摘 要：随着中国铝加工行业的迅猛发展，铝板带热连轧技术得到了良好发展。本文主要对国内某“l+4”热连轧生产线进行了介绍，分析了“1+4”宽幅热连轧铝板带板形控制技术，热连轧生产线配置的板形控制系统及主要控制功能。
关键词：板形控制；热连轧；铝板带；
引 言
我国是铝生产消费第一大国。近些年，随着我国经济的繁荣，市场对铝制品的需求越来越大。热轧铝板带生产企业也因此得到了良好发展。然而，随着相关企业数量和规模的扩大，企业的竞争压力也越来越大。当前，铝板带加工设备种类繁多，每种设备都各具特色，有其最大的生产能力。由于生产过程中会受到操作水平、产品尺寸不一
的要求、设备性能和状态等因素的影响，设备难以发挥最大产能。热轧铝板带产品生产企业若要在激烈竞争的环境下获得更多、更大市场，需要重视板形质量控制，率先做好系统控制和技术研究工作，为进一步优化生产工艺和提高产品质量提供依据。
一、国内铝加工热连轧机的发展
1.1(1+1)式热粗．精轧生产线
2012年底中国有(1+1)式热粗-精轧生产线5条 ，总生产能力约1 180 Kt/a。这种生产线不能称为热连轧线(热连轧线的精轧机架必须≥2)。这类生产线的概况见表1及表 2。
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表2 中国在建的铝板带（1+1）热粗-精轧生产线
1.2 (1+3)式 热连轧生产线(表3)
截止到2012年 12月中国投产的 (1+3)式热连轧生产线有4条,总生产能力1600kt／a，其中最早的是渤海铝业有限公司的3912mm 热粗轧机与2184mm 3连轧生产线，生产能力 350 kt／a，这是一条从美国搬迁来的二手设备，没有经过全盘现代化技术改造 ，是中国首条这类生产线，2010年8月9日投产。
表 3 中国的铝板带热连轧生产线
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注：①计划建设两条同样生产线，另一条以后择机建设。
②计划为 (1+1+5)式，中轧机也已到货，待以后适当时机建设。
③ 同时建2条生产线。
④ 双带式铸造机的名义规格为1950ram，可铸造带坯的最大宽度为2032mm，最窄800ram。其后的3机架热连轧机列规格为2350ram。
⑤ 生产能力按255天、3班制生产，按 50％3104合金带材与 1050合金箔带坯匡算，实际产量可在相当大的范围内变动 。
1.3 (1+4)式热连轧生产线 (表 3)
至2012年中国投产的(1+4)式热连轧生产线共6条，总生产能力 3100 kt／a；在建的11条生产线可于2015年12月前陆续投产，总生产能力6 000 kt／a，生产能力形成这么集 中，这是铝半成品生产史上从未有过的。
1.4 (1+5)式热连轧生产线 (表 3)
截止到 2012年年底，中国仅有广东肇庆市的亚洲铝业集团铝板带有限公司的1条(1-F 5)式铝带热连轧生产线。该生产线 2010年12月17日投产，生产能力 500 kt／a。生产线 的热粗轧机为全新的，从德国西马克公司引进，但 5机 架 1626mm热连轧机列是从美国库克铝业公司购买的二手设备 (作了适度的现代化技术改造)。在建的 (1+5)式热连轧生产线 有天津忠旺特大高精铝板带箔项目。该项目有2条2400mm(1+5)式热连轧线 ，生产软金卷 ，已于 2012年 正式启动，从 2014年半年起陆续投产[1]。
二 铝板带“1+4”热连轧设备特点
⑴热粗轧机和 F1-F4 精轧机采用由全数字变频装置驱动的交流同步电动机，轧机轧制力大，能力强；采用惯性小，响应快的液压APC
和AGC系统，可以实现铝带纵向厚度公差的有效控制。
⑵热连轧生产线的规模大，产品精度高，可满足进行高精度铝板带材生产的工艺要求。产品幅宽最大可达 2750 mm，是目前国内自主设计、制造幅宽最宽的一条热连轧生产线。
⑶板形控制水平提高，保证了生产高精度铝板带材的板面质量。 在轧机上使用变接触的支撑辊技术(VCR)，以支撑辊作载体，在支撑辊辊身上磨削特殊的辊形曲线，以改善支撑辊与工作辊之间的接触状态。同时，根据粗轧和精轧各道次或各机架初始辊形、粗轧精轧设定计算结果、轧辊磨损及热涨计算等结果，设定计算各道次或各机架工作辊的弯辊力大小和分段冷却初始喷射模式。带材凸度控制范围增大，提高了热轧板的板形质量。
⑷热连轧生产线控制手段先进。从板形控制技术来看，银海铝业股份公司采用了变接触的支撑辊专利技术(VCR)，其技术水平可以媲美日本和欧洲企业;从带材厚度控制来看，生产线热粗轧机和 F1-F4精轧机均配置了 AGC 系统和配套的板形检测装置，可实现对带材厚度的高精度控制。其产品检测数据也证实了该系统的有效性和可靠性[2]。
三 “1+4”宽幅热连轧铝板带板形控制技术研究
3.1 研究背景
铝板带材的板形质量是铝带轧制中一项非常重要的质量指标，板形的好坏对产品质量和产品竞争力有直接的影响。板形是对铝带材几何形状的一种描述，主要由横截面形状和平直度两方面组成。横
截面形状由凸度、楔形度等参数表示，其中凸度为主要参数；平直度用相对延伸差或翘曲度表示。板形控制的主要任务就是让带材的凸度、楔形度等参数指标达到目标控制范围。影响板形的因素有很多，包括轧制力的波动、原始轧辊辊形、轧辊接触状态、热辊形和磨损辊形等。对于2000 mm以上的宽幅热连轧，由于轧件宽厚比大，支撑辊和工作辊辊身长度更长，承受的轧制力也更加大，辊系的形变也会更大，生产过程中板形更加容易受到干扰因素的影响，易出现复杂的板形缺陷。因此，获得良好的板形必须依靠高精度的检测仪表和多重有效的控制手段和策略。如图1所示为“l+4”宽幅热连轧的板形控制系统。板形控制系统由基础自动化级(L1)、过程自动化级(L2)以及多通道凸度仪等高精度检测仪表组成。
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图1 “1+4”热连轧板形控制系统组成
3.2 板形控制技术研究
根据板形影响因素，包括轧制力变化、热凸度变化、板宽变化、张力变化等，在企业生产实践中，配备了先进的板形检测装置及技术，如IMs公司的立体测量瞬时多通道多功能仪，为实现板形控制功能提供重要的前提保证。在技术上，提升辊形配置以及加强板形控制模型的精确度，通过硬件及软件的高效提升，实现板形精确控制[3]。
3.2.1 辊形配置
工作辊和支撑辊是与轧件直接接触和传递轧制力的关键部分。因此，采用合理的辊形配置技术，对板形控制发挥着重要作用。辊形配置包括支撑辊辊形配置和工作辊辊形配置。
3.2.2 板形控制模型
根据热连轧生产的特点和仪表配置方案，板形控制模型包括在过程自动化系统(L2)中实现的板形设定计算模型和在基础自动化系统(L1)中实现的弯辊力前馈控制模型、凸度反馈控制、分段冷却反馈控制模型、板形板厚解耦控制等功能。
3.2.3弯辊力前馈模型
在轧制过程中，轧制力波动会对板形控制产生严重的干扰。由于轧制环境的温度、轧件的厚度、辊形等一系列无法准确预知的因素的存在以及厚度控制系统在轧制过程中对辊缝的不断调整，轧制力会
出现很大的波动，直接破坏机架间的协调平衡，造成铝带板形的波动和恶化。为了消除轧制力波动对铝带板形造成的不良影响，目前采用的有效方法是在一定周期内，随着轧制力的波动，使弯辊力进行相应
补偿性调整，以稳定轧制时辊缝的形状，保证板形的稳定，这一功能由弯辊力前馈控制模型来实现。这是一个闭环控制模型，精轧机各机架弯辊力根据轧制力变化而进行相应的前馈调节控制，以保证铝带
板形的稳定。
3.2.4凸度反馈控制
凸度是板形控制的一个重要指标，因此凸度反馈控制是热连轧板形控制中一个重要的控制功能。根据布置在精轧机出口的多通道凸度仪检测铝带实际凸度值，将实测值与目标值进行比较，得出凸度偏
差值，根据模型的控制策略，通过调整精轧机组上游机架的弯辊力，以消除凸度偏差。当凸度实测值大于目标值时，则增加上游机架的弯辊力；当凸度实测值小于目标值时，减小弯辊力。凸度反馈控制采用
的是基于数字PID控制器的算法，可实现对铝带全长的凸度反馈控制，提高凸度控制精度。
3.2.5分段冷却反馈控制
由于弯辊和辊形均只能提供解决对称板形的手段，无法解决一些高次、非对称板形问题，而分段冷却可以通过改变工作辊局部的热膨胀，实现高次板形的控制。根据多通道凸度仪检测铝带实际断面形状，
与目标断面曲线进行比较，得出控制偏差。可用模式识别的方法对此偏差进行分解，分解出的偏差由通过调节工作辊喷射梁各段喷嘴的流量，得到不同的分段冷却模式，消除轧制过程中铝带断面偏差。
2.2.6板形板厚解耦控制
不论是厚度控制还是板形控制，控制核心都是对轧机带载辊缝的控制，存在着相互干扰的情况。对板形和板厚控制进行解耦是非常必要的，采用串联“解耦控制器”的方法实现解耦控制，在原耦合的系统基础上加入这个新加的耦合控制器，使之成为一个“不相干”系统，达到“以耦合制耦合”的效果，如图2所示[4]。
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图2 板形板厚解耦控制
结束语
由于热连轧的轧制条件十分复杂，对板形控制的影响因素很多，所以板形控制的实现也十分复杂。通过采用支持辊辊形配置、工作辊辊形配置、板形设定计算模型、弯辊力前馈控制模型、凸度反馈控制模型、分段冷却反馈控制模型和板形板厚解耦控制模型等多种板形控制功能相互协调作用，对轧制过程中的板形进行控制调节，并配合合理轧制工艺参数，实现了板形的精确控制，保证了铝板带板形的质量。
参考文献
[1]王祝堂.中国铝平轧产品工业概览[J].有色金属加工,2013,42(06)
[2]胡毅,罗涛,张顺宁.银海3300+2850 mm(1+4)铝板带热连轧轧制技术[J].中国重型装备,2018(03)
[3]许磊,刘栩,蒋婷.“1+4”铝板带热连轧穿带自适应技术的研究[J].轻合金加工技术,2012,40(11)
[4]任志禹,吴天明.“1+4”宽幅热连轧铝板带板形控制技术探讨[J].有色冶金节能,2016,32(02)