铝钢冷轧机的发展

铝钢冷轧机的发展SMSDEMAG为铝和钢铁工业开发了综合的新型冷轧机。主要成果包括机架的模数法设计（多合一设计），总体辊缝控制，凸度可变支承辊，复杂的边缘下沉补偿系统，热喷射装置和新的带材干燥系统。8台铝轧机和5台钢轧机会具有这些新的技术特点。冷轧的新发展市场需求和SMS战略。金属工业里公司和团体之间的竞争越来越激烈。SMS的战略就是以合理的价格和优越的质量，向铝和钢铁行业的客户提供最先进的成套设备工程技术，用于生产轧制产品。这一战略包含有：-优越的工程技术-最先进的科技-低成本轧机，即低生产成本和操作成本-成套设备包括安装和试车，即设备工程、加工工程、自动化、电器工程和技术-以伙伴关系与世界范围内的客户合作-积极与客户合作确定需求如质量、工程和服务去年合并成SMSDEMAG后，“科技领导者”的口号仍然是冷轧机领域鼓动性观念的格言。SMS继续开发新观念和新技术，同时也不忽视已有的方法和技术。研发办公室合格的工程师和模拟冷轧全过程的先进计算机，有三维CAD工作站的设计办公室，现代制造工厂以及合格的员工使得公司能够开发出最先进的冷轧技术。模数法设计的冷轧机。除了提高冷带质量的设计新发展，SMS做出巨大的努力来大大降低新冷轧机和轧机改造的投资和生产成本。这些广泛的调查，包括功能价值分析，标准化和典型化，涉及了世界范围内的客户、公司所有的专家组和相关的供应商。例如，设计新冷轧机时，标准辊径就用在工作辊、中间辊和支承辊。另一种方法是大大减少轴承组件的种类，所以如今冷轧机只需要少量的轴承尺寸。这样使轧辊和轴承的生产商成本降低，速度加快。冷轧机投资成本的降低，设备可靠性的增加和现场要求安装时间的大大减少发展出一个新的机架观念，即多合一设计（AIO设计）。机架和附件组装成一个完整的模数组，图1，包括：-有废气系统的机架外壳-机架顶端区域的维护平台-机架管道-与机架操作板的电缆连接-分离器在牌坊顶端分开两个牌坊管道、电缆、阀座等在工厂提前组装在单个模件内，图2，和旧式程序不同的是，不需要拆除，而是作为整体装运到现场最终安装。有了这种设计，整个机架管道和电缆的安装时间节省了多达80%。这一设计运用在德国ThyssenKruppStahl新的五机架串列式冷轧机和希腊ElvalS.A.新的铝冷轧机上。辊缝调整的新的最终控制部件。铝和钢带的冷轧机必须为辊缝的调整提供一个相当大的设定范围，因为材料强度越来越高，带材更宽和更灵活的厚度范围，以及加工生产线自动化的进步。为了这一目标，SMS开发了新的最终控制部件。调整冷轧机辊缝最重要的系统包括：-液压压下-工作辊和中间辊弯曲系统-CVC抽动系统-部分工作辊冷却系统-SCR支承辊-EDC辊和EDC冷却系统-边缘热喷射系统还有轧机和产品优化的自动化系统。这些部件组成了SMS新的高科技理念，即总体辊缝控制系统（TRC）。图3。另一项新技术是工作辊和中间辊的加强抽动技术（ESS）。这一技术适应了轧制高强度材料的最高要求，得到最小的最终带材厚度，并有一个广泛的产品组合。SCR支承辊。液压膨胀SCR（特殊凸度轧辊）支承辊是为铝薄带和铝箔轧机专门开发的，但是也可以用在两辊和四辊的带钢平整机上。SCR支承辊的使用在闭缝模式下能够改进薄带和箔材轧机中材料边缘的质量。并有其它方面的好处，如带材断裂次数减少，工作辊和轴承的使用寿命延长，轧制速度加快。SCR支承辊象传统轧辊一样，有一个辊套在辊轴上，但是辊套的末端延伸形成锥形。锥形衬套塞入这些膨胀缝中，无间隙，轴向定位，图4。液压油通过辊轴和交叉孔到达锥形衬套和辊套之间的缝隙。通过改变液压调整轧辊在带材边缘区域的外形。轧机的控制与SMS自动化系统的平整度控制完全结合。没有液压油的时候，轧辊的金属部分接触，可以象传统支承辊那样操作。轧辊内部没有活动部分。液压介质和轧辊的连接是通过中间旋转联接器，所以轧辊可以有一个共用的孔。SCR支承辊的使用使工作辊不用预热，并使连续轧制成为可能。这对产量也有积极的影响。图5显示了使用SCR支承辊的德国VAWAluminiumAG箔材粗轧机（四辊）的操作结果。带材表面检测。对冷轧带材表面质量的更高要求需要有最先进过滤技术的冷却和润滑系统。由于连续轧制过程使用的不断增多，进料和出料时对轧辊的损坏已经大大减少。然而，检测冷轧带材的表面仍然必不可少。越早检测，废品越少。有了新的在线检测系统，可以从运行带材上剪切5米到10米，直接在连续或非连续冷轧机上检测。因此在有表面缺陷的情况下，就能立即采取行动，如更换轧辊。EDC冷却系统。EDC（边缘下沉控制）冷却系统开始是为两次冷轧（DCR）锡板轧机开发的，其主要目的是突然降低热轧辊在带材边缘区域的凸度，来补偿带材边缘的下沉。除了普通的工作辊冷却，用于EDC冷却的喷射集管设置在工作辊的出口或入口侧。图6a。基本冷却使用基本系统中普通供应温度的冷却液、乳液或冷轧润滑油；边缘冷却使用冷却的乳液、轧制润滑油或水，使边缘区域有足够的降温，达到合适的热轧辊凸度。EDC轧辊系统。EDC工作辊最初也是为DCR锡板轧机设计的。这些轧辊的特点是其辊身一端有一个环行凹口，图7。轴向长冲程抽动系统使轧辊能够适应不同的带材宽度。边缘下沉补偿主要依赖于辊壳和带材边缘之间重叠的程度。由于它们的设计，EDC轧辊对辊缝边缘区域的单位压力分布产生正面反应，同时保证一对轧辊的平滑接触，降低损耗。带材的自然边缘下沉由于重叠程度的增加而减少。EDC系统主要用于减少切边损耗。EDC轧辊和EDC冷却系统在同一台冷轧机上进行测试，试验中节省了5-15毫米宽的材料。另外，轧制试验也在操作情况下确立了EDC轧辊系统的使用，证明了EDC轧辊在减少带材边缘下沉上非常有效。轧铝中（边缘延伸带区和紧密的带材边缘）经常出现在边缘区域的平整缺陷可以通过特殊形状的EDC轧辊轮廓调整。相应测试正在欧洲一家冷轧工厂开展。当然，EDC系统的最佳使用取决于轧机观念，轧制材料和产品组合。在轧钢中，EDC冷却在扩大的带材边缘区域有效，但同时EDC轧辊的作用只限于带材边缘区域。轧钢的串列式冷轧机上可以把EDC冷却用在前几个机架上。这里，更大量的热能传递到工作辊上，使热凸度更大，边缘下沉更深入带材。EDC轧辊理论上可以运用在所有机架上。一个物理装置模型为EDC激活器提供了开始条件，激活器还有依据在线带材边缘形状测定的前馈和反馈控制。加上形状和平整度控制系统，就能达到高度的加工最优化。图8显示了模拟五机架串列式轧机在两个不同EDC构造下的带材外形。所有模拟都以切边热带材作为原材料。第一次模拟中没有EDC系统，5道轧制中可以观察到边缘下沉的连续增加（左图）。第二次模拟只在机架1上安装了EDC冷却系统，在此机架观察到明显的边缘下沉减少，而在接下来的轧制（中图）中，边缘下沉又开始增加。最好的结果是在所有机架上安装EDC系统的模拟中（右图）。第一台安装EDC轧辊系统的新型轧机是用于铜和铜合金的两机架六辊串列式轧机。ThyssenKruppStahl新的五机架六辊串列式轧机将在所有机架上安装EDC轧辊系统。SMS也会提供所要求的控制系统和测量仪器。边缘热喷射。改进平整度控制，尤其是开坯轧机和精轧机轧铝时的另一种可能就是边缘热喷射。轧铝过程中，工作辊的热范围不能达到带材的宽度。与统一负荷分布的差异造成了紧密的带材边缘，同时由于工作辊弯曲，最终会导致四分之一中间浪的带材缺陷。这些平整度的差异能够通过HES系统（带材热边缘系统）来有效调节。把热的冷却液喷射到工作辊带材边缘和辊颈之间区域，能够大幅度降低工作辊被带材覆盖部分的热变形。实际操作中，每个工作辊每侧的另外两个喷嘴打开，几乎能完全去除变形，图9。在现有轧机中，第三排独立喷嘴会加到每个工作辊原有的两排喷射集管。喷嘴是单独控制的，通过平整度控制系统在出现紧密边缘时根据带材宽度打开。喷嘴尺寸约为25升/分，周期性需要200升/分的热润滑油；温度要比冷却液温度高40-50℃。在巴林Garmco-GulfAluminiumRollingMillCo.的操作经验和其它参考经验证明这项技术大大改进了轧制中的平整度控制，提高了产品质量和产量，并使轧机得到最佳利用。带材干燥系统。冷轧钢带和铝带的过程要求卷取的带材干燥、无斑点。SMS为此开发了带材干燥系统。根据冷轧机中运用的冷却和润滑系统，即只在入口侧尾或入口侧尾和输送端尾使用冷却液和润滑液，需要一些不同的溶液。为了入口侧冷却液和润滑液的使用开发了干带（DS）系统。带材干燥系统既包括完全证实的技术也含有新开发的技术，以无接触的方式生产干燥的冷带材，图10。创新的铝材轧机Elval的六辊带材轧机。Elval的HellenicAluminiumIndustriesS.A.是希腊ViohalcoGroup,Inofita-Viotia的子公司，它是欧洲顶级铝合金生产商。其带卷年生产能力超过了1000000吨。1999年初，拥有欧洲最大热轧机的Elval向SMS订购了一台用于轧制铝材和铝合金的新冷轧机。计划在2000年12月投入运行。新轧机，图11，将生产1000，3000和5000系列预轧和精轧的铝坯和铝合金。带材宽度从1250毫米到2300毫米，厚度在入口侧最大6.0毫米，在出口侧最小0.15毫米。最大卷重为32吨，最大直径为2600毫米。Elval轧机是一台模数法多合一（AIO）设计，包括了所有部件，即机架有废气系统，维护平台，所有液压阀座，管道，电缆，控制板和分离两个轧机牌坊的分离器。轧机是六辊，传动的凸度连续可变中间辊抽动，工作辊有水平稳定（HS）系统。根据轧制任务，可选择良种工作辊径。这样增加了轧机灵活性，并优化了最终产品。最佳的辊径，24000千牛的轧制力，到1800米/分的轧制速度，9800千瓦的总装机容量，以及成熟的过程控制系统和西门子AG普遍证实的传动工程，保证了产品的高质和高产。轧道调整的无极楔子安装在机架底部，来保持持续的辊道。这种设计第一次用于一个很大的在研磨和在调整范围。这台轧机安装了以下最终控制部件：-有低摩擦调整缸的液压压下-工作辊和中间辊弯曲-CVC中间辊抽动，抽动冲程为+/-150毫米-多段冷却和入口侧的部分冷却-工作辊的水平稳定（HS）这些最终控制部件（除了工作辊的水平稳定（HS系统））都在平整度和厚度的闭环控制系统内运行。VAWAluminium三台带材轧机的改造。德国最大的铝带和铝箔生产商-VAWAluminiumAG最近要求SMS广泛提高其在汉堡工厂两台冷轧机和一台热轧机的性能。VAW选择了SMS提出的“全套”解决方案，包括Levels1和2的广泛自动化，一个提前过程控制系统和轧制时间表计算。除了新的机械和液压部件，合同还涵盖了冷却系统，基本系统自动化和电力驱动系统，以及所有相关的设备拆除和重组工作。另外，第一台改造冷轧机的试车计划在2000年底/2001年初开始。另外两台轧机计划分别在半年和一年以后运行。过去生产宽度从2650毫米到2900毫米板带的四辊可逆热轧机架，将安装新的液压调整缸和一组更强的工作辊弯曲缸。加上机架出口侧新的厚度、轮廓和温度控制系统，以及轮廓和厚度标尺测量装置，这些改造可使带材公差降低，轮廓控制范围增大。轧辊和轧制坯料上冷却液分配的修改，机架入口侧新的乳液喷射集管和新的冷却部分的安装，使温度能够得到精确控制。再加上轧制时间表优化，这些方法在降低要求的轧辊研磨工作50%和大幅度改进板带外形、厚度公差和表面质量的同时，极大地提高产量。两台四辊冷轧机的一套改造计划也能带来许多改进。这些组件的设计是为了生产厚度为0.05毫米到0.25毫米，宽度为1630毫米到1750毫米的高质带材。减少的停机时间和更高的轧制率使得产量增加的同时，新的控制技术可以使厚度和平整度公差更小。另外，出口侧带材的干燥可以提高表面质量。这些改进的完成是通过新的带材厚度测量和平整度控制技术，新的轧辊调整的液压系统，入口侧和出口侧的厚度测量装置，平整度测量辊，有单个喷嘴调整的工作辊冷却，有整体出口导卫装置的带材吹扫系统，一个轧辊驱动改造成电枢马达来提高效率（轧制速度提高到1100米/分），有侧