轧制油冷却技术在铝板带轧机上的应用

轧制油冷却技术在现代铝板带轧机上的应用辊缝间的热力学行为是冷轧的重要研究内容。加工硬化使金属的变形抗力增大,金属的变形热与摩擦热使轧件和轧辊的温度升高,辊系间的热量流动使轧辊轴向温升不均匀,产生热凸度。理论计算可知,在薄带材宽度方向上存在1℃的温差,将导致2I单位的平直度变化。对于现代高速、大轧制力的轧机,这一点更为突出。所以选择合适的冷却润滑剂,对控制板形十分重要。其中轧制油的工作温度、工作压力、流量和分布是主要影响因素。&K.K3c%Th1轧制油温度和流量的选择对于现代高速冷轧机,连续轧制30min后,工作辊面温度可升至100℃以上。辊面轴向温差最初可达到15℃,之后逐渐趋于热平衡。连续轧制1h以上,辊面温差可降为5～10℃[2]。由于轧辊热凸度是一个缓慢变化的过程,轧制冷却液喷射也是一个相对缓慢的控制过程,所以一般经验是将冷却液的工作温度控制在40～60℃(铝箔轧机更高一些)。如果冷却液的温度过低,与工作辊的温差过大,会使工作辊面局部产生急冷效果,反而使辊缝形状恶化,轧出的板形难以控制。另外会在整个辊身径向形成内热外冷的效果,增大轧辊内应力,降低轧辊的使用寿命。/m2b-e+n6h6Z/y1A轧制冷却液流量是根据辊系间的热量平衡来设计的。有些厂家取轧机主电机功率的1/3作为辊系间的总发热量,冷却液的流量、密度、比热和出口温升则是总吸热量的函数。也有些厂家直接取主电机功率绝对值的1.5～2.0倍作为轧制冷却液流量的设计值。例如:主电机功率为4000kW,则冷却液流量设计成6000～8000L/min。对于箔轧机一般取上限。与传统理论不同的是,某些轧机设计厂家明确提出,单纯增大冷却液流量并不能提高辊凸度的控制能力。因为轧辊在高速旋转过程中与冷却液之间的热量交换主要集中在轧辊表层。喷射瞬间,辊面温度迅速下降,相当于在轧辊表面形成一层冷隔,阻碍了进一步的热量交换,所以无谓的增大冷却液流量并不能起到冷却轧辊的效果,还要相应增加油箱、管路等设施和加热/冷却能力,这样是不经济的。&{*V8W&`'Fk2冷却液喷嘴的结构和布置%T0L#x8P$YP&a2b喷嘴结构是依据喷出液流的散射面、散射角、喷射压力等的需要来设计的。有试验显示,在液流冲击区内,轧制油传热系数最大而且均匀,而漫流区内传热系数相对较低[2]。所以在布置上应保证整个辊面宽度上都有液流冲击区覆盖。冲击区应呈斜向平行或人字形交叉布置,这样有利于充分覆盖。冲击区不易过多交叠,以免相互干扰。图1所示为6重冷轧机轧制油喷嘴在高向上的布置。图中A排为上、下工作辊缝间的基本润滑喷嘴,开/闭式设计,每个喷嘴间距为52mm,流量约占轧制油总量的20%;B排和C排为分段冷却喷嘴,多为电磁阀控制脉冲开闭,喷嘴间距为52mm和26mm两种,流量约占轧制油总量的70%,在整个辊形控制中起主要作用;D排为支撑辊基本润滑喷嘴,间距为104mm,开/闭式设计,流量占轧制油总量的5%～10%。应与板形测量辊的探头间距相当,以便对应控制,如图2所示。中间区域喷嘴间距为52mm,总宽度与最小可轧带材宽度相当;边部区域喷嘴间距是26mm,这样就增加了边部区域辊形的控制精度。(CK)S3w.L3边部补偿冷却轧机连续运行一段时间后,辊系间的热平衡虽已建立,但整个工作辊面上仍然会存在5～10℃的温差。在辊身中部与带材接触区域,变形热集中,辊面温度最高,但温度分布相对平缓;轧辊两端无料区及辊颈处因散热最快,温度最低;与轧件边部接触的两个区域辊面的温度梯度最大,图3显示了整个辊面轴向的温度分布情况。#}5l#H#L.E)r.X-P7w其结果是带材边部形成紧边,距边部10～20mm处表现为细小的波浪。这类板形缺陷不同于通常的二肋波浪,而是一种更高次的板形缺陷。对此有些厂家采用了边部喷射热油的办法,以减缓带材边部接触区辊面的温度梯度。这在一定程度上使带材紧边得到了控制。近几年新建的冷轧机上多数都安装了此装置。热油供应是由从轧机净油箱中分离出的一个单独系统来完成,有单独的温控装置,热油温度约为70～85℃。可以在C排喷射梁之外上下单独各设置一排喷嘴,也可以仍采用B排或C排喷射梁上边部区域的喷嘴,但要能够实现冷/热切换。一般同一时间内开启的热油喷嘴数上下两侧共12个。4冷却液的控制方式用调整冷却量的方法来调整辊缝形状是一个相对缓慢的控制过程。有经验显示,轧辊对冷却液的响应时间约为4s。所以用常规的控制方式存在很大的滞后性,控制精度不高。而目前所采用的模糊推理控制法就可以很好地解决这一问题。首先设定以下几种模糊推理的隶属度函数:2G.Y3F0Z+e.x'_.Aa1q(1)形状偏差:当轧辊形状偏差小于某值(AN)时,定义为负偏差;形状偏差大于某值(AP)时,定义为正偏差;当介于AN与AP之间时,定义为无偏差。采用这些假定,偏差为AN及以下时的隶属度函数返回一个0,而偏差为AP及以上时返回一个1,用一条直线将这两端连接起来,如下:(2)形状时间变化:当单位时间内轧辊形状向小于某值(BN)变化时,定义为偏差减小;当形状向大于某值(BP)变化时,定义为偏差增大;介于BN和BP之间时,定义为不变化。隶属度函数关系如下:BP:形状时间变化增大(3)形状空间变化:单位时间内轧辊凸度变化速度低于某值(CF)时,定义为匀速变化;单位时间内轧辊凸度变化速度大于某值(CB)时,定义为快速变化;介于CF与CB之间时定义为缓慢变化。隶属度函数关系如下:上述A、B、C三者互为时间的导数关系。利用轧机出口侧板形应力计检测到的板形偏差信号,转换成辊缝形状偏差量,作为该逻辑关系的条件量。中国铝业论坛$E,O0D.?+k7M相应的推理原则是:Ⅰ:如果同时满足A=AP&B=BP&C=CB,则冷却量α=大量;Ⅱ:如果同时满足A=AP&B=BP&C=CF,则冷却量α=中等;Ⅲ:如果同时满足A=AP&B=BN&C=CF,则冷却量α=少量。7l,I)|g*R*a同样,辊缝形状为负偏差A=AN时,也要实施相应的冷却策略,减少或停止冷却量。通过对高向上的多排冷却液喷咀采取:①B开②C开③B、C同开④B、C同关等多种控制手段,实现冷却量从小到大的调整。5结束语在冷轧铝板带领域,轧制油冷却对于控制带材二肋波浪、局部不对称波浪、小边波以及其他采用弯辊等控制手段难以消除的高次板形缺陷起着重要作用,尤其在现代高精度铝板带轧机上,轧制油冷却技术更是代表了综合板形控制水平。模糊控制技术的应用,使冷轧板形控制精度提高到一个新的水平。