铜带热轧机概述

铜带热轧机是将从步进炉内加热的高温铜铸锭快速轧制成9—16mm厚的铜带坯的开坯轧制设备。

热轧机轧制具有以下特点：

1、热轧机大都用于开坯轧制，高温加热的金属塑性好，晶粒流动时阻力小，轧制消耗的能量小，效率高。

2、热轧对于大多数金属改善了材料加工工艺性能。热轧的过程是晶粒再生与细化的过程，加热长大的晶粒在轧制时被压成细小的颗粒，材料的强度和塑性都有很大变化。

3、热轧由于金属材料工艺性能的改善，所以材料开裂的机率少，成品率高。

4、铜带热轧机与水平连铸相比，效率更高，适合于大批量生产。

5、热轧机的精度控制差，不能够轧制厚度公差小、表面光洁度高的带材。热轧后的带材表面易氧化。

随着现代化工业的迅速发展，对热轧机的要求也越来越高。热轧机的结构形式、产能效率、安全性能、控制方式及自动化配置等也在不断的改进和提高。

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{dy}部分? 设备组成及配置

目前铜带热轧机的主体结构为两辊可逆轧机，其设备组成主要包括输送辊道、夹送辊、轧边辊、轧机本体、冷却装置、液压剪和卷取机等。

一、输送辊道

输送辊道的主要功能是用来承托和输送多道次来回轧制的铜带坯，包括机前辊道和机后辊道两部分组成。输送辊道的长度与热轧成品带材的长度和具体的轧制工艺有关。

1、结构形式

（1）平辊结构

此结构简单，制造安装方便。其缺点是轧制时辊面与带材全面积接触，由于高温铜材表面很软，故带材表面容易造成划伤。另外为了防止带材在辊道上跑偏，需增加对中导向装置。

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????????????????????????????图?? 一

（2）双锥结构

此结构辊面与带材表面的接触由平棍形式的面变成了线，有效的解决了带材表面的划伤问题。且辊道上运行的带材也有一定的自动对中性。其缺点是辊体的强度受到了影响，一般需要大直径加厚壁辊体加工，加工难度相对较大。

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图?? 二

（3）V型结构

此结构为双排平辊组合成V形结构，它巧妙的结合了平辊结构和双锥结构的优点，其结构强度优越于平辊结构，承载能力强，带材自动对中性好，在现代热轧机上被广泛应用。

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图?? 三

2、传动方式

（1）??? 驱动传动

驱动电机通过减速器、链轮链条分段控制辊道的传动。在轧制过程中靠带材自重和辊道表面产生摩擦力拖动带材前进。其缺点是与轧机的轧制速度匹配不易保证。一般都是根据经验值调整。故带材与辊面易产生相对滑动而损伤带材表面。（一般取值为:? v1=0.7v0??? v2=1.3v0）

轧辊

??????????????????????????轧制速度V0?? ????????????????

前输送辊道V1??????????????? 图?? 四?????????????? 后输送辊道V2

（一般取值为:? v1=0.7v0??? v2=1.3v0）

（2）??? 被动传动

辊道上辊体无动力装置，只对带材起支撑作用。带材前后运动时带动辊体转动。其驱动主要是靠辊道两侧的夹送辊夹紧带材，拖动带材运动。夹送辊的夹紧力是由气缸提供的，夹紧力可调。夹送辊能以适合的张力和速度与主机速度相匹配，牵引带材前进。一般V型输送辊道均为被动辊。

二、夹送辊

夹送辊是热轧机的重要组成部分。它的主要功能是驱动轧件前后运动。一般分为慢速夹送辊、快速夹送辊和导向夹送辊。

1、慢速夹送辊

慢速夹送辊位于铜锭入口输送辊道和快速夹送辊之间，包括机前和机后两部分。由夹送辊驱动装置和夹送辊夹紧装置、底座等组成。夹送辊驱动装置由直联电机的减速机、链轮、链条、夹送辊及架体等组成，用以驱动轧件前后运动；夹送辊夹紧装置由夹紧气缸、链条、链轮、导轨、底座等组成，用以夹紧轧件。架体、底座为焊接结构。

慢速夹送辊用来夹送轧制过程中抛出机前快速夹送辊的铜带，正常轧制时不参与工作。

2、快速夹送辊

快速夹送辊位于慢速夹送辊和导向夹送辊之间，包括机前和机后两部分。由夹送辊驱动装置和夹送辊夹紧装置、底座等组成。夹送辊驱动装置由直联电机的减速机、链轮、链条、夹送辊及架体等组成，用以驱动轧件前后运动；夹送辊夹紧装置由夹紧气缸、链条、链轮、导轨、底座等组成，用以夹紧轧件。架体、底座为焊接结构。

快速夹送辊的功能主要是送料和产生前拉力。即在轧制前入口侧快速夹送辊协同导向夹送辊将坯料送进轧机进行轧制；在轧制时出口侧快速夹送辊以略高于轧机的速度牵引带材前进，给带材施以前拉力。

3、导向夹送辊

导向夹送辊位于快速夹送辊和轧边辊之间，包括机前和机后两部分。由定位轴、摆臂、开口调整机构、弹簧、导向夹送辊及驱动电机、减速机、架体等组成；导向夹送辊的开口度调节和轧边辊为同一电机驱动。

摆臂：为钢板焊接结构，能抵抗料的冲击。随导向夹送辊的开合绕定位轴摆动，用于轧机出口轧件的导向。

导向夹送辊装置：夹送辊的驱动同慢速夹送辊。

开口调整机构：对于不同宽度的轧件给定不同的宽度，为了对轧件产生一定的夹紧力并产生一定的缓冲，安装有弹簧机构。开口调节机构为丝杠-螺母传动，并由电机直联减速机传动。开度由检测元件控制（电机带的光电编码器）。

导向夹送辊的功能主要是导向、送料、产生前拉力和后拉力。

三、轧边辊

轧边辊位于导向夹送辊和轧机牌坊之间，包括机前和机后两部分。

轧边辊装置由电机、减速机、万向接轴、轧边辊压下油缸、回程油缸及导向机构、架体等组成。电机、减速机固定在牌坊外侧上面和压下平台上，辊体部分固定在牌坊外侧下面。

轧边辊辊体一般为小锥度倒锥结构，每个轧辊传达通常由一台直流电机单独传动。

在热轧机上使用轧边辊轧制，可控制带坯的横向延伸，保证带坯成品的宽度尺寸。同时增加带坯边部材料的纵向流动，改善带坯边部的质量性能，减少或xx轧制带坯边部的裂纹，提高成品率。

在轧制过程中，机前轧边辊传动电机停止驱动，机后轧边辊打开，靠主轧机轧辊拖动带坯前进，给带坯施以一定的后拉力。??????????????????????

四、轧机本体

主轧机由机架装配、轧辊装置、换辊装置、入口导卫装置、出口导卫装置、喷嘴冷却装置、电动压下装置及压下平台（带收烟罩及排风管连接口）、液压垫、主传动装置等组成。

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1、机架装配

机架装配由牌坊、上横梁、衬板、底座等组成，是轧机的主要承载部件。

牌坊的材料为铸钢，其结构一般为整体铸造和分片铸造连接两种形式。

整体铸造牌坊的结构强度好，钢性强，稳定性高。但大型轧机牌坊受到国内铸造和机械加工水平的限制，目前很难做好。因此整体铸造结构一般都用于小型精密轧机上。

分片铸造连接结构是目前国内大型轧机牌坊结构的主要形式，牌坊分为左右两片，分开铸造、加工。{zh1}通过高强螺栓将将加工好的牌坊片、上横梁和底座连接为一体。

2、轧辊装置

轧辊装置由轧辊辊体、轴承座、轴承及润滑冷却管路组成。

轧辊材料：70Cr3NiMo或60SiMnMo

???辊面硬度：HS60～65?

轧辊采用四列短圆柱轴承，运转精度高，承载能力大，辊系刚度较大。

轴承润滑方式有以下几种：

（1）??? 干油润滑：结构简单，成本低，更换轧辊方便。但润滑阻力大，冷却能力差，易引起温升，润滑效果不太理想。

（2）??? 稀油循环润滑：稀油循环，润滑效果好，同时起到冷却作用。但需复杂管路连接和较高要求密封的结构形式，运行成本较高。

（3） 油雾润滑：油雾润滑是通过雾化装置，由压缩空气将润滑油雾化，细小油雾可分布到轴承各部位不致成堆，润滑和冷却效果好；

轧辊冷却有两种结构：

（1）直接喷淋冷却

利用喷嘴直接对轧辊进行喷射冷却液冷却。此结构简单，缺点是冷却轧辊的同时，大量冷却液通过轧辊流向铜带坯，使的铜带坯同时也被冷却，影响了终轧温度。

（2）盒式冷却机构???????????????????????????????????

此机构如下图（图五）????????????????????????????????????? 喷嘴

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?????????????????????????????????????????????????????????????箱体

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?????????????????????????????????????????????????????????????轧辊

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??????图?? 五

轧辊上辊采用盒式冷却，既可充分冷却轧辊，在轧辊和带材间建立正常润滑油膜，又可防止大量乳液喷淋到带材表面，减少了带材温降，以保证要求的终轧温度。因此在热轧机轧辊冷却中被广泛应用。

3、换辊装置

换辊装置由支承在牌坊窗口底面上的滑轨、托架、机外轨道、推辊油缸等组成。换辊时由推辊油缸将轧辊推到滑轨上的托架小车上，小车横移，将轧辊移出。

4、入、出口导卫装置及压下平台

入口导卫装置、出口导卫装置主要为钢板机构，对轧制料坯的强迫导正。分别固定在机架的两侧。

压下平台及排烟罩固定在牌坊及上横梁上。压下平台为重要零部件的安装平台；排烟装置主要是去除轧制过程中形成的烟雾和水气。

5、压下装置

压下装置有两种结构形式

（1）电动压下

电动压下由双电机驱动蜗轮蜗杆减速箱，带动压下螺杆升降，以改变辊缝的大小。电动压下为空载压下，只用于辊缝的给定。电动压下位置控制，可利用电机尾部的编码器来间接控制辊缝大小，也可在压下螺杆尾部安装长行程位移传感器来直接测量辊缝。

此结构一般应用在要求不高的小型热轧机上，在轧制过程中由于无法对板形进行在线调整，因此容易造成“镰刀弯”、“卡坯”等质量事故。

“镰刀弯”的形成

在轧制过程中，由于轧辊操作侧和传动侧的压下量的偏差或是料坯自身存在的厚度偏差等多方面的原因，如不能调整xx，必然会导致带坯两侧的延伸量产生差异，而热轧过程中带坯是自由伸展的，带坯就会产生侧弯，似镰刀状，称之为“镰刀弯”。“镰刀弯”严重的，会砸坏导向装置，使轧制工作无法进行。

“卡坯”的发生

在轧制过程中，由于机械或电气发生故障的可能性，也可能由于带坯被卡在了输送辊道中，导致轧制工作中断，高温的带坯卡死在轧辊中，而电动压下丝杆只能空载调整，在此情况下根本无法打开，这就发生了“卡坯”事故。“卡坯”事故严重的会烧毁轧机。

（2）电动压下+液压微调

即在电动压下的基础上，增加液压微调机构。

液压缸上装有位移传感器（磁尺）、压力传感器分别用于位置检测及压力检测，实现位置给定、压力控制。

在轧制过程中可根据板行的变化在线分别调整两侧压上油缸的压力，控制压下量，xx轧制过程中出现的“镰刀弯”。如果因机械设备故障导致轧制中断，压上油缸会自动卸荷，使带坯脱离轧辊，可将带坯移走，以保护轧机，防止事故的恶化。

此结构控制灵活方便，xx度较高，在现代热轧机上被广泛应用。

6、主传动装置

主传动装置由主电机、联轴器、联合齿轮箱、万向接轴、轴头抱紧装置、接轴平衡装置等组成。主电机尾部装有光电编码器，用于电机转速测量及反馈、电机超速保护等。

（1）主传动电机

电气主传动有两种控制形式：

A、交流变频传动

交流变频传动电机维护简单，运行成本低（省电），但一次性设备投资费用较高。一般应用在黑色金属或大型有色金属等大功率轧制线上。

B、直流传动

直流传动电机维护相对复杂，与交流变频相比运行成本略高，但一次性设备投资相对经济一点，一般要节约20%左右的设备资金，适宜中小型轧机线上配置。

（2）联轴器采用SWLⅡ型十字轴式万向联轴器，传动效率高，承载能力大，可靠性高。

（3）联合齿轮箱将减速与分齿功能合二为一，体积小，占用空间省。减速器采用硬

面齿轮传动，传动精度为7-6-6级，传动精度高，承载能力大。上箱体上设有有机玻璃观察窗及排气罩，以方便观察齿轮啮合、润滑情况，排放箱体内油气。减速器上配有稀油润滑管路，以润滑轴承及齿轮。

（4）轴头抱紧装置

轴头抱紧装置安装在传动侧牌坊的外侧，用于换辊时将万向接轴轴套抱住在换辊位置。由左右滑动的抱紧块、左右支座、油缸等组成。油缸推动抱紧块退出或进入工作位置。在抱紧块的退出位设有检测开关，以确保工作的安全性。

（5）接轴平衡装置

接轴平衡装置是为了xx轧辊两侧重力的不平衡，在传动侧万向接轴上增加液压装置，以xx万向接轴的重力对轧辊的影响，保持轧钢工作的平衡。

五、冷却装置

此装置位于冷却辊道上，对带材进行冷却。冷却段由冷却及吹扫管路、密封罩、抽汽装置等组成。轧制后的带坯被输送到冷却辊道时，气动蝶阀打开，上、下喷嘴同时对带坯进行冷却。在冷却辊道的出口处设有压缩空气喷嘴将带坯上残留的水吹掉。为防止在冷却过程中冷却水外溅，冷却装置下部有接水槽，周遍及上部装有密封罩，全部为不锈钢。密封罩可以打开，以便处理事故。

此外，还可以在带材卷取后进行集中冷却。即在卷取机附近建一个大的蓄水池，将卷好的铜材带卷由行车吊入水池内，以得到迅速冷却。这样可以把带材表面的氧化皮尽可能给爆掉，有利于后续的表面铣削工序。

六、液压剪切机

液压剪切机是将板坯轧制一定厚度时切去带材不规则的头、尾部，便于顺利进行卷取和后步工序的轧制。切去的料头、料尾分别落入剪后下部的废料小车内。

液压剪剪刃有双斜刃、单斜刃和平刃三种形式。

双斜刃剪在剪切带材过程中双斜刃受到的横向力相互抵消，因而剪切方式较为理想，但板型会向中间凸起，适合于厚带剪切；单斜刃剪优点是剪切时受力较小，但有侧向力推动带材横向移动，为中等厚度带材剪切；平头剪剪切时受力较大，但对于较薄带材剪切较为理想，有利于板型的控制。热轧机一般采用双斜刃式。。

其工作机构示意如下图（图六）：

???????????????????????????????????????????????????上剪刃

带坯

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???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????下剪刃

?????????????????????????????????????????图?? 六

热轧后的带坯厚度一般为15mm左右，由于带坯较厚，故此带坯与下剪刃之间的间隙t值不宜过大，否则剪切时上剪刃压下会造成带坯产生塑性弯曲变形，加大剪切难度。若间隙t值过小，又会造成带坯运行时被划伤。为了解决这一矛盾的问题，给下剪刃做成浮动结构。即在正常运行时间隙t保持一个相当适合的值，在准备剪切时，浮动下剪刃首先抬起，xx间隙t，然后下剪刃压下，进行剪切。此结构符合热轧机组液压剪的使用要求，值得推广和使用。

七、卷取机?

卷取机的卷取形式为无心卷取。

卷取速度一般为30m/min。

卷取机本体由夹送辊装置，弯曲辊装置、侧导装置及机架等组成。二辊夹送、三辊弯曲、二辊托带。

主传动装置由电机，联轴器、减速箱、齿轮座、万向接轴等组成。电机、减速机通过五根十字万向联轴器分别传递给两夹送辊，三卷取辊。

根据调整成卷直径的方式不同，有以下几种调整结构：

（1）三卷取辊的上辊固定，两个下弯曲辊由液压缸驱动绕其铰节点摆动，使弯曲辊靠近或远离上辊，以增大或减小成卷内径。

（2）三卷取辊的上辊固定，两个下弯曲辊由液压缸驱动上下可调整。

（3）三卷取辊的两个下弯曲辊固定，上弯曲辊由油缸调整、位移传感器定位。

卷取机的卸料方式也各有不同：

（1）由行车直接将料卷从托辊上吊走，无需其他辅助卸料装置。行车的工作负荷大。

（2）用液压推料装置将料卷由托辊经过导辊推向储料台。操作过程中容易对带坯表面造成挫伤。

（3）在卷取机和储料台之间做一吊架，由电动葫芦将料卷吊上储料台。

相比之下，第3种卸料方式比较理想，它既可减少行车的工作负荷，又不会损坏带坯表面。

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第二部分?? 液压系统

1、辅助液压系统

功能：为液压缸和液压马达提供压力油。

液压系统由辅助液压系统1（机后剪切区）、辅助液压系统2（轧机区）、若干阀台和管路等组成。

液压介质：32号抗磨液压油。

油液工作温度：35～55℃

辅助系统使用工作压力：10MPa（其中两液压剪使用工作压力18MPa）

2、液压压上液压系统

该系统包括液压压上泵站，伺服阀台以及厚调AGC三大部分。压下泵站安装在地面上，伺服阀台装在出口侧机架压下缸附近。厚调AGC系统的操作部分装在主操作台上。

3、工艺润滑系统

冷却：乳化液

功能：这个系统是提供给轧机分段冷却的系统，为了正确地控制轧辊温度，冷却液已被过滤而且温度和压力都是可以调节的。

电磁阀集中装在电磁阀柜内，电磁阀组共两组，分别控制机前和机后的喷嘴。

4、稀油润滑系统

稀油润滑系统采用标准稀油站供齿轮箱齿轮及轴承润滑。

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第三部分?? AGC自动厚控系统和板形调整

热轧机自动厚度控制系统是通过液压控制系统连续地调节辊缝来实现厚度的自动控制。其主要控制装置有：工业控制计算机、检测仪表（包括位移、压力、厚度、等检测用传感器）、伺服系统、压上油缸。就目前国内铜带热轧机的设计、使用状况来看，AGC系统包含的控制功能有以下几种：

1、位置控制（辊缝控制）和位置AGC

位置控制是通过位置闭环控制液压缸的位置（压下量）实现操作者给定的出口厚度与实际辊缝始终保持一致，其基本控制原理框图如下：????????????????????????????????????????????

出口厚度给定→位置（压下量）给定→?? →伺服放大器→执行机构：伺服阀、液压缸----位置输出

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?位置检测（位移传感器）

图? 七

由于需要考虑轧机的弹性变形（弹跳），在出口厚度给定的情况下，需要根据弹跳方程计算位置给定（即要对位置进行一定补偿）。弹跳方程中的弹跳量是根据预期负载及实际测得的轧机刚度计算出来的。??????

位置AGC是一种厚度误差反馈控制模式（反馈控制加位置控制）。由于一些其他因素影响（例如材料的热胀冷缩），带材的出口实际厚度与位置给定得到的辊缝值会出现偏差，这样就需要根据带材的出口厚度对位置给定进行一定的修正，调节负载油缸的位置达到xx带材厚差的目的。

2、压力控制、压力AGC

压力控制是通过调节两侧负载油缸的压力来实现实际的轧制力与操作者给定的轧制力相一致。控制的基本原理是将实际轧制力与计算的目标轧制力（压力给定）相比较，此比较的偏差信号经适当放大，送给伺服阀导致液压变化，使此偏差减少到零。就控制原理来说，它与位置控制基本相同，仅是控制参数及检测元件不同而已，执行机构均为液压压上缸。

3、板形调整

由于热轧机没有板形自动控制系统，在轧制进程中对被轧材料的板形控制需操作者手动调节。有以下几种控制方式：

a.轧辊倾斜控制

b.冷却液分段控制，可实现多种预定的模式控制。

有效地使用此种控制方式并配合合理的工作辊原始辊型，可获得良好的板形。

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第四部分?? 电气控制系统

1、电气控制系统概述：

热轧机直流传动采用西门子6RA70系列传动装置，辊道采用西门子6SE70系列变频调速装置，PLC采用西门子S7-300系列，厚控系统采用电动和液压垫联合控制，厚控为计算机控制系统。

控制系统特点：

传动系统具有结构简单、操作方便、功率因数高、效率高、节能等特点。

整个控制系统采用远程I/O分布控制系统，采用L2-DP现场局域网将可编程序控制器、厚控计算机、人机界面、传动柜等连接在一起，通讯速率为1.5M，实现对控制系统的速度、负荷分配等各种参数的控制。可对机组中的任何一台传动装置进行启动、停止、爬行、点动、控制和参数设定，并且能动态显示过程参数及图形。

系统设有手动、半自动、自动三种操作模式；手动操作主要用于机组各单机的动作；半自动主要用于机组中若干单机