φ 150/φ 500 mm×450 mm精轧机组改造技术分析

廖克，任忠涛

(1.广州铜材厂有限公司 广东 广州 510990;2.广东冠邦科技有限公司 广东 顺德 528312)

0 前言

广州铜材厂有限公司φ 150/φ 500 mm×450 mm精轧机组是1982年设计制造的国产液压精轧机组。但随着液压轧机控制技术的不断发展，市场对铜制产品精度要求不断提高，近10年来，该精轧机组配置相对落后、生产铜带重量最大只能达到1 t，已不能适应现在高精产品的技术要求，只能生产一些卷重小的中低档的产品。由于这台精轧机组是液压压下轧机，具有一定的提升基础。因此，2011年9月广州铜材厂有限公司对该精轧机组进行了技术改造，获得理想的结果。

1 改造方案要求及改造前后的精轧机组技术参数

1.1 根据实际生产情况，提出改造方案要求

(1)利用原设备基础，原设备土建基础位置及基础螺栓不能变;

(2)原机组各设备位置相对主轧机位置不能变;

(3)利用现有旧的200 kW直流电机及原机组传动电控系统的传动电柜;

(4)利用现有仓存的旧式福尔默测厚仪，并相应设计机组最大速度，轧制精度达到0.2±0.003 mm。

(5)重新设计制造主传动减速箱、左右卷取装置、相应的传动电柜内配置和压下厚控电柜，其它装置及部件不变或小改。

(6)最大来料卷重由1 000 kg改造成大于3 000 kg。

1.2 改造前后的轧机主要技术参数(见表1)

表1 改进前后轧机主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of finishing mill before and after remoulding

2 卷取机改造

左、右卷取由原来的φ 400 mm的四棱锥有缝涨缩卷筒改为φ 500 mm的四棱锥无缝涨缩卷筒。考虑到来料内孔变化的影响，机前卷取机的卷筒采用具有能够二次涨缩的四棱锥无缝涨缩卷筒，涨缩量为26 mm，确保了来料能被涨紧以保证开卷时的涨紧力，避免以往精轧机轧制过程中易出现的铜带卷层间打滑擦伤铜带表面。机后卷取机的卷筒采用一次涨缩的四棱锥无缝涨缩卷筒，涨缩量为16 mm。

改造前后卷筒及轧机的相对位置如图1所示。

图1 卷筒位置Fig.1 Position of winding drums

卷筒中心到牌坊中心只有2 300 mm，要将原来最大只有1 000 kg重、外径φ 800的来料，改造成最大超过3 000 kg重、外径φ 1 400的来料，卷取机卷筒的位置和基础的设计改造是技术设计上要解决的难点。

2.1 卷取机卷筒的位置设计

在铜板带轧机机组中，一般都是利用机前、机后的转向辊加装测速装置，对于机前、机后的轧制速度进行测速，以匹配卷取机的放卷及收卷速度，转向辊与带材之间必须保证没有相对的滑动，才能保证所测速度的准确性。而铜轧机组的设计大多数都是下卷取，因此转向角的大小由转向辊与卷取机卷筒的相对位置决定。而转向角随卷筒收卷轧制的材料后直径的变化而变化，同时转向角的大小对整个机组以及产品的精度都有很大的影响。如果转向角过小，则不能克服转向辊转动的最小转动力矩，使转向辊出现打滑现象。在轧制的过程中容易出现带材跳动、跑偏以及带材张力的波动，从而影响轧制带材的精度。如果转向角过大，带材张力对于转向辊垂直分力过大，造成转向辊刚性不足(辊径较小)、轴承寿命降低，影响到整台机组的正常运行。

因此，保持原卷取机轴中心线位置不变，通过提高原卷取机的中心高和适当横移转向辊的位置，使转向角在20°～60°之间变化，并优化了控制系统，保证轧制过程中转向角变化所引起的张力变化在合理的范围之内，从而保证了速度、张力精度。

2.2 卷取机的基础设计及处理

原卷取机减速箱的底座与传动电机的底座是分开的。减速箱基础螺栓受力增加了几倍，箱和传动电机的个体变大，位置变动也非常大。要求要利用原有的设备基础，并在原基础螺栓强度的前提下确保现卷取机的机械强度，因此，我们减速箱与传动电机并且采用整体底座，原有设备基础，采用土建基础万能胶种植螺栓的方式增大基础螺栓强度，既确保了设计强度又减少了工程费用缩短了施工周期。

3 轧机主传动系统的改造

主传动是利用原200 kW直流电机配以新的硬齿面减速箱。传动电控系统通过改造原有的数据总线、工业以太网等数据通讯功能，使整体控制系统的布线得到极大的简化。采用新一代ABB的DCS500全数字直流调速控制系统，调速范围达100倍以上，并且系统具有自动优化功能，使主传动在整个调速范围内达到较高的速度控制精度，稳速控制精度在±0.1%以内，保证了速度、张力等控制精度的提高。

4 厚控执行元件和厚控控制系统的改造

位置传感器和测厚仪是直接影响轧机轧制带材厚度尺寸公差大小、影响产品质量精度的核心执行元件，与厚度控制系统组成了系统铜板带轧制过程中厚度自动控制系统(AGC)。在轧制过程中测厚仪对轧机出口所轧制的带材进行连续测量，实际测量值与给定值相比得出的偏差信号，借助厚度电控回路经计算机系统处理，改变相应参数控制液压伺服机构，借助位置传感器实现轧制过程中的位置精度闭环控制。因此，位移传感器和测厚仪的质量以及精确度、灵敏度将直接影响轧制带材的厚度精度。

4.1 位置传感器

将国产LVDT传感器改为进口MTS传感器，精度高、滞后小、抗干扰性能好，适用于高速运动，其安装如图2所示。两种传感器参数见表2。

图2 传感器安装位置Fig.2 Installation location of sensor

表2 传感器参数Tab.2 Parameters of sensor

压下油缸外形尺寸是一定的，原轧机的传感器磁环安装在压下油缸体的下方，新的传感器是无法进行安装的。因此，将传感器磁环设计在活塞里，解决了位置传感器的安装问题，同时为了防止轧制油对传感器污染，在活塞端面设计了特别的防尘盖，取到良好的效果。

4.2 测厚仪

将国产泰隆9 510的测厚仪改用为测量精度高、分辨率高、系统响应快的进口福尔默1 085测厚仪。由于1 085测厚仪跟随能力稍差，因此，轧机改造后的最大轧制速度只能设计到300 m/min。

表3 测厚仪参数Tab.3 Parameters of thickness gauge

4.3 厚度电控系统

改造后厚控系统采用了研华新一代的工控机、控制模板厚控软件，实现了辊缝、压力、AGC功能的闭环控制，系统控制精度高，响应速度快，计算机人机界面丰富，可实时显示轧机轧制过程的各种参数及厚度精度的变化曲线，并可在轧制过程中修改参数，轧制完成后自动产生轧制精度报表。数据查询功能图形化，清晰简明，极大方便了生产过程的轧制数据查看、追踪和解读。

5 轧辊轴承的润滑改造

(1)采用油气润滑技术。轧辊轴承润滑采用最新的油气润滑技术代替原轧辊轴承的油脂润滑。油气润滑是利用单相流体压缩空气和单相流体油混合后形成两相油气混合流，将润滑油送到润滑点进行机械润滑，油和压缩空气并不真正融合，而是在压缩空气的流动下，带动润滑油沿管道内壁形成一层连续油膜，精细的连续油滴不断地以螺旋状流动的方式被导入润滑点进行润滑。油气润滑相对油雾润滑和油脂润滑具有油耗低，只相当于油雾润滑的十到十二分之一、干油润滑的几十分之一，不污染环境，对润滑点的冷却和润滑效果好等优点。

(2)利用乳化油作为轧辊轴承的润滑油。由于本案轧机轧制过程是采用乳化液作为轧制工艺液，在轧辊轴承的润滑由油脂润滑改为油气矿物油润滑后，虽然大大减少了矿物油对工艺油的污染，但工作时间长后同样存在少量油被带入轧制工艺液中引起轧制工艺液受污染变质以致影响到轧制的铜带材的表面质量。因此，针对本案轧机轴承工作转速不高的特点，轴承润滑采用乳化油来作为润滑介质，利用乳化油作为润滑介质对轧辊轴承进行润滑，油气的出口积聚的乳化油滴被工艺液带回工艺液油站后，稀释为同一介质的工艺液被利用，不但节约了润滑油成本，而且解决了以往采用矿物油作为工艺润滑时，润滑的矿物油对工艺润滑液的污染和造成铜带表面的质量问题。改造后机组试运行三个多月，未发现润滑油对轧辊轴承润滑有不良的影响，而且轧制铜带退火后带材表面质量提高。

6 轧辊工艺润滑冷却和除油装置的改造

(1)轧辊工艺润滑冷却。轧辊工艺润滑冷却喷头由原来简单的单喷嘴喷液改为多喷嘴分段喷液。分段冷却装置由上下冷却梁组成，轧机左右两侧各有上下两个轧辊冷却梁，每个轧辊冷却梁共有十三个喷嘴以一定的角度交叉排列，组成中间五喷嘴，两侧各四喷嘴，分三段同时向支承辊和工作辊进行轧辊工艺润滑冷却。可根据生产实际要求调节各段喷嘴的流量大小，以适应带材板形变化的要求。

(2)除油装置。轧制带材的除油是采用三辊除油装置，三根挤油辊的进口并出口都设计有气刀，进入除油辊的铜带材表面轧制油先被进口气刀吹干大部分后，继而被挤油辊挤干和被出口气刀彻底吹干，对轧制带材的表面起到非常好的除油效果，确保了带材退火后的表面质量。气刀的开口高设计为0.008 mm，吹扫效果非常好。

7 结论

(1)广州铜材厂有限公司φ 150/φ 500×450 mm精轧机改造后，各项精度指标都达到了改造要求，产品精度达到国产同类轧机产品的最高精度。最大卷重达3 500 kg以上，成品精度0.27±0.003 mm。

(2)广州铜材厂有限公司φ 150/φ 500×450 mm精轧机组的改造费用只是重新设计制造同样一台新轧机投资的50%，是新建一台轧机生产线投资的35%。达到了投资少，见效快，效益高的效果。