軋機機組包括粗軋機組, 熱連軋機組以及剪切機、 卷取機、 磨床等設備。

2.3.1 粗軋機組

熱粗軋機組主要包括入口側(cè)的立輥軋機和熱粗軋機這兩個重要的設備。

1.立輥軋機

除了極個別熱連軋生產(chǎn)線未設立輥軋機外, 現(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線一般在粗軋機入口側(cè)配備有立輥軋機。軋件經(jīng)過立輥軋機側(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, 立輥軋機還有對中的導引作用, 使板坯對準軋制線軋制。立輥軋機的配置主要考慮傳動方式、 壓下方式和配置距離這三個重要的方面。

]立輥軋機的主傳動裝置包括主電機、 主減速器和接軸等, 一般采用交流變頻傳動。傳動方式分為上立式傳動、 上臥式傳動和下臥式傳動三種, 它們的特點如下:

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

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

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

立輥軋機的壓下方式主要有電動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)響應速度慢, 但穩(wěn)定性好; 后者為較新技術(shù), 系統(tǒng)響應速度快, 但穩(wěn)定性較差。一般鋁熱連軋生產(chǎn)線立輥軋機最大壓下量可達50 mm, 滾邊厚度一般都在100 mm以上。采用立輥軋制時, 當板坯寬度很寬時, 立輥軋制壓下量與板寬的比值很小, 變形區(qū)也很窄, 塑性變形無法完全穿透整個橫向, 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。

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

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

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

2. 熱粗軋機

熱粗軋的主要目的是實現(xiàn)大壓下減薄、 破碎鑄造組織, 為連軋機組提供軋制坯料。在鋁熱連軋生產(chǎn)線上熱粗軋機一般都是四輥可逆式熱軋機, 采用交流變頻傳動。 由于熱粗軋機對精度要求不像連軋機組那樣高, 壓下方式一般都采用電動絲桿壓下, 簡稱電動壓下。為適應大鑄錠的軋制, 粗軋機的剛度一般為500~600 t/mm, 最大開口度可達700 mm以上, 道次壓下量可達50 mm。輥縫調(diào)節(jié)通過壓下絲桿進行粗調(diào), 利用液壓推上平衡缸進行精調(diào)。

在現(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線中, 由于粗軋機終軋厚度比較大, 彎輥的作用不明顯。所以, 粗軋機一般不配置彎輥裝置。粗軋機一般也不配置測厚儀、 凸度儀和板形儀, 但是配備有溫度檢測裝置?，F(xiàn)代鋁熱連軋粗軋機軋制過程一般采用先進的神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)進行控制, 最突出的特點是具有自學習自適應的功能, 在軋制過程中, 可以實現(xiàn)道次之間、 每塊料之間、 每批料之間的自學習自適應, 從而使整個軋制過程成為不斷優(yōu)化的過程。

3. 厚剪和薄剪

一般把厚板剪切機和薄板剪切機簡稱為厚剪和薄剪(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)線剪切機一般采用浮動剪切方式, 分為上切式和下切式。前者是上剪刃落下壓住板坯, 下剪刃往上運動實現(xiàn)剪切。后者是下剪刃上升壓住板坯, 上剪刃往下運動實現(xiàn)剪切。兩者都能減小剪切板坯對輥道的沖擊力, 下切式還能減小剪切時板坯對輥道的壓力。剪刃的驅(qū)動有液壓式和電動式兩種, 通常把液壓驅(qū)動的剪切機簡稱為液壓剪, 具有設備投資小的特點, 其缺點是動作慢、 不能連續(xù)剪切且能耗高; 把電機驅(qū)動的剪切機簡稱為機械剪, 具有動作快、 可連續(xù)剪切和耗能小的優(yōu)點, 但是設備投資大。

2.3.2 熱連軋機組

1.熱連軋機列

熱連軋機列將熱粗軋機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。連軋機全部采用交流變頻傳動。

]現(xiàn)代化鋁熱連軋機組都配備有現(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程中進行快速的輥縫調(diào)節(jié), 并且具有足夠的強度和傳動能力, 一般都采用定值精確、 響應速度快和慣性小的液壓壓下系統(tǒng), 其壓下速度可達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。實際軋制過程中由于軋制壓力的變化、 軋輥溫升和冷卻潤滑乳液的變化, 軋輥的輥形都在不斷的變化。為了解決這個問題, 結(jié)合連軋機的坯料厚度較薄的特點, 連軋機列全部都配備正彎功能的彎輥系統(tǒng)。同時在現(xiàn)代熱連軋機上有的還配置了特殊形狀的軋輥。如日本的TP輥、 英國的DSR輥、 德國的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)代鋁熱連軋機列上, 乳液的配置主要包括機前預冷卻、 機架間的冷卻和軋機本身的冷卻潤滑三部分。機前預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; 而軋機本身冷卻則包括對軋輥進行冷卻潤滑, 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熱連軋機列的乳液配置情況來看, 主要有4種方式。第一種是配置機前預冷卻而不配置機架間的冷卻; 第二種是配置機架間的冷卻而不配置機前預冷卻; 第三種是機前和機架間的冷卻都不配置; 第四種是機前和機架間都配置冷卻。由于高精尖板帶的精度要求不斷提高, 熱連軋機列還配備有包括張力輥、 板形儀、 凸度儀、 測厚儀和測溫儀等在內(nèi)的檢測裝置。

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

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, 后者一般是指光學式板形儀。板形儀安裝在最后一個機架和卷取機之間。板形輥通過輥套、 壓力傳感器檢測帶材張力, 由此得到板形曲線。輥套表面有冷卻裝置。光學式板形儀不與帶材接觸, 完全利用光學原理檢測帶材的板形, 測量誤差比較大。

3)凸度儀主要用來檢測和控制帶材的凸度。凸度儀有單點掃描式和多點固定式兩種。由于帶材以一定的速度向前運動, 所以單點掃描式凸度儀在檢測過程中只能檢測到帶材對角線方向的厚度, 而檢測不到帶材橫斷面方向的厚度。多點固定式凸度儀不但能夠檢測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。

4)測厚儀大都使用X射線測厚。

5)在連軋機列第一機架前和最后機架后配置非接觸式測溫儀, 并參與軋制過程溫度自動控制。

熱連軋過程中要控制的參數(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)代化高速熱連軋機列上均由自動化控制系統(tǒng)來完成。根據(jù)自動化控制系統(tǒng)各主要部分所擔負的任務不同, 通常把自動化控制系統(tǒng)分為四級, 即零級、 一級、 二級和三級。一般把三級控制系統(tǒng)稱之為管理自動化; 二級控制系統(tǒng)稱之為過程自動化; 一級和零級統(tǒng)稱為基礎自動化。

2.切邊、 碎邊機

主要用于切去帶材邊部不合格的部分, 使帶材達到成品寬度, 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, 圓盤剪上帶有碎邊刀, 切邊和碎邊過程同時進行。非同軸式切邊、 碎邊機, 切邊和碎邊過程分別進行, 它們各自有獨立的裝置。同軸式切邊、 碎邊機, 速度不能太高, 否則會導致碎邊料崩到帶材的表面上。非同軸式切邊、 碎邊機, 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行速度高5%~8%。

3.卷取機

卷取機用于對從連軋機列軋制出來的成品帶材進行卷取, 它對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及保證產(chǎn)品的運輸、 儲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度、 便于卷取和卸卷, 同時還要求維修方便等。

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

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

2.3.3 全自動數(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0.002 mm/m;

同軸度: 不超過0.002 mm/m;

橢圓度: 不超過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相對于軋輥中心點的偏差: 不超過0.02 mm。

(2)磨削后的輥身表面質(zhì)量高

輥身表面任意點的粗糙度相對于目標值的偏差: ±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)檢測儀器精度高

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

磨床本身測量裝置的檢測精度: ±1 μm;

肖氏硬度計的檢測精度: ±2%;

粗糙度儀的檢測精度: ±5%;

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

現(xiàn)代化熱連軋不但對磨輥精度要求很高, 而且輥系復雜, 因此對軋輥磨床的自動化控制要求也很高?，F(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線全自動數(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)具有在線自動檢測的功能。檢測的內(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行磨削, 對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“找正”的功能。

5)床頭面板(撥盤)具有“自位”功能。在磨削過程中, 通過床頭面板的微小擺動來自動校正軋輥的位置。

6)磨床具有軟支撐裝置。為了防止軋輥上床時的磕碰現(xiàn)象, 現(xiàn)代軋輥磨床都設計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)砂輪在磨削過程中具有隨磨削曲線自動擺動的功能。擺動的角度為1°, 主要是為了在磨削過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, 可使磨削效率提高30%以上。

8)砂輪具有自動平衡的功能。

9)磨削凸凹度范圍大。凸凹度的范圍在直徑方向可達±3 mm。

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