CN101391266B

CN101391266B - 可变凸度铸轧辊、铸轧系统以及可变凸度铸轧工艺

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Publication number: CN101391266B
Application number: CN2008101433480A
Authority: CN
Inventors: 谭建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: CN101391266A

Abstract

本发明公开了一种可变凸度铸轧辊、铸轧系统以及可变凸度铸轧工艺，其核心是铸轧辊的凸度可以分段调控。本发明采用一根进水管和多根出水管对铸轧辊进行分段冷却，通过激光测厚仪对铸轧板的厚度进行在线测量并将测量数据传输给计算机，计算机系统根据数学模型对测量数据进行对照处理，对不符合设定板形的区段向执行机构发出执行指令，调节流量控制阀，改变该区段冷却水的温度，利用金属热胀冷缩原理局部改变轧辊直径，从而达到调控板形的目的。本工艺可实现铸轧板厚度均匀性的自动化控制。本工艺的调控范围0～0.1mm，调控精度±0.001mm。

Description

可变凸度铸轧辊、铸轧系统以及可变凸度铸轧工艺

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种可变凸度铸轧辊、铸轧系统以及可变凸度铸轧工艺。

背景技术

铝及铝合金双辊铸轧技术始创于上世纪50年代，是一项相对于热轧技术年轻的多的新技术。该技术自上世纪60年代进入我国并在70年代末进入工业化应用以来，由于其本身具有投资规模小、建设周期短、生产成本低、短流程、低能耗的技术优势，再加上我国改革开放后铝及铝加工产品大规模从军工、航空领域向民用领域转移的市场环境，该项技术和产能得到飞速发展。截至目前，我国采用铸轧工艺生产铝及铝合金板带箔产品，无论从生产能力还是从实际产量，均占有了我国铝板带箔生产和消费的70％以上。

在长期的生产实践中我们体会到，要获得板形优良的铝箔产品，原始坯料的原始板形非常重要。坯料理想的原始板形应该是对称的、中部略厚的、均匀的抛物线。但由于铸轧工艺过程是一个金属凝固和轧制共同作用的过程，凝固过程受多种因素的影响，其温度场的分布客观上是不均匀的，从而导致紧接着进行的轧制过程中，轧辊变形的不均匀。因此，在铸轧生产过程中，实际得到的坯料板形总是与理想板形有差距，这给最终生产板形优良的铝箔产品造成相当大的困难。

图1描述了铸轧工艺的基本过程：熔融态的铝水(1)在静压力的作用下，通过由上下两片铸嘴(2)构成的铸腔成扇形流出并与铸轧辊套(3)外表面接触，冷却并完成金属的结晶过程，凝固的金属随后通过上下轧辊间的辊缝，经一定程度的轧制变形后获得预定厚度的铸轧铝板(4)。金属凝固所释放的热量是采用冷却水通过铸轧辊芯(5)外表面机械加工成的热交换槽与铸轧辊套(3)内表面进行热交换而带走的。

传统的铸轧辊套冷却方式采用一根进水管和一根出水管对铸轧辊套进行整体冷却，这种方式只能解决热量传递问题，而不能解决由于沿轧辊轴线方向上温度分布的不均匀以及因轧辊不均匀弹性压扁等原因而引起的铸轧板在同截面上厚度的不均匀。

发明内容

本发明的目的是克服传统铸轧工艺所获板形不够理想的不足，提出一种可变凸度铸轧辊、铸轧系统以及可变凸度铸轧工艺，从而实现铸轧辊凸度可变控制，从而获得优良板形的铸轧板。

本发明的技术解决方案如下：

一种可变凸度铸轧辊，包括辊芯和设在辊芯外周的辊套，其特征在于，包括一根进水管和多根出水管，所述的进水管连接辊芯，所述的辊芯沿轴向分隔为多个区段，每个区段对应一根所述的出水管；所述的出水管上设有流量控制阀。

在所述的出水管上还设有测温仪表。

所述的辊芯的每一区段设有径向冷却水槽和周向冷却水槽，进水管中的水通过径向冷却水槽和周向冷却水槽，带走铸轧辊芯一个区段的热量，再由出水管将水导出。

一种可变凸度铸轧系统，包括2个可变凸度铸轧辊、铸轧辊驱动装置、铸嘴、厚度测量机构、PLC控制器和上位机；所述的2个可变凸度铸轧辊包括辊芯和设在辊芯外周的辊套，至少有一个铸轧辊包括一根进水管和多根出水管，所述的进水管连接辊芯，所述的辊芯沿轴向分隔为多个区段，每个区段对应一根所述的出水管；所述的出水管上设有流量控制阀；

所述的铸嘴中流出的熔液在2个铸轧辊的间隙中冷却，并在2个铸轧辊的作用下形成铸轧板；

所述的流量控制阀受所述的PLC控制器控制；所述的PLC控制器通过铸轧辊驱动装置来驱动铸轧辊；

所述的厚度测量机构测量铸轧板的厚度，并输出该厚度到所述上位机，所述的上位机输出指令到所述PLC控制器。

所述的出水管上还设有测温仪表，所述测温仪表输出信号到所述PLC控制器。

一种可变凸度铸轧铸轧工艺，其特征在于，包括以下步骤：

铸嘴中流出的熔液在2个铸轧辊的间隙中冷却，并在2个铸轧辊的作用下形成铸轧板；在铸轧过程中，测厚仪测出的铸轧板的厚度，并将数据传送至控制器，控制器将该数据与理想板形的数据进行比较，通过分析计算，发出控制指令控制流量控制阀打开程度，测温仪表测出回水温度后反馈给控制器；由测厚仪、铸轧辊的流量控制阀及测温仪表、铸轧板和控制器组成自动控制系统，使得铸轧板的厚度达到预设的理想精度。所述的可变凸度铸轧辊，包括辊芯和设在辊芯外周的辊套，还包括一根进水管和多根出水管，所述的进水管连接辊芯，所述的辊芯沿轴向分隔为多个区段，每个区段对应一根所述的出水管；所述的出水管上设有流量控制阀；在所述的出水管上还设有测温仪表。

作为改进，所述的控制器包括上位机和PLC控制器；所述的上位机用于处理接收到的测厚仪的数据并输出控制指令，所述的PLC控制器与上位机通信连接，所述的PLC控制器执行该控制指令并驱动流量控制阀，以及接收测温仪表输出的水温数据。

有益效果：

利用金属热胀冷缩的原理，实现了铸轧辊辊径的分段可变调控，通过精确的数学模型(可以通过多次实验获得)与计算机控制，可有效地达到控制板形的目的，并实现了自动控制，可大大提高了铝板带箔的生产质量。本工艺对铸轧板的调控范围为0～0.1mm，调控精度±0.001mm，达到了铝行业的国家标准。

附图说明

图1为可变凸度铸轧工艺的基本过程示意图；

图2为铸轧辊结构示意图；

图3为铸轧辊冷却方式即进水与回水示意图；

图4为铸轧辊与铸轧板的配合关系示意图；

图5为可变凸度铸轧系统示意图。

标号说明：1——铝水；2——铸嘴；3——铸轧辊套；4——铸轧铝板；5——铸轧辊芯；6——铸轧辊芯；7——旋转接头；8——测温仪表；9——流量控制阀；10——进水管；11——出水管；12——铸轧辊芯；13——出水管；14——进水管；15——径向水槽；16——周向水槽；17——铸轧铝板；18——铸轧辊。

注：图2、3、4中的A、B、C、D、E表示铸轧辊身的分段号。

具体实施方式

以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

图2描述了本发明——可变凸度铸轧工艺的铸轧辊结构，其特征在于：采用一根进水管(10)和多根出水管(11)对铸轧辊套进行分段冷却，即将铸轧辊芯(6)沿轴向分隔为若干区段(图中的A、B、C、D、E)，每个区段对应一根出水管。回水由旋转接头(7)导出，其流量由流量控制阀(9)控制，测温仪表(8)用来测量回水的温度。

图3描述了本发明——可变凸度铸轧工艺的铸轧辊冷却方式，其特征在于：多根出水管(13)成周向分布在进水管(14)周围，每根出水管对应铸轧辊身的一个区段。以铸轧辊芯(12)A区段为例，进水管(14)中的水通过径向冷却水槽(15)和周向冷却水槽(16)，带走铸轧辊芯(12)A区段的热量，再由出水管(13)导出。其它区段的冷却方式与其相同。

本发明板凸度调控原理是：在铸轧生产的过程中，铸轧辊处在一个复杂的温度场内，外表面直接与高温铝水接触，内部通有冷却水，通过改变冷却水的流量，即可改变冷却水的温度，根据金属热胀冷缩原理，可以使铸轧辊的直径发生改变。如果我们将铸轧辊分成若干区段，每一区段的冷却水流量都可以分段调控，那么铸轧辊的辊身直径就可以分段调控。如图4所示，若增加铸轧辊(18)C区段的冷却水流量，则该区段辊身由于降温收缩，该区段的直径将减小，那么该区段对应的铸轧铝板(17)c处的厚度将增加；相反，若减小冷却水的流量，则该区段辊身由于升温膨胀，该区段的直径将增大，那么该区段对应的铸轧铝板(17)的厚度将减小。

铸轧辊直径的改变量δ_i与回水温度T_i存在函数关系：

δ_i＝f₁(T_i)(式1)

铸轧板厚度的改变量Δh_i铸轧辊直径的改变量δ_i存在函数关系：

Δh_i＝f₂(δ_i)(式2)

故铸轧板厚的改变量Δh_i与回水温度T_i之间存在函数关系：

Δh_i＝f₃(T_i)(式3)

(注：各式中的i＝A、B、C、D……，表示所对应的区段)

各函数关系可由实验测得，回水的流量由流量控制阀(9)控制，回水温度由测温仪表(8)测出，铸轧板的厚度由激光测厚仪检测，这样就可由计算机实现精确控制了。

图5描述了本发明——可变凸度铸轧工艺的控制系统，该系统由可变凸度铸轧辊、激光测厚仪、上位机、PLC系统以及一些必须的辅助系统组成，其工作状态是：在铸轧过程中，激光测厚仪测出的铸轧板的厚度，并将数据传送至上位计算机，上位计算机将其与理想板形进行比较，通过分析计算，发出控制指令给PLC，PLC再控制流量控制阀，测温仪表测出回水温度后反馈给PLC。若测出的板厚小于理想板形，则应增加回水的流量以减小铸轧辊的直径，使该区段的板厚增大；同理，若测出的板厚大于理想板形，则应减小回水的流量以增大铸轧辊的直径，使该区段的板厚变小。根据精确的数学模型与计算机控制，可以做到精确调整，即可获得在同截面上厚度均匀的优良铸轧板。

本发明的核心是使用了可变凸度铸轧辊，该铸轧辊采用一根进水管与多跟出水管将铸轧辊身分成若干区段，每个区段对应一根出水管，每个区段的回水流量由流量控制阀调控，温度由测温仪表测出，每个区段铸轧辊辊径都可以单独调控，通过计算机控制系统、PLC控制系统、激光测厚仪的配合，可以实现高精度板形控制，达到优良的板形，整个过程实现了自动控制，具体的实施方式为：在铸轧过程中，激光测厚仪测量铸轧板的板厚h_i(i＝A、B、C……)，激光测厚仪将检测信号传回上位机，上位机将该信号与理想的板形h_i进行比较，计算出偏差值Δh_i＝h_i-h_i，当Δh_i>0时，表示该部位的铸轧板相对较厚，需要增加该区段铸轧辊的直径，上位机根据数学模型(式3)，计算出回水温度T_i，发出控制指令给PLC，PLC减小流量控制阀(9)的打开量，以减小回水流量q_i，提高冷却水的温度，这样辊身将升温膨胀，辊径将变大，铸轧板厚度偏差Δh_i减小，直到测温仪表(8)检测的回水温度

T_{i}^{'} = T_{i};

同理，当Δh_i<0时，表示该部位的铸轧板相对较薄，需要减小该区段铸轧辊的直径，应增加流量控制阀(9)的打开量，以增加回水流量q_i，降低冷却水的温度，这样辊身将降温收缩，辊径将变小，铸轧板厚度偏差Δh_i减小。根据精确的数学模型与计算机控制，可以做到精确调整，即可获得在同截面上厚度均匀的优良铸轧板。

Claims

1.一种可变凸度铸轧辊，包括辊芯和设在辊芯外周的辊套，其特征在于，包括一根进水管和多根出水管，所述的进水管连接辊芯，所述的辊芯沿轴向分隔为多个区段，每个区段对应一根所述的出水管；所述的出水管上设有流量控制阀，在所述的出水管上还设有测温仪表，所述的辊芯的每一区段设有径向冷却水槽和周向冷却水槽，进水管中的水通过径向冷却水槽和周向冷却水槽，带走铸轧辊芯一个区段的热量，再由出水管将水导出。

2.一种可变凸度铸轧系统，其特征在于，包括2个可变凸度铸轧辊、铸轧辊驱动装置、铸嘴、厚度测量机构、PLC控制器和上位机；所述的2个可变凸度铸轧辊包括辊芯和设在辊芯外周的辊套，至少有一个铸轧辊包括一根进水管和多根出水管，所述的进水管连接辊芯，所述的辊芯沿轴向分隔为多个区段，每个区段对应一根所述的出水管；所述的出水管上设有流量控制阀；

所述的厚度测量机构测量铸轧板的厚度，并输出该厚度到所述上位机，所述的上位机输出指令到所述PLC控制器，所述的出水管上还设有测温仪表，所述测温仪表输出信号到所述PLC控制器，所述的辊芯的每一区段设有径向冷却水槽和周向冷却水槽，进水管中的水通过径向冷却水槽和周向冷却水槽，带走铸轧辊芯一个区段的热量，再由出水管将水导出。

3.一种基于权利要求1所述的可变凸度铸轧辊的可变凸度铸轧铸轧工艺，其特征在于，包括以下步骤：

铸嘴中流出的熔液在2个铸轧辊的间隙中冷却，并在2个铸轧辊的作用下形成铸轧板；在铸轧过程中，测厚仪测出的铸轧板的厚度，并将数据传送至控制器，控制器将该数据与理想板形的数据进行比较，通过分析计算，发出控制指令控制流量控制阀打开程度，测温仪表测出回水温度后反馈给控制器；由测厚仪、铸轧辊的流量控制阀及测温仪表、铸轧板和控制器组成自动控制系统，使得铸轧板的厚度达到预设的理想精度，所述的辊芯的每一区段设有径向冷却水槽和周向冷却水槽，进水管中的水通过径向冷却水槽和周向冷却水槽，带走铸轧辊芯一个区段的热量，再由出水管将水导出；所述的控制器包括上位机和PLC控制器；所述的上位机用于处理接收到的测厚仪的数据并输出控制指令，所述的PLC控制器与上位机通信连接，所述的PLC控制器执行该控制指令并驱动流量控制阀，以及接收测温仪表输出的水温数据。