鋁熱連軋集成電磁閥噴射梁優化

張彩金 譚樹彬 李 冬

作者通聯：中鋁瑞閩鋁板帶有限公司 福州市馬尾區青州路9號 350015

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一、ISV 噴射梁的控制

中鋁瑞閩公司1+3 熱連軋于2011年9月建成試生產，3 機架精軋機主體設備從SIEMENS-VAI 引進，自動化及傳動系統從德國SIEMENS 引進。3 機架精軋機的機型屬于寬幅大壓下量加工工藝，如2.2mm×1950mm 罐體料用熱軋卷，每道次壓下量高達55%以上，因此對熱精軋機的冷卻潤滑及板型控制要求較高。熱軋卷板型主要有原始輥型、工作輥彎輥和工作輥分區冷卻等3個控制環節，其中工作輥分區冷卻是最關鍵、最核心的環節之一，設備結構復雜、自動化控制程度高。3 機架熱精軋采用SIEMENS-VAI的ISV（集成電磁閥）噴射梁作為工作輥分區冷卻執行機構，每個機架入口和出口各有上、下兩個噴射梁，噴射梁橫向（帶材寬度方向）共38個分區，每個分區有1個ISV。系統通過脈寬調制控制噴射梁各分區ISV的通斷時間和順序，以調節各分區乳液流量，確保乳液潤滑、乳液冷卻并控制工作輥輥型曲線，從而調整帶材凸度和平直度，保證良好板型。

（1）乳液流量共分0～10級（表1），采用脈寬調制控制（圖1），周期為2s。0級表示噴嘴在周期時間全關，1級表示在周期時間內噴嘴10%時間（0.2s）開啟，90%時間（1.8s）關閉，以此類推，10級表示噴嘴在周期時間全開。為實現噴射等級計算及ISV的脈寬調制控制，一級基礎自動化采用ISV_CL 功能塊計算（圖2）：①冷卻等級計算，余數＞0.5，CLN=（TLN×IN÷1）整數商+1；余數≤0.5，CLN=（TLN×IN÷1）整數商。②脈沖寬度計算，PWM=CLN×PER÷TLN×AMP，限幅[0，PER]。

表1 乳液流量噴射等級

（2）ISV 噴射梁控制的二級過程自動化預設定。和壓下量、軋制力、輥縫、速度等預設定由二級過程自動化模型計算不同，分區冷卻完全由人工在二級中根據以往經驗和調試情況設定。在輥型不變情況下，為適應各種合金的生產要求，ISV 分區冷卻的噴淋曲線設定主要分為冷輥和熱輥生產設定（每種又細分為帶頭、帶中和帶尾設定），實現帶材全長的一致性。

（3）在一級基礎自動化中ISV 噴射梁的控制由凸度閉環控制實現，通過調整出口側的分區冷卻噴射等級的拋物線形狀來支持工作輥彎輥功能控制帶材凸度。此外還可通過人工干預，調整帶材二肋位置的噴射量以控制二肋板型缺陷。

圖1 脈寬調制控制等級

圖2 脈沖寬度計算功能塊

二、ISV 噴射梁的優化

1.乳液管路振動

在設備調試初期，乳液管道振動嚴重，管道緊固件和連接法蘭松動脫落，導致乳液泄漏、調試中斷等。現場觀察分析，判斷ISV 噴射梁的一級自動化控制存在缺陷，相同噴射等級的ISV在1個周期時間內同時噴射、同時關閉。以噴射等級5的一級控制為例（圖3），1s內各分區ISV 同時失電，乳液從噴嘴同時噴出，下1s 內各分區ISV 同時得電，噴嘴同時關閉，周而復始，這樣在每個2s的周期內對乳液總流量的需求發生巨大變化，一方面沖擊大，另一方面由于沖擊周期時間短，造成乳液管道在生產過程中振動異常。

圖3 優化前一級自動化ISV 噴射梁控制

圖4 優化后一級自動化ISV 噴射梁控制

優化一級自動化ISV 噴射梁控制（圖4），以軋制中心線為中心，兩側（DS 傳動側、OS 操作側）對稱噴射的基礎上，在控制周期內采取不同的延時控制各分區ISV的開/關，對各分區噴嘴進行錯開時段開/關，確保在生產過程中乳液總量需求平穩，乳液管道振動明顯減輕。圖4中Offset 1 表示延時0.2s 接通，Offset 6 表示延時1.2s 接通，以此類推。噴射梁橫向共38個分區，以第19、20 區為中心，兩區對ISV_CL 功能塊輸出信號PWM 無延時接通，18、21 區對輸出信號PWM 延時1s 接通，17、22 區對輸出信號PWM 延時0.4s 接通……

2.卷材優良率

3 機架熱精軋機各道次壓下量都比較大，1#和2#機架咬入在調試和試生產過程經常出現不能順利穿帶現象，造成料冷切廢。同時1#機架到卷取機中心線距離約20m，加上頭部升速段，整卷帶材的優良率較低。

通過分析軋件咬入狀態，現場實際跟蹤和分解ISV 噴射梁一級自動化控制、二級過程自動化預設定，對不同合金、規格的軋件咬入設定不同ISV 噴射控制段，確保軋件咬入順利進行。帶材在穩定生產前，由于輥型未能達到穩定狀態，導致帶材板型未能達到預期目標，通過優化帶材頭部的ISV 噴射梁控制的流量，使各機架軋輥輥型盡快達到預期目標，提高整卷帶材的優良率。

三、ISV噴射梁的維護

（1）定期做噴嘴測試，測試各分區噴嘴是否正常噴射和關閉。部分噴嘴無法關閉，不僅直接影響板型的控制，而且影響穿帶時機架的順利咬入；部分噴嘴無法打開，工作輥局部溫度上升，熱凸度增加，易在軋輥上形成粘鋁，直接影響軋件的板型和表面質量。

（2）ISV 噴射梁采用獨立的具有干燥和過濾功能的螺桿泵空壓機提供壓縮空氣，該空壓機提供干凈、干燥、壓力穩定的氣源，確保噴射梁正常工作。干燥機壓力露點為+3℃，過濾器進氣空氣過濾為3microns，出氣過濾為1microns。乳液壓力最大為6bar，空氣壓力必須比乳液壓力大2bar 最合適，因此空壓機設定參數必須滿足這個要求，確保能正常控制乳液的通斷，防止乳液進入噴射梁的電纜腔，腐蝕電源接觸板接線端子及接觸銅片。定期清洗空壓機的空氣過濾網、檢查油位，定期檢查管路空氣壓力。

（3）盡減少乳液中的雜物，避免雜物進入并殘留在噴射梁內。定期檢查噴射梁及電磁閥是否有雜物堵塞，檢查航空插頭、噴射梁電源接觸板接線端子及銅片是否被腐蝕。

1 肖亞慶等.鋁加工技術實用手冊[M].北京：冶金工業出版社,2005

2 孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京：冶金工業出版社,2002

3 汪祥能等.現代帶鋼連軋機控制[M].沈陽：東北大學出版社,1996