铸轧生产中的粘辊现象研究

铸轧生产中的粘辊现象研究

摘要论述铸轧生产中引起粘辊现象的原因,粘辊后铝带表面被破坏,造成铸轧产品质量下降,并严重影响轧制速度,粘辊严重时不得不中断生产。除此之外,粘辊后造成上下滚负荷分配极为不均,对铸轧机设备本体的使用寿命也有很大的影响。所以,掌握粘辊后上下辊速度、负荷变化很有必要。并由此设计出一种一旦发生粘辊便能够自动检测、自动调节上下辊速度、自动平衡负荷的电气控制线路。把粘辊消灭在萌芽状态是一种具有重大意义的研究。

关键词铸轧机;粘辊;轧制速度;负荷

铸轧生产过程中,铸轧圈内的入口侧为金属熔体,当金属熔体与铸轧辊上下辊面接触时,开始凝固,随着铸轧辊的转动,凝固壳不断增厚,开始进入轧制区。由于铸轧辊辊径大,表面粗糙,摩擦系数大,入口侧无阻力,所以辊面上凝固的金属温度高,与辊面相互粘着,以相同的速度前进,使带变薄并拉向出口侧,因此带坯出口处的速度大于铸轧辊辊面的线速度。

在稳定的连续铸轧过程中,有时由于加热设备或供水系统的原因,出现铝熔体浇注温度升高,或者冷却水系统压力降低等现象,而铸轧机速度一直保持不变,导致铸轧区入铝轧件平均温度升高,液穴加深,铝铸件与轧辊表面摩擦系数增大,粘着区弧线加长。当粘着区大于或等于凝固区与轧制变形区之和时,就产生粘辊现象。

粘辊后,铝表面被破坏,造成铸轧板质量下降,并严重影响轧制速度,粘辊严重时,不得不中断生产。除此之外,粘辊后造成上下辊负荷分配极为不均,对铸轧机本体的使用寿命也有很大的影响。

1粘辊后的负荷分配

以上海天重重型机器设备有限公司制造的Φ820*1600倾斜式双驱动铸轧机为例,结合生产记录进行分析。

铸轧压上缸油压19MPa,冷却水压0.4 MPa,水温25℃,前箱铝液温度707℃,铸轧区长度49mm,铸轧卷线速度920mm/min,以上是铸轧机正常生产时的数据。对应的电机参数如表1。

试生产时,铸轧卷的线速度1250mm/min,粘辊严重,连续交替粘上下辊,粘上辊120mm后,接着粘下辊120mm,呈周期性粘辊,持续了15min,当铸轧卷的线速度降到920mm/min时便正常了,粘辊时电机参数如表2。

是什么原因造成这样的结果的呢?我认为与浇铸料嘴的上边前沿靠近后以及上辊比下辊冷却效果好的原因有关,这是生产工艺和设备本体造成的,但是表2记录的数据时怎么产生的呢?

铝带坯粘到上辊后,相当于上辊辊径增加两个带坯的厚度,此时的辊缝为6.5mm,上下辊都是820mm,因此有:

D上=820+2*6.5=833(mm)D下=820(mm)

V0上=3.14* D上nV0下=3.14*D下n

式中:D上D下—粘上辊时上、下辊辊径;V0上—粘上辊时带坯下表面的线速度;

V0下—粘上辊时下辊表面的线速度; n—上下辊粘辊前的同步速度。

粘上辊时,上辊与带坯同步转动,而带坯与下辊仍存在前滑量约6%,以带坯下面为参考,下辊的线速度为:

V =3.14* D下n+6%*3.14* D下=3.14*820n+6%*3.14*820n=2729.3n

V0上=3.14* D上n =3.14*833*n=2615.6n

所以V>V0上

因此证明:粘上辊时下辊转得快,下辊拖着带坯和上辊转动;下辊负载力矩增加,电机电流增加。同理,粘下辊时,与粘上辊正好相反。

从表1、表2的参数看出:上下辊电机电流之和在粘辊前后是不相等的,粘辊后增加了A,即粘辊时总轧制力矩增加,这又是什么原因引起的呢?

参见图1,正常铸轧机生产时,牵引力的作用位置在YY’即上下辊中心连线的左面,牵引力的方向与上下辊轧制力的方向相同,沿着轧辊外圆的切线方向,做的都是有用功,粘辊时牵引力除了帮助辊带着铝板转动外,很大一部分力F2用来克服上辊与带坯之间的粘着力。见牵引力的分解图(图1)。粘辊时牵引力对下辊没有作用。这也是上辊电机电流减小,下辊电机电流增加的原因之一。理论与实践都证明:粘下辊时,由于卷取机牵引力的作用,使上辊电机电流增加,转速下降;下辊电机电流减小,转速上升。铸轧机总负荷增加。

图1粘辊时牵引力的分解图

通过以上分析不难看出:粘辊使上下辊的负荷分配不均。然而,铸轧生产历来就有粘辊的弊病,能否预防,能否检查控制呢?

2粘辊的自动检测与控制

根据粘辊时被粘辊电机电流减小,转速上升,不被粘的辊的电机电流增加,转

速降低的这一客观规律,设计出具有粘辊自动检测与控制的倾斜式双驱动铸轧机电气原理图(如图2所示)。图上上下辊电机均有各自的双闭环稳速装置供电,并分别带有直流测速发动机,为了实现粘辊自动检测与控制,设置了调节放大器1和2。放大器1的一个输入来自下辊电机电流给定,并经电位器2W分压;另一个输入来自上辊电机电流给定,并经电位器1W分压,反相器1反相,构成上辊电机的差值控制环节。放大器2的一个输入来自上辊电机电流给定,并经由电位器1W分压,另一个输入来自下辊电机的电流给定,并经电位器2W分压,反相器2反相,构成下辊电机的差值控制环节。二极管1D、2D的作用是控制调节信号的方向,以实现粘辊的自动控制。

当带坯粘上辊时,有前面的分析知:上辊电机电流减小,转速上升;下辊电机电流增加,转速下降。由于转速负反馈作用,使上辊电机电流给定值Ig1减小;下辊电机电流给定值Ig2增加。Ig1/Ig2与设定值(由1W、2W电位器分压值之比a2/a1决定)不一致。放大器1输出一个正比于电流差值的正信号。铸轧生产工艺的特殊性决定粘辊时时只能降速,不能升速。因此设置了二级管1D,正的升速信号被阻断,使上辊电机转速不能上升。放大器2输出一个正比于电流差值的负信号,二极管2D导通,使下辊电机转速给定值下降,速调2输出下降,电流给定值Ig2减小,直至Ig1/Ig2=a2/a1(即不粘辊时)为止。带坯粘下辊时,下辊电机电流减小,转速上升;上辊电机电流增加,转速下降。在转速负反馈的作用下,Ig2减小,Ig1增加。Ig1/Ig2与设定值a2/a1不一致,放大器2输出一个正比于电流差值的正信号。由于二极管2D的作用,正信号不能通过,下辊电机转速不能上升。放大器1输出一个正比于电流差值的负信号,二极管1D导通,使上辊转速给定值下降,Ig1减小,直至Ig1/Ig2=a2/a1,恢复正常铸轧生产。

3结束语

粘辊自动控制装置具有粘辊自动控制,上下辊负荷平衡,上下辊线速度同步控制的功能。粘辊自动控制,可以最大限度的提高铸轧速度,提高生产率,降低生产成本,提高铝板质量。上下辊负荷平衡,在选用电机、行星减速箱、传动轴时,不必考虑二倍的过载系数,降低了设备成本;线速度同步控制,不仅适用于上下辊相同的辊径,也适用于上下辊不同的辊径,这意味着延长了铸轧辊的使用寿命。

参考文献

[1]肖亚庆铝加工技术使用手册冶金工业出版社,2004,10.

[2]乐起胜双辊式铸轧铸造区温度场上海有色金属,1997,1.

[3]林浩铝铸轧板的组织与性能轻金属,1989,01.

[4]谢贤清等双辊快速凝固技术的研究进展金属成形工艺,1998,06.