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Achenbach宽幅高速铝箔轧机厚度板形控制特点研究

时间:2018-9-6 13:58:56 点击:

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摘要:宽幅铝箔轧机主要控制铝箔的厚度和板形这两个因素。厚度控制系统是通过实时监控出口测厚仪测量的厚度信号,参考执行器所收集到的数据,计算偏差后,通过调整执行机构位置对厚差进行修正,使整体厚差控制在±2%以内。Achenbach公司开发的自动板形控制系统OPTIROLL?I2 对执行部分工作辊弯辊、轧辊倾斜、VC 辊及轧辊分段冷却进行板形控制,保证宽幅铝箔的厚差和表面张力分布均匀,提高铝箔产品质量。

关键词:宽幅铝箔;板形;厚度控制系统

中图分类号:TG334.9+4 文献标识码:A 文章编号:1005-4898 2018 04-0032-04

doi10.3969/j.issn.1005-4898.2018.04.07

0 前言

近年来,随着宽幅铝箔产品需求量的增多,市场对铝箔轧机生产速度、效率、质量都有很高的要求,尤其随着电容器箔、电池箔需求量的快速增长,对铝箔厚差、板形质量要求更高。为了能高速轧制出更薄、厚度公差极小、板形更好的产品,我公司引进德国Achenbach 公司制造的四辊不可逆2100mm 宽幅高速轧机,产品宽度达1920mm,厚度到0.005mm, 轧制速度达2000m/min。自引进Achenbach 宽幅高速轧机以来,因规格宽、速度快、控制技术先进,操作使用难度很大。经过很长时间的研究和尝试,才掌握了这套设备的设计原理和控制特点,我们根据生产实际对其进行调整和优化,使铝箔产品质量得到了大幅提升。现结合我公司实际情况,重点阐述Achenbach 宽幅高速铝箔轧机厚度、板形控制上的特点。

1 厚度自动控制系统

宽幅铝箔轧机主要控制铝箔的厚度和板形,这两个重要质量因素也是控制难点,铝箔厚度偏差也会影响板形。

我们在轧机出口侧安装X 射线测厚仪,形成高精度闭环控制,通过厚度控制系统实时监控出口测厚仪的厚度信号,参考执行器所收集到的各项实时数据计算偏差后,对位置控制偏差进行修正,同时修正其它控制环路的设定值,来保证带材厚度偏差尽可能小, 通常整板面厚差控制在±2%以内。因辊缝和测厚仪之间有一段距离(约1m),所以监控是一个反应滞后的控制回路。铝箔厚度受辊缝影响,而辊缝又受轧制力、轧辊刚性、弹性变形、带宽、轧机模量、材料系数和弯辊的影响,系统将这些因素均进行考虑并综合计算。

轧制力通过轧辊设定缸处的压力传感器来确定,轧辊组刚度起因于轧辊压扁和弯辊,可以通过带宽和轧制力进行计算。机架刚度(包括牌坊变形) 在控制回路中可以看成是一个常数,材料硬度可以通过轧制力(通过液压加载缸处的压力传感器显示出来) 和各道次压下率计算出来。这些参数激活内控制环设定值的修正值,并选择内控制环模式,因此,可以根据不同厚度要求选择最佳厚度控制模式。具体控制方式如图1 所示。

2 板形控制系统

通过先进的控制系统和执行方式保证宽幅铝箔的厚差和表面张力分布均匀。自动板形控制系统包括检测部分、控制部分和执行部分。精密板形辊测量铝箔宽度方向上的张力分布,实现对铝箔板形的确定,自动板形控制系统OPTIROLL?I2 对执行部分工作辊弯辊、轧辊倾斜、VC 辊及轧辊分段冷却进行板形控制。

2.1 板形检测

板形测量辊将所测得的应力曲线与参考曲线对比,所残留的偏差就代表了轧制期间的板形偏差。板形测量辊作为测量元件安装在出口侧,可检测轧制后箔材横向应力变化情况。板形控制由数个控制回路组成,可通过相应的变量对各种板形误差进行修整。OPTIROLL? I2 板形控制系统测定带宽方向的应力分布,转换为板形缺陷,并可通过采用适当的执行器进行纠正和闭环控制来降低。

该系统采用BFI 开发的精密压电式板形辊,它由一个实心的辊身组成,内部装有预应力压电测力传感器,压电测力传感器以一种交错方式安装在整个辊面内,传感器不仅在板形辊宽度上以一定的间隔分布,而且在板形辊圆周上以4 个不同的角度分布,这些传感器在其非常宽的测量范围内有近100%的线性度,测量信号通过总线系统送到计算机。

2.2 信号处理和传输

信号处理和传输利用板形辊自带的电气装置实现,这些电气装置包括:并联连接箱、电荷放大器、PCM 传送装置。根据采集的板形信号,PC 控制系统采用处理模块来调整箔材张力测量系统。模块由计算机根据信号的大小触发的3 个测量范围组成,其按1416 的比例进行分级。系统根据箔材厚度自动选择,厚度越小,灵敏度越高,低放大为10 倍,中放大为40 倍,高放大为160 倍,更高放大倍数用来测量更薄的铝箔。程序“收集测量值”将信号送到各个区域,计算箔材宽度及长度方向的张应力偏差,并将结果输送到后台的程序中(例如“板形显示”) 作进一步的处理。

该装置应用的测量原理和计算方法可消除任何热和机械的干扰,例如温度变化、速度变化等。用一台大功率计算机处理这些信号,并通过系统接口向轧机执行器发出新的目标值信号(例如倾斜、弯辊、VC 辊、分段冷却等) 进行板形控制。

2.3 板形控制执行

在轧制新料之前,通过操作人机界面输入各项工艺参数预设定一个参考曲线来作为其后测量张力分布的参考。参考曲线因厚度、宽度、合金等不同而不同。

系统通过主要执行器(工作辊弯辊、液压轧辊设定/倾斜、VC 辊、轧辊分段冷却) 对照实际板形曲线进行控制,使得板形偏差尽可能地减小。板形控制的过程图如图2

2.3.1 工作辊弯辊

弯辊利用安装在牌坊内的液压缸的压力作用力在工作辊轴承箱上使工作辊产生附加弯曲,实现辊形调整。弯辊控制是动态调整工作辊凸度的方法,是辊形和热凸度相结合,用来补偿对称的箔材板形分布。

弯辊分为轧辊正弯和负弯两种,是对称调整板形比较有效的直接方式。正弯是指弯辊力与轧制力的方向相同的弯辊方式。对于传统窄幅轧机(1700mm 以下) 而言,它增大了轧辊中凸度,作用的重点是板带的中部,对边部过松有直接改善;负弯是指弯辊力与轧制力的方向相反的弯辊方式,它减小了轧辊中凸度,作用重点则是对称的两个边部,对中部过松有改善。而对于宽幅高速轧机,因工作辊细长,所以弯辊力很少部分作用到箔材中部,较明显的作用区域在中间偏外区域(中间以外二肋区、边部),对称作用调节此区域板形的松紧。

2.3.2 工作辊倾斜

工作辊倾斜控制是对工作辊给定的辊缝或单侧轧制力进行微量调节,此微量是轧辊操作侧与传动侧的倾斜差,是动态调节轧辊咬入铝箔时的线性倾斜的办法。这种控制用来补偿箔材的楔型外形分布,主要用来调节单边松紧度。

2.3.3 VC

可变凸度的VC 辊采用液压手段来影响支撑辊的凸度。用在轧机上当作上支撑辊,目的是为了减少工作辊的磨削次数和提高箔材的平整度。

因宽幅轧机工作辊弯辊系统对板形作用主要限定箔材二肋和边部,根据轧制工艺(材料强度、箔材宽度、热载荷),使用不同的工作辊凸度,仅对轧辊变形做部分补偿。然而,想要较好地对辊缝几何形状进行调整,除了采用工作辊弯辊外还需要动态的辊缝设定系统。

VC 辊是一个带辊套的轧辊,在辊套和心轴之间的辊身中心区带有液压腔。辊套紧缩装配在轴径的两端。为了补偿轧辊的挠曲,辊套由泵入的液压油膨胀,高压液压油经旋转接头进入到可膨胀的液压腔。通过改变油压从0~500bar,辊套的膨胀变化可以设定,其凸度与输入的内部油压直接成比例的增加。现用VC500bar 的油压在辊身中心可产生0.15mm 的径向增量。

与工作辊的弯辊效果取决于板宽和几乎集中到板宽的二肋处不同,在整个工作范围内,VC 辊的有效性集中在板带的中心区(1200mm 以内)。迭加到弯辊的曲线上后,VC 辊提供一个与工作辊弯辊平衡的双曲线。来自两个系统的组合,动态辊缝设定系统对于窄箔和宽箔的有效范围更广,使用两种设定系统的组合对板形的有效性更强,使得宽幅轧机对各种宽度(1200~1924mm 铝箔轧制适应性更强。

2.3.4 工作辊分段冷却

在轧机入口侧将来自轧辊冷却液系统的轧制油通过喷嘴喷到辊子和箔材上,轧制油压通过自动控制阀保持压力恒定。工作辊和支撑辊喷嘴是分区排列的,喷嘴呈线性V 型排列,斜角固定,使射流不会出现交叉现象。为强化箔材边部的冷却效果和补偿铝箔中心与辊系中心偏差,工作辊的整个喷射梁可以平行移动13mm,移动通过液压缸实现。

每个喷嘴由远程操作开/关控制,既可通过控制界面上的监视器手动控制,也可通过板形控制系统自动控制。轧辊冷却能减少局部的残余偏差,消除机械执行机构无能为力的板形偏差;同时通过对整个轧辊总体热凸度的控制使轧机热工况保持在正常范围内。在轧制过程中,为了确保板形控制策略的有效实施,可以根据具体要求,对每个喷射区进行单独设定;利用影响残余板形偏差的比例积分控制器来对喷射冷却程度进行调整,改变冷却液喷淋量大小将局部影响工作辊直径,从而影响辊缝轮廓。分段冷却的最明显效果为局部板形的改善,可以精确控制到边部区域26mm 宽度、中部52mm 宽度铝箔的松紧。

3 结束语

自宽幅高速轧机自动厚度、板形控制系统使用以来,高速计算机系统对各执行机构实现精准协调控制,使得各种宽度铝箔轧制适应性更强,避免了人为等不确定因素对板形的影响,轧机生产的安全稳定性得到有效保障,取得了良好的运行效果。产品厚度均匀性也明显提高,板形更好。

现代化宽幅高速铝箔轧机控制系统除了以上显著特点外,还有激光传感器测量卷径、自动上卸卷、自动套筒传送等功能特点。相信随着我国网络信息技术的发展,届时会实现各道次板形智能化控制,从而推动我国铝箔轧制自动化控制的纵深发展。

作者:不详 来源:网络
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