專利名稱：可變凸度鑄軋輥、鑄軋系統(tǒng)以及可變凸度鑄軋工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械領域，涉及一種可變凸度鑄軋輥、鑄軋系統(tǒng)以及可變凸度鑄軋工藝。
背景技術：
鋁及鋁合金雙輥鑄軋技術始創(chuàng)于上世紀50年代，是一項相對于熱軋技術年輕的多 的新技術。該技術自上世紀60年代進入我國并在70年代末進入工業(yè)化應用以來，由 于其本身具有投資規(guī)模小、建設周期短、生產(chǎn)成本低、短流程、低能耗的技術優(yōu)勢， 再加上我國改革開放后鋁及鋁加工產(chǎn)品大規(guī)模從軍工、航空領域向民用領域轉移的市 場環(huán)境，該項技術和產(chǎn)能得到飛速發(fā)展。截至目前，我國釆用鑄軋工藝生產(chǎn)鋁及鋁合 金板帶箔產(chǎn)品，無論從生產(chǎn)能力還是從實際產(chǎn)量，均占有了我國鋁板帶箔生產(chǎn)和消費 的70%以上。在長期的生產(chǎn)實踐中我們體會到，要獲得板形優(yōu)良的鋁箔產(chǎn)品，原始坯料的原始 板形非常重要。坯料理想的原始板形應該是對稱的、中部略厚的、均勻的拋物線。但 由于鑄軋工藝過程是一個金屬凝固和軋制共同作用的過程，凝固過程受多種因素的影 響，其溫度場的分布客觀上是不均勻的，從而導致緊接著進行的軋制過程中，軋輥變 形的不均勻。因此，在鑄軋生產(chǎn)過程中，實際得到的坯料板形總是與理想板形有差距， 這給最終生產(chǎn)板形優(yōu)良的鋁箔產(chǎn)品造成相當大的困難。圖l描述了鑄軋工藝的基本過程熔融態(tài)的鋁水(l)在靜壓力的作用下，通過由上 下兩片鑄嘴(2)構成的鑄腔成扇形流出并與鑄軋輥套(3)外表面接觸，冷卻并完成金屬 的結晶過程，凝固的金屬隨后通過上下軋輥間的輥縫，經(jīng)一定程度的軋制變形后獲得 預定厚度的鑄軋鋁板(4)。金屬凝固所釋放的熱量是釆用冷卻水通過鑄軋輥芯(5)外表 面機械加工成的熱交換槽與鑄軋輥套(3)內表面進行熱交換而帶走的。傳統(tǒng)的鑄軋輥套冷卻方式采用一根進水管和一根出水管對鑄軋輥套進行整體冷
卻，這種方式只能解決熱量傳遞問題，而不能解決由于沿軋輥軸線方向上溫度分布的 不均勻以及因軋輥不均勻彈性壓扁等原因而引起的鑄軋板在同截面上厚度的不均勻。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)鑄軋工藝所獲板形不夠理想的不足，提出一種可變凸度 鑄軋輥、鑄軋系統(tǒng)以及可變凸度鑄軋工藝，從而實現(xiàn)鑄軋輥凸度可變控制，從而獲得 優(yōu)良板形的鑄軋板。本發(fā)明的技術解決方案如下一種可變凸度鑄軋輥，包括輥芯和設在輥芯外周的輥套，其特征在于，包括一根 進水管和多根出水管，所述的進水管連接輥芯，所述的輥芯沿軸向分隔為多個區(qū)段， 每個區(qū)段對應一根所述的出水管；所述的出水管上設有流量控制閥。在所述的出水管上還設有測溫儀表。所述的輥芯的每一區(qū)段設有徑向冷卻水槽和周向冷卻水槽，進水管中的水通過徑 向冷卻水槽和周向冷卻水槽，帶走鑄軋輥芯一個區(qū)段的熱量，再由出水管將水導出。一種可變凸度鑄軋系統(tǒng)，包括2個可變凸度鑄軋輥、鑄軋輥驅動裝置、鑄嘴、厚 度測量機構、PLC控制器和上位機；所述的2個可變凸度鑄軋輥包括輥芯和設在輥芯外 周的輥套，至少有一個鑄軋輥包括一根進水管和多根出水管，所述的進水管連接輥芯， 所述的輥芯沿軸向分隔為多個區(qū)段，每個區(qū)段對應一根所述的出水管；所述的出水管 上設有流量控制閥；所述的鑄嘴中流出的熔液在2個鑄軋輥的間隙中冷卻，并在2個鑄軋輥的作用下 形成鑄軋板；所述的流量控制閥受所述的PLC控制器控制；所述的PLC控制器通過鑄軋輥驅動 裝置來驅動鑄軋輥；所述的厚度測量機構測量鑄軋板的厚度，并輸出該厚度到所述上位機，所述的上 位機輸出指令到所述PLC控制器。所述的出水管上還設有測溫儀表，所述測溫儀表輸出信號到所述PLC控制器。所述的輥芯的每一區(qū)段設有徑向冷卻水槽和周向冷卻水槽，進水管中的水通過徑
向冷卻水槽和周向冷卻水槽，帶走鑄軋輥芯一個區(qū)段的熱量，再由出水管將水導出。 一種可變凸度鑄軋鑄軋工藝，其特征在于，包括以下步驟鑄嘴中流出的熔液在2個鑄軋輥的間隙中冷卻，并在2個鑄軋輥的作用下形成鑄 軋板；在鑄軋過程中，測厚儀測出的鑄軋板的厚度，并將數(shù)據(jù)傳送至控制器，控制器 將該數(shù)據(jù)與理想板形的數(shù)據(jù)進行比較，通過分析計算，發(fā)出控制指令控制流量控制閥 打開程度，測溫儀表測出回水溫度后反饋給控制器；由測厚儀、鑄軋輥的流量控制閥 及測溫儀表、鑄軋板和控制器組成自動控制系統(tǒng)，使得鑄軋板的厚度達到預設的理想 精度。所述的可變凸度鑄軋輥，包括輥芯和設在輥芯外周的輥套，還包括一根進水管 和多根出水管，所述的進水管連接輥芯，所述的輥芯沿軸向分隔為多個區(qū)段，每個區(qū) 段對應一根所述的出水管；所述的出水管上設有流量控制閥；在所述的出水管上還設 有測溫儀表。所述的輥芯的每一區(qū)段設有徑向冷卻水槽和周向冷卻水槽，進水管中的水通過徑 向冷卻水槽和周向冷卻水槽，帶走鑄軋輥芯一個區(qū)段的熱量，再由出水管將水導出。作為改進，所述的控制器包括上位機和PLC控制器；所述的上位機用于處理接收 到的測厚儀的數(shù)據(jù)并輸出控制指令，所述的PLC控制器與上位機通信連接，所述的PLC控制器執(zhí)行該控制指令并驅動流量控制閥，以及接收測溫儀表輸出的水溫數(shù)據(jù)。 有益效果-利用金屬熱脹冷縮的原理，實現(xiàn)了鑄軋輥輥徑的分段可變調控，通過精確的數(shù)學 模型(可以通過多次實驗獲得)與計算機控制，可有效地達到控制板形的目的，并實現(xiàn)了自動控制，可大大提高了鋁板帶箔的生產(chǎn)質量。本工藝對鑄軋板的調控范圍為0 0. lmm，調控精度士0.001mm，達到了鋁行業(yè)的國家標準。


圖1為可變凸度鑄軋工藝的基本過程示意圖;圖2為鑄軋輥結構示意圖；圖3為鑄軋輥冷卻方式即進水與回水示意圖;圖4為鑄軋輥與鑄軋板的配合關系示意圖；圖5為可變凸度鑄軋系統(tǒng)示意圖。標號說明1——鋁水；2——鑄嘴；3——鑄軋輥套；4——鑄軋鋁板；5——鑄軋輥芯； 6——鑄軋輥芯；7——旋轉接頭；8——測溫儀表； 9——流量控制閥；10——進水管；11——出水管；12——鑄軋輥芯；13——出水管；14——進水管； 15——徑向水槽；16——周向水槽；17——鑄軋鋁板；18——鑄軋輥。注圖2、 3、 4中的A、 B、 C、 D、 E表示鑄軋輥身的分段號。
具體實施方式
以下將結合圖和具體實施過程對本發(fā)明做進一步詳細說明 實施例1:圖2描述了本發(fā)明——可變凸度鑄軋工藝的鑄軋輥結構，其特征在于采用一根進水管(10)和多根出水管(11)對鑄軋輥套進行分段冷卻，即將鑄軋輥芯(6)沿軸向分隔 為若干區(qū)段(圖中的A、 B、 C、 D、 E)，每個區(qū)段對應一根出水管?；厮尚D接頭(7) 導出，其流量由流量控制閥(9)控制，測溫儀表(8)用來測量回水的溫度。圖3描述了本發(fā)明——可變凸度鑄軋工藝的鑄軋輥冷卻方式，其特征在于多根 出水管(13)成周向分布在進水管(14)周圍，每根出水管對應鑄軋輥身的一個區(qū)段。以 鑄軋輥芯(12)A區(qū)段為例，進水管(14)中的水通過徑向冷卻水槽(15)和周向冷卻水槽 (16),帶走鑄軋輥芯(12)A區(qū)段的熱量，再由出水管(13)導出。其它區(qū)段的冷卻方式與 其相同。 .本發(fā)明板凸度調控原理是在鑄軋生產(chǎn)的過程中，鑄軋輥處在一個復雜的溫度場 內，外表面直接與高溫鋁水接觸，內部通有冷卻水，通過改變冷卻水的流量，即可改 變冷卻水的溫度，根據(jù)金屬熱脹冷縮原理，可以使鑄軋輥的直徑發(fā)生改變。如果我們 將鑄軋輥分成若干區(qū)段，每一區(qū)段的冷卻水流量都可以分段調控，那么鑄軋輥的輥身 直徑就可以分段調控。如圖4所示，若增加鑄軋輥(18)C區(qū)段的冷卻水流量，則該區(qū)段 輥身由于降溫收縮，該區(qū)段的直徑將減小，那么該區(qū)段對應的鑄軋鋁板(17)c處的厚度 將增加；相反，若減小冷卻水的流量，則該區(qū)段輥身由于升溫膨脹，該區(qū)段的直徑將 增大，那么該區(qū)段對應的鑄軋鋁板(17)的厚度將減小。鑄軋輥直徑的改變量《與回水溫度K存在函數(shù)關系-<formula>formula see original document page 7</formula>鑄軋板厚度的改變量鑄軋輥直徑的改變量《存在函數(shù)關系△A,=/2(《) (式2) 故鑄軋板厚的改變量A化與回水溫度f之間存在函數(shù)關系A^^/3(70 (式3) (注各式中的i二A、 B、 C、 D……，表示所對應的區(qū)段)各函數(shù)關系可由實驗測得，回水的流量由流量控制閥(9)控制，回水溫度由測溫儀 表(8)測出，鑄軋板的厚度由激光測厚儀檢測，這樣就可由計算機實現(xiàn)精確控制了。 圖5描述了本發(fā)明——可變凸度鑄軋工藝的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由可變凸度鑄軋輥、激光測厚儀、上位機、PLC系統(tǒng)以及一些必須的輔助系統(tǒng)組成，其工作狀態(tài)是在鑄軋過程中，激光測厚儀測出的鑄軋板的厚度，并將數(shù)據(jù)傳送至上位計算機，上位計算機將其與理想板形進行比較，通過分析計算，發(fā)出控制指令給PLC， PLC再控制流量控制 閥，測溫儀表測出回水溫度后反饋給PLC。若測出的板厚小于理想板形，則應增加回水 的流量以減小鑄軋輥的直徑，使該區(qū)段的板厚增大；同理，若測出的板厚大于理想板 形，則應減小回水的流量以增大鑄軋輥的直徑，使該區(qū)段的板厚變小。根據(jù)精確的數(shù) 學模型與計算機控制，可以做到精確調整，即可獲得在同截面上厚度均勻的優(yōu)良鑄軋 板。本發(fā)明的核心是使用了可變凸度鑄軋輥，該鑄軋輥采用一根進水管與多跟出水管 將鑄軋輥身分成若干區(qū)段，每個區(qū)段對應一根出水管，每個區(qū)段的回水流量由流量控 制閥調控，溫度由測溫儀表測出，每個區(qū)段鑄軋輥輥徑都可以單獨調控，通過計算機 控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、激光測厚儀的配合，可以實現(xiàn)高精度板形控制，達到優(yōu)良的 板形，整個過程實現(xiàn)了自動控制，具體的實施方式為在鑄軋過程中，激光測厚儀測量鑄軋板的板厚A (i=A、 B、 C……)，激光測厚儀將檢測信號傳回上位機，上位機將該信號與理想的板形&進行比較，計算出偏差值AA,. 當A/ , >0時，表示該部位的鑄軋板相對較厚，需要增加該區(qū)段鑄軋輥的直徑，上位機根據(jù)數(shù)學模型(式3)， 計算出回水溫度7;，發(fā)出控制指令給PLC, PLC減小流量控制閥(9)的打開量，以減小回水流量仏.，提高冷卻水的溫度，這樣輥身將升溫膨脹，輥徑將變大，鑄軋板厚度偏
差a/z,減小，直到測溫儀表(8)檢測的回水溫度r/= ri;同理，當a/z,.<0時，表示該部位的鑄軋板相對較薄，需要減小該區(qū)段鑄軋輥的直徑，應增加流量控制閥(9)的打開量，以增加回水流量g,，降低冷卻水的溫度，這樣輥身將降溫收縮，輥徑將變小，鑄軋板厚度偏差a&減小。根據(jù)精確的數(shù)學模型與計算機控制，可以做到精確調整， 即可獲得在同截面上厚度均勻的優(yōu)良鑄軋板。 '
權利要求
1. 一種可變凸度鑄軋輥，包括輥芯和設在輥芯外周的輥套，其特征在于，包括一根進水管和多根出水管，所述的進水管連接輥芯，所述的輥芯沿軸向分隔為多個區(qū)段，每個區(qū)段對應一根所述的出水管；所述的出水管上設有流量控制閥。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可變凸度鑄軋輥，其特征在于，在所述的出水管上還設 有測溫儀表。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的可變凸度鑄軋輥，其特征在于，所述的輥芯的每一 區(qū)段設有徑向冷卻水槽和周向冷卻水槽，進水管中的水通過徑向冷卻水槽和周向冷卻 水槽,帶走鑄軋輥芯一個區(qū)段的熱量，再由出水管將水導出。
4. 一種可變凸度鑄軋系統(tǒng)，其特征在于，包括2個可變凸度鑄軋輥、鑄軋輥驅動 裝置、鑄嘴、厚度測量機構、PLC控制器和上位機；所述的2個可變凸度鑄軋輥包括輥 芯和設在輥芯外周的輥套，至少有一個鑄軋輥包括一根進水管和多根出水管，所述的 進水管連接輥芯，所述的輥芯沿軸向分隔為多個區(qū)段，每個區(qū)段對應一根所述的出水 管；所述的出水管上設有流量控制閥；所述的鑄嘴中流出的熔液在2個鑄軋輥的間隙中冷卻，并在2個鑄軋輥的作用下 形成鑄軋板；所述的流量控制閥受所述的PLC控制器控制；所述的PLC控制器通過鑄軋輥驅動 裝置來驅動鑄軋輥；所述的厚度測量機構測量鑄軋板的厚度，并輸出該厚度到所述上位機，所述的上 位機輸出指令到所述PLC控制器。
5. 根據(jù)權利要求4所述的可變凸度鑄軋系統(tǒng)，其特征在于，所述的出水管上還設 有測溫儀表，所述測溫儀表輸出信號到所述PLC控制器。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的可變凸度鑄軋系統(tǒng)，其特征在于，所述的輥芯的每 一區(qū)段設有徑向冷卻水槽和周向冷卻水槽，進水管中的水通過徑向冷卻水槽和周向冷 卻水槽,帶走鑄軋輥芯一個區(qū)段的熱量，再由出水管將水導出。
7. —種基于權利要求2所述的可變凸度鑄軋輥的可變凸度鑄軋鑄軋工藝，其特征 在于，包括以下步驟 鑄嘴中流出的熔液在2個鑄軋輥的間隙中冷卻，并在2個鑄軋輥的作用下形成鑄 軋板；在鑄軋過程中，測厚儀測出的鑄軋板的厚度，并將數(shù)據(jù)傳送至控制器，控制器 將該數(shù)據(jù)與理想板形的數(shù)據(jù)進行比較，通過分析計算，發(fā)出控制指令控制流量控制閥 打開程度，測溫儀表測出回水溫度后反饋給控制器；由測厚儀、鑄軋輥的流量控制閥 及測溫儀表、鑄軋板和控制器組成自動控制系統(tǒng)，使得鑄軋板的厚度達到預設的理想 精度。
8. 根據(jù)權利要求7所述的可變凸度鑄軋鑄軋工藝，其特征在于，所述的輥芯的每 一區(qū)段設有徑向冷卻水槽和周向冷卻水槽，進水管中的水通過徑向冷卻水槽和周向冷 卻水槽,帶走鑄軋輥芯一個區(qū)段的熱量，再由出水管將水導出。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的可變凸度鑄軋鑄軋工藝，其特征在于，所述的控制 器包括上位機和PLC控制器；所述的上位機用于處理接收到的測厚儀的數(shù)據(jù)并輸出控 制指令，所述的PLC控制器與上位機通信連接，所述的PLC控制器執(zhí)行該控制指令并 驅動流量控制閥，以及接收測溫儀表輸出的水溫數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變凸度鑄軋輥、鑄軋系統(tǒng)以及可變凸度鑄軋工藝，其核心是鑄軋輥的凸度可以分段調控。本發(fā)明采用一根進水管和多根出水管對鑄軋輥進行分段冷卻，通過激光測厚儀對鑄軋板的厚度進行在線測量并將測量數(shù)據(jù)傳輸給計算機，計算機系統(tǒng)根據(jù)數(shù)學模型對測量數(shù)據(jù)進行對照處理，對不符合設定板形的區(qū)段向執(zhí)行機構發(fā)出執(zhí)行指令，調節(jié)流量控制閥，改變該區(qū)段冷卻水的溫度，利用金屬熱脹冷縮原理局部改變軋輥直徑，從而達到調控板形的目的。本工藝可實現(xiàn)鑄軋板厚度均勻性的自動化控制。本工藝的調控范圍0～0.1mm，調控精度±0.001mm。
文檔編號B21B37/16GK101391266SQ200810143348
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權日2008年10月17日
發(fā)明者譚建平 申請人:譚建平