热轧铝板带坯的凸度及其控制

摘要：为取得板带箔高精度平直板形，仅仅强化热精轧的凸度控制是不够的，因为在随后的冷轧机上的AFC系统要改变热轧板形也是无能为力的，在热粗轧机上的板凸度控制不能忽略。

关键词：热轧坯料；板形；板凸度；平直度

　　1 板凸度产生的原因及调整策略

　　板形已经成为板带箔材的重要质量指标。当采用热轧坯料轧制时，获得良好平直的板带箔材的关键在于控制好热粗轧的板形(凸度)。因为板带在轧制过程板坯的凸度具有明显的遗传性。经过铣面的板坯，断面是平直的。在热粗轧过程，每一道次的绝对压下量差不多相等，但轧制力是在变化的，这就使得辊型一直在变化，造成板带凸度在不断变化。由于板坯较厚，在轧制过程，除了纵向的明显延伸，金属的横向流动也比较容易，所以尽管凸度变化较大，板形并没有明显缺陷。这就是所谓的“带材平直度锥”或称平直度调节的喇叭形原理，见图1［1］。用公式表示为：


co-带材入口凸度；ho-带材入口厚度；
w-带材宽度；宽／厚比数据对应低碳钢

图1 　带材平直度锥

c1，c2－分别为带材入口和出口凸度；
　　h1、h2－分别为带材入口和出口厚度
　　W－带材宽度；
　　a、b－常数(对低碳钢a=b=1.86)。



图2 1100铝合金2100mm宽，出口厚度5.5mm平直度死区的模拟计算结果

　　肖赫特和汤森开发的带材平直度模型中，以及萨默斯的进一步研究中都指出，如果带材相对凸度的变化在图2中的影线区，则热轧期间平直度良好。

　　图2中的影线区称平直度死区，平直度死区表示带材板形不发生变化的出口带材相对凸度变化的允许范围。这个范围随宽厚比和轧材变形阻力的增加而减小。也代表了对平直度的调节范围［1］。两条虚线之间代表的是平直度执行器的调节能力。从图2中可以看到，当铝板带厚度在16mm～14mm左右，尽管凸度变化范围较大，板带并无明显的平直度缺陷(当然也就很难检测)，板带厚度进一步减薄，尽管执行器的调节能力增大，但可调节范围缩小，调节效果自然也不明显。图2明确显示出，在热轧铝板带过程，必须在热粗轧过程就要把板凸度调整好。

　　2 板凸度的控制策略

　　对于1100铝合金，这个死区厚度范围近似30mm～55mm(粗轧的最后3道次)。



图3 七机架热轧板带断面形状和平直度控制策略

　　对于一个七机架热轧机来说，断面形状和平直度控制策略如图3所示，在F1、F2、F3进行凸度控制，在F4、F5、F6、F7进行平直度控制。典型较先进的热轧平直度控制系统见图4［2-3］



图4 典型的较先进的热轧平直度控制系统

　　为了取得合适的凸度和良好的板形，在F1、F2、F3上采用四辊轧机(HCw)工作辊可以轴向调节；而F4、F5、F6采用六辊轧机(HCMW)中间辊可以轴向调节。

　　在目前国内的铝加工的热轧中，多数是“1+1”，或“1+3”，“1+4”配置，这样，热轧板坯的凸度控制就要在热粗轧上下功夫。

　　在最新引进的热轧机组中，热粗轧上还是采用数学模型控制，控制手段也仅限于正弯辊。这对于为了取得高精度断面的自动控制是不够的。在日本的Furukawa铝公司Fukui工厂的热轧机列的配置见图5［4］，在热粗轧和热连轧机上都装有TP辊，装有TP辊和不装TP辊的热轧板板凸度比较见图6。



图6 装有TP辊和没有装TP辊的热轧板凸度比较

　　实践也证明，近期由国内不带板形自动控制热轧机组提供的铝箔坯料，在国内外试用中，已表现出板形不理想。

　　因此，为取得板带箔高精度平直板形。仅仅强化热精轧的凸度控制是不够的，在随后的冷轧机上尽管装备有最先进的板形控制系统，它的作用也只能维持热轧板形不变坏。因此，在热粗轧机上的板凸度控制不能忽略。

　　在装有板形检测和反馈的闭环控制系统的连轧机组上，连轧机架越多板形控制效果也越好。粗轧的控制效果只能取决粗轧数学模型的成熟和完善。而在粗轧机上增加必要的控制手段正是使数学模型成熟和完善的必要措施。这也是为什么在先进的粗轧机上，除了装有正弯辊机构以外又增设了的TP辊，强化了热粗轧的控制手段。但是，由于仍然是用数学模型控制，只能用下一卷来改善上一卷，而不能适时反馈矫正。

　　3 结束语

　　为取得板带箔高精度平直板形，仅仅强化热精轧的凸度控制是不够的，因为随后的冷轧机上的AFC系统要改变热轧板形无能为力，故在热粗轧机上的板凸度控制不能忽略。

　　在串列式铝板带热轧机上，板凸度的控制在热粗轧阶段就要采取必要的措施，如图7。在热粗轧的出口装备热粗轧板形仪，并在热粗轧的最后三个道次(或更早)使热粗轧板形仪投入运行，进行闭环自动控制，就会大大改善热精轧人口的板形，从而，在现有基础上进一步提高板带产品的平直度精度。


图7 理想的板凸度控制示意图