(guò)程自動(dòng)化; 一級(jí)和零級(jí)統(tǒng)稱為基礎(chǔ)自動(dòng)化。

2.切邊、 碎邊機(jī)

主要用于切去帶材邊部不合格的部分, 使帶材達(dá)到成品寬度, 并把切邊料碎斷, 以便于收集處理。

切邊、 碎邊方式有同軸式和非同軸式兩種。同軸式切邊、 碎邊機(jī), 圓盤剪上帶有碎邊刀, 切邊和碎邊過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。非同軸式切邊、 碎邊機(jī), 切邊和碎邊過(guò)程分別進(jìn)行, 它們各自有獨(dú)立的裝置。同軸式切邊、 碎邊機(jī), 速度不能太高, 否則會(huì)導(dǎo)致碎邊料崩到帶材的表面上。非同軸式切邊、 碎邊機(jī), 可以提高切邊速度, 而且切邊質(zhì)量好。切邊速度一般比帶材運(yùn)行速度高5%~8%。

3.卷取機(jī)

卷取機(jī)用于對(duì)從連軋機(jī)列軋制出來(lái)的成品帶材進(jìn)行卷取, 它對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及保證產(chǎn)品的運(yùn)輸、 儲(chǔ)存有著非常重要的作用。為保證板形、 降低軋制力矩和確保卷取質(zhì)量, 熱連軋生產(chǎn)線要求有穩(wěn)定(帶材頭、 中、 尾可采取單一或多種張力)的卷取張力; 為保證一定的張力, 鋁熱連軋的卷筒卷取線速度一般比出口機(jī)架線速度大10%左右。鋁熱連軋卷筒的基本要求包括具有足夠的剛度和強(qiáng)度、 便于卷取和卸卷, 同時(shí)還要求維修方便等。

隨著帶卷的直徑不斷變大, 卷取機(jī)的卷速必須相應(yīng)降低以確保恒定的線速度和張力, 因此卷取機(jī)的主傳動(dòng)都采用交流變頻傳動(dòng)。

為了便于卷取和卸卷, 卷筒通常做成可脹縮的。卷取時(shí)卷筒脹開(kāi), 卸卷時(shí)卷筒收縮, 脹縮方式有拉桿式脹縮和推桿式脹縮兩種。脹縮級(jí)數(shù)就是脹縮次數(shù), 一般分為一級(jí)脹縮和二級(jí)脹縮兩種。二級(jí)脹縮主要是為了防止帶材打滑和卷層松動(dòng)。一級(jí)脹縮適用于較薄帶材的卷取, 二級(jí)脹縮適用于較厚帶材的卷取。

2.3.3 全自動(dòng)數(shù)控軋輥磨床

軋輥磨床由床頭、 床身、 層座、 砂輪頭及控制系統(tǒng)、 液壓系統(tǒng)、 冷卻系統(tǒng)組成。它是軋輥表面質(zhì)量和初始輥凸度的重要裝備保證, 現(xiàn)代熱連軋生產(chǎn)線對(duì)磨輥的技術(shù)參數(shù)要求如下:

(1)磨削后的輥身尺寸精度高

圓柱度: 不超過(guò)0.002 mm/m;

同軸度: 不超過(guò)0.002 mm/m;

橢圓度: 不超過(guò)0.002 mm/m;

凸凹度曲線精度: ±0.002 mm/m;

輥身凸凹度曲線中心點(diǎn)相對(duì)于軋輥中心點(diǎn)的偏差: 不超過(guò)0.02 mm。

(2)磨削后的輥身表面質(zhì)量高

輥身表面任意點(diǎn)的粗糙度相對(duì)于目標(biāo)值的偏差: ±10%; 輥身表面不允許有振紋、 橫波、 輥花、 螺旋痕以及其他可視的表面缺陷。

(3)檢測(cè)儀器精度高

現(xiàn)代軋輥磨床除本身測(cè)量裝置之外, 通常還配有渦流探傷儀、 硬度計(jì)、 粗糙度儀等檢測(cè)儀器, 其檢測(cè)精度如下。

磨床本身測(cè)量裝置的檢測(cè)精度: ±1 μm;

肖氏硬度計(jì)的檢測(cè)精度: ±2%;

粗糙度儀的檢測(cè)精度: ±5%;

渦流探傷儀: 能探測(cè)到的裂紋深度超過(guò)0.05 mm, 能探測(cè)到輥面任意方向長(zhǎng)度不大于3 mm的裂紋。

現(xiàn)代化熱連軋不但對(duì)磨輥精度要求很高, 而且輥系復(fù)雜, 因此對(duì)軋輥磨床的自動(dòng)化控制要求也很高。現(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線全自動(dòng)數(shù)控軋輥磨床的主要功能要求如下:

1)能夠磨削各種曲線的輥形。包括拋物線、 正弦曲線、 CVC曲線輥形以及單錐輥、 雙錐輥、 輥身端部的倒角等。

2)具有在線自動(dòng)檢測(cè)的功能。檢測(cè)的內(nèi)容包括輥徑、 輥形曲線、 橢圓度、 圓柱度、 同軸度、 輥身表面裂紋等。

3)能夠?qū)崿F(xiàn)帶箱磨削。軋輥可以帶軸承箱上床進(jìn)行磨削, 對(duì)于鋁板帶軋制使用的軋輥, 一般都采用不帶箱磨削。

4)軋輥上床之后具有自動(dòng)“找正”的功能。

5)床頭面板(撥盤)具有“自位”功能。在磨削過(guò)程中, 通過(guò)床頭面板的微小擺動(dòng)來(lái)自動(dòng)校正軋輥的位置。

6)磨床具有軟支撐裝置。為了防止軋輥上床時(shí)的磕碰現(xiàn)象, 現(xiàn)代軋輥磨床都設(shè)計(jì)了可升降的軟支撐裝置, 升降高度50~80 mm。也有人稱之為“軟著陸”裝置。

7)砂輪在磨削過(guò)程中具有隨磨削曲線自動(dòng)擺動(dòng)的功能。擺動(dòng)的角度為1°, 主要是為了在磨削過(guò)程中使砂輪與輥面保持垂直接觸, 以提高磨削效率。具有這種功能的磨床, 在磨削帶弧度的軋輥時(shí), 可使磨削效率提高30%以上。

8)砂輪具有自動(dòng)平衡的功能。

9)磨削凸凹度范圍大。凸凹度的范圍在直徑方向可達(dá)±3 mm。

10)能磨削高次函數(shù)曲線。X軸和Z軸的分辨率可達(dá)0.1 μm, 自動(dòng)測(cè)量裝置的檢測(cè)精度可達(dá)±1 μm, 可以磨削出高次函數(shù)的高精度的CVC曲線。