CN101545036A - 钢卷边部加热控制方法及加热装置 - Google Patents

Abstract

钢卷边部加热控制方法及装置，通过设于钢卷左右两侧加热工位的钢卷边部加热装置，控制PLC接受钢卷内外径数据后计算加热盘运动的圆轨迹，选择采用小圆周加热模式和大圆周加热模式中的一种加热轨迹模式；同时自动选择采用小火火焰模式和大火火焰模式中的一种加热火焰模式，对钢卷两侧端面进行加热，控制PLC根据设定的工艺温度将带钢边部温度加热到80℃至150℃，优选为100℃至120℃。本发明解决了带钢在开卷和切边过程中裂纹向深处延伸的难题；投资额仅为电感应加热器的1/10。

Description

钢卷边部加热控制方法及加热装置

技术领域

本发明涉及精整钢卷加热方法，特别涉及可有效防止带钢边部裂纹延伸的钢卷边部加热控制方法。

背景技术

目前国内外钢铁厂在精轧机的轧制过程中，往往会采用边部加热装置，因为边部温度的降低会产生各种问题：

——在低碳钢中，一旦温度低于奥氏体转变点后，在边部非常快的再结晶导致粗大而脆的铁素体。在微合金钢中，温度太低会产生早期析出，使最终在铁素体中析出的微合金元素稍稍偏离固溶体中的成分。二种情况均使钢的机械性能降低。

——在不锈钢中，边部的温降同时导致更低的可塑性而需要更大的轧制力和导致轧入氧化铁皮、表面缺陷和裂纹。

——冷边缘比高温本体硬度更大，这将使对板坯的厚度控制更加困难，并增加工作辊的磨损。

对于边部温降，一种解决方法是设定更高的加热炉温度来使板坯边部的温度在精轧入口区域依然高于其临界温度，但这种方法的缺陷是它将降低加热炉能力，并且增加能耗以及氧化铁皮，造成更大的污染及能源损失。

使用边部加热器是一种切实可行、简洁高效的方式，相对于传统的加热炉加热方式，应用中频感应或高频感应的感应加热装置具有加热速度快、效率高、能耗小、加热温度易于控制等优点。

目前国内外钢铁厂有较多切边机组，切边机组在生产部分特殊规格和要求的钢种过程中，发现经过热轧精轧工艺轧制以后的带钢边部会产生裂纹，后续精整机组在进行切边时，此部分边部裂纹会在切边过程中继续向裂纹深处延伸，在理论上要求对带钢边部进行加热，而目前在钢卷边部采用的感应加热技术无法应用到精整工艺中的冷态钢卷加热，采用感应加热技术不同于热态带钢的加热，对冷态钢卷加热需较长的加热时间，这不利于切边机组正常的切边作业速度，无法满足该工序的生产。

中国专利申请号CN00128474.6公开了“一种连续热镀锌带钢表面二次加热方法”，其是在镀锌后的气刀上方，小锌花设备下方安装一个以液化石油气、燃气、电等热源的加热器，使钢带表面二次加热，且加热强度是两边稍高，中间稍低，以弥补边缘快冷却效应的影响。使冷凝线由抛物线变成平坦的形态且上升到一定的位置。正常凝固态时生产出锌花尺寸较大、大小均匀的大锌花产品。快速凝固时形成大小均匀，色泽一致的小锌花产品。同时还可降低锌液温度，减少了锌锅和其它机件的腐蚀，延长了设备寿命。

该方法是对热镀锌带钢表面进行二次加热，生产合格的锌花产品，但对解决边部裂纹会在切边过程中继续向裂纹深处延伸不具有解决问题的直接启示，特别是其带钢表面二次加热方法对设备安装空间要求高，对解决边部裂纹会在切边过程中继续向裂纹深处延伸无针对性，而且也不能满足和实现对已有作业线的改造，无法直接应用到解决边部裂纹问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢卷边部加热控制方法及加热装置，可有效防止冷态带钢边部裂纹继续向裂纹深处延伸的现象发生，有利于切边机组的切边作业后彻底消除带钢边部裂纹，确保下一工序的正常生产；设备安装空间要求不高、设备投入费用较低，并可直接应用于现有精整切边机组的改造。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是，

通过钢卷边部加热装置，控制PLC接受钢卷内外径数据后计算加热盘运动的圆轨迹，选择采用小圆周加热模式和大圆周加热模式中的一种加热轨迹模式；同时选择采用小火模式和大火模式中的一种加热火焰模式，对钢卷两侧端面进行加热，控制PLC根据设定的工艺温度将带钢边部温度加热到80℃至150℃。

具体地，本发明的钢卷边部加热控制方法，是通过控制PLC对设置于钢卷左右两侧加热工位的钢卷边部加热装置进行计算和控制，其中：

控制PLC根据接受的钢卷内外径数据计算加热盘运动的圆轨迹，

首先，确定钢卷需要加热的直径方向的宽度D＝(d1—d0)/2，其中：d0为钢卷的固定内径760±5mm，d1为控制PLC计算的钢卷外径数据；

其次，将直径方向的宽度D与加热盘直径D0＝400±5mm进行比较，当D<1.1D0时，控制PLC发出边部加热器按小圆周加热模式进行加热，当D>1.1D0时，控制PLC发出边部加热器按大圆周加热模式进行加热；

控制PLC根据接受的钢卷内外径数据自动选择设定的加热盘火焰模式，PLC发出加热盘准备操作指令，控制两侧煤气电磁阀打开；钢卷外径大于1450mm，选择大火加热火焰模式，小于1450mm则选择小火加热火焰模式，其中，小火火焰模式，火苗长度为80mm～120mm；大火火焰模式，火苗长度为280mm～320mm；控制PLC根据接受的钢卷材质数据后自动控制钢卷边部加热的工艺温度，将钢卷边部加热的工艺温度控制在80℃至150℃。

所述的小圆周加热模式为边部加热器的加热盘在控制PLC的指令下持续做圆周方向的加热，其圆周轨迹以宽度D的中心为基准，确保钢卷侧面加热均匀，当加热温度到达要求的工艺温度时，控制PLC发出停止指令，小圆周加热模式即完成。

所述的大圆周加热模式为：

a)加热盘的圆周运动的外圆轨迹以钢卷外圈为基准，在控制PLC的指令下做圆周方向的加热并运行一周，即先做一个大圆周加热操作；

b)加热盘的圆周运动运行一周后做一个小切线运动至下一个将要进行的小圆周运动轨迹，即做一个切线操作；

c)加热盘在新的小圆周运动轨迹上，加热盘的圆周运动的内圆轨迹以钢卷内圈为基准，在控制PLC的指令下做圆周方向的加热并运行一周，即做一个小圆周加热操作；

d)重复上述a至c步骤，当钢卷侧面加热温度到达要求的工艺温度时，控制PLC发出停止指令，大圆周加热模式即完成。

又，本发明钢卷边部加热工艺温度优选为100℃至120℃。

本发明所述钢卷边部加热装置，设置于钢卷左右两侧加热工位，包括，底架，其上设有导轨；移动托架，设置于所述的底架的导轨上，其上设前后驱动装置；燃气加热机构，设置于移动托架上，包括，第一机械臂，其下端活动连接于移动托架上，并由第一伺服电机、减速器以及相应的齿轮驱动转动；第二机械臂，其一端活动连接于第一机械臂的上端，并由第二伺服电机、减速器以及相应的齿轮驱动转动；燃气加热盘，固定于第二机械臂的外端部，其上设有喷嘴及相应的燃气管道、压缩空气管道；燃气管道、压缩空气管道中分别设有减压阀、电磁阀、截止阀以及流量调节阀；其中燃气管道中还设有点火电磁阀；可编程序控制器，与所述的电磁阀、流量调节阀、点火电磁阀，以及伺服电机相电性连接。

进一步，本发明所述装置还包括红外测温仪、位置检测器，分别设置于加热工位，并分别采集参数传送至可编程控制器。用于完成机架横向移动和机械臂的轨迹动作。

所述的移动托架的驱动装置包括电机、减速器。

本发明所述的边部加热装置工作时，待钢卷到达钢卷输送机最后一个鞍座时，即完成进入加热工位的动作，二个可移动托架在电机驱动下沿导轨向钢卷移动，开始进入钢卷边部加热控制程序。

本发明的有益效果

本发明解决了目前精整机组品种带钢边部裂纹在切边过程中继续向裂纹深处延伸的难题，可以保证切边以后的钢卷产品质量，有利于切边机组的连续正常作业，保证下一工序的生产；具有设备结构简单、占用空间小和投资少等优点，其投资额仅为电感应加热器的1/10。

附图说明

图1为本发明钢卷边部加热装置的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明钢卷边部加热装置的的燃气系统配置图；

图5为本发明钢卷边部加热控制方法的流程图。

具体实施方式

参见图1～图4，本发明涉及的钢卷边部加热装置，设置于钢卷8左右两侧加热工位A，包括，底架1，其上设有导轨2；移动托架3，设置于所述的底架1的导轨2上，其上设前后驱动装置4；

燃气加热机构5，设置于移动托架3上，包括，第一机械臂51，其下端活动连接于移动托架3上，并由第一伺服电机511、减速器512以及相应的齿轮513驱动转动；第二机械臂52，其一端活动连接于第一机械臂51的上端，并由第二伺服电机521、减速器522以及相应的齿轮523驱动转动；燃气加热盘53，固定于第二机械臂52的外端部，其上设有喷嘴531及相应的燃气管道531、压缩空气管道532；燃气管道531、压缩空气管道532中分别设有减压阀54、54’、电磁阀55、55’、55”、截止阀56、56’、流量调节阀57、57’以及设于进口处的球阀58、58’；其中燃气管道中还设有点火电磁阀59、熄火检测器6；可编程序控制器7，与所述的电磁阀55、55’、55”、流量调节阀57、57’、点火电磁阀59，以及伺服电机511、521相电性连接。

本发明使用的边部加热装置还包括红外测温仪、位置检测器，分别设置于加热工位，并分别采集参数传送至可编程控制器。

所述的移动托架3的驱动装置包括电机、减速器。

燃气加热机构5可随移动托架3在导轨2上前后移动；在PLC工控机控制下，由伺服电机驱动，使燃气加热盘53按预定轨迹运动，循环加热钢卷两个端面至工艺温度。轨迹和运动速度均可控制调节。

工作时，待钢卷到达钢卷输送机最后一个鞍座时，即完成进入加热工位A的动作，二个可移动托架3在电机驱动下沿导轨2向钢卷8移动。检测装置测得燃气加热盘53与钢卷8端面100mm时，移动托架3停止前进，自动点火，同时燃气和压缩空气的电磁阀打开，自动点火器的小火点燃加热器大火，开始对钢卷8两端面加热。温度检测器---红外测温仪检测离钢卷8边缘70mm处的温度，当检测温度测量到该处钢卷被加热至80度时，电磁阀自动关闭，燃气加热盘53熄火，移动托架3自动回退。一个钢卷予热完成，等待下一个钢卷到达加热工位。

参见图5，本发明具体控制方法的详细步骤如下：

步骤101)  开始

          加热装置和控制PLC进入准备工作状态。

步骤102)  钢卷到达加热工位

          钢卷到达钢卷输送机最后一个鞍座时，钢卷即完成进入加热工

          位的动作。

步骤103)  PLC接受钢卷内外径数据并计算加热盘运动的圆轨迹

          钢卷到达加热工位后，边部加热装置的控制PLC自动接收钢卷

          内外径数据并计算加热盘运动的圆轨迹。

A、计算依据

首先，确定钢卷需要加热的直径方向的宽度D＝(d1—d0)/2，其中d0为钢卷的固定内径760mm，d1为控制PLC计算的钢卷外径数据；

其次，将直径方向的宽度D与加热盘直径D0进行比较，

当D<1.1D0时，控制PLC发出边部加热器按小圆周加热模式进行加热；

当D>1.1D0时，控制PLC发出边部加热器按大圆周加热模式进行加热。其中D0为加热盘的固定直径400mm。

B、轨迹设定

a)电机驱动托架向钢卷移动

左右二个可移动托架在电机驱动下沿导轨向钢卷移动。检测装置测得燃气加热器与钢卷端面100mm或300mm时，移动托架停止前进；

b)检测装置测得加热盘装置到达加热工位

控制PLC发出加热盘准备操作指令，控制加热盘到达加热起点位置(由控制PLC根据计算数据选择并决定执行小圆周加热模式或大圆周加热模式)，并由设置在加热盘上的检测装置反馈检测结果，确定加热盘到达加热工位；

c)两侧同时启动加热盘点火装置

控制PLC发出加热盘准备操作指令，控制两侧高压脉冲点火器同时点火，做好对钢卷两侧端面进行加热的准备。

d)煤气电磁阀打开

控制PLC发出加热盘准备操作指令，控制两侧煤气电磁阀打开，并自动选择大火加热模式或小火加热模式。

步骤104)  确认加热器大火点燃

          控制PLC通过脉冲发生器装置上的热感应元件获得温升信号；

步骤105)  压缩空气的电磁阀打开

          控制PLC发出加热盘准备操作指令，控制两侧煤气电磁阀打开，

          并自动选择大火加热模式或小火加热模式，开始对钢卷两侧端

          面进行加热；

步骤106)  启动温度检测

          控制PLC发出加热盘准备操作指令，通过设置在加热盘手臂上

          或固定的温度检测装置进行钢卷加热温度跟踪检测；

步骤107)  加热盘开始按PLC计算的圆轨迹运动对钢卷端面加热

          控制PLC控制加热盘按PLC计算的圆轨迹运动对钢卷端面加

          热(其运动轨迹详见第103步骤)；

步骤108)  确认钢卷加热至工艺温度

          控制PLC根据设定的工艺温度80℃至150℃，优选为100℃至

          120℃；

步骤109)  电磁阀关闭(即加热器熄火)

          控制PLC首先将空气电磁开关5关闭，然后再将燃气电磁开关

          5’关闭；

步骤110)  托架退回至等待工位

          控制PLC控制步进电机将边部加热装置托架移至等待加热工

          位；

步骤111)  结束。

Claims (7)

1.钢卷边部加热控制方法，是通过PLC对设置于钢卷左右两侧加热工位的钢卷边部加热装置进行控制，其中：

控制PLC根据接受的钢卷内外径数据计算加热盘运动的圆轨迹，首先，确定钢卷需要加热的直径方向的宽度D＝(d1—d0)/2，其中：d0为钢卷的固定内径760±5mm，d1为控制PLC计算的钢卷外径数据；其次，将直径方向的宽度D与加热盘直径D0＝400±5mm进行比较，当D<1.1D0时，控制PLC发出边部加热器按小圆周加热模式进行加热，当D>1.1D0时，控制PLC发出边部加热器按大圆周加热模式进行加热；

控制PLC根据接受的钢卷内外径数据选择设定的钢卷边部加热装置加热盘火焰模式，PLC发出加热盘准备操作指令，控制两侧燃气电磁阀打开；钢卷外径大于1450mm，选择大火加热火焰模式，小于1450mm则选择小火加热火焰模式，其中，小火火焰模式，火苗长度为80mm～120mm；大火火焰模式，火苗长度为280mm～320mm；控制PLC根据钢卷材质控制钢卷边部加热的工艺温度，将钢卷边部加热的工艺温度控制在80℃至150℃。

2.如权利要求1所述的钢卷边部加热控制方法，其特征是，所述的小圆周加热模式为边部加热器的加热盘在控制PLC的指令下持续做圆周方向的加热，其圆周轨迹以宽度D的中心为基准，确保钢卷侧面加热均匀，当加热温度到达要求的工艺温度时，控制PLC发出停止指令，小圆周加热模式即完成。

3.如权利要求1所述的钢卷边部加热控制方法，其特征是，所述的大圆周加热模式为：

a)加热盘的圆周运动的外圆轨迹以钢卷外圈为基准，在控制PLC的指令下做圆周方向的加热并运行一周，即先做一个大圆周加热操作；

b)加热盘的圆周运动运行一周后做一个小切线运动至下一个将要进行的小圆周运动轨迹，即做一个切线操作；

c)加热盘在新的小圆周运动轨迹上，加热盘的圆周运动的内圆轨迹以钢卷内圈为基准，在控制PLC的指令下做圆周方向的加热并运行一周，即做一个小圆周加热操作；

d)重复上述a至c步骤，当钢卷侧面加热温度到达要求的工艺温度时，控制PLC发出停止指令，大圆周加热模式即完成。

4.如权利要求1所述的钢卷边部加热控制方法，其特征是，钢卷边部加热工艺温度优选为100℃至120℃。

5.一种用于如权利要求1所述的钢卷边部加热控制方法的钢卷边部加热装置，设置于钢卷左右两侧加热工位，其特征是，包括，

底架，其上设有导轨；

移动托架，设置于所述的底架的导轨上，其上设前后驱动装置；

燃气加热机构，设置于移动托架上，

第一机械臂，其下端活动连接于移动托架上，并由第一伺服电机、减速器以及相应的齿轮驱动转动；

第二机械臂，其一端活动连接于第一机械臂的上端，并由第二伺服电机、减速器以及相应的齿轮驱动转动；

燃气加热盘，固定于第二机械臂的外端部，其上设有喷嘴及相应的燃气管道、压缩空气管道；燃气管道、压缩空气管道中分别设有减压阀、电磁阀、截止阀以及流量调节阀；其中燃气管道中还设有点火电磁阀；

可编程序控制器，与所述的电磁阀、流量调节阀、点火电磁阀，以及伺服电机相电性连接。

6.如权利要求5所述的钢卷边部加热装置，其特征是，进一步，本发明所述装置还包括红外测温仪、位置检测器，分别设置于加热工位，并分别采集参数传送至可编程控制器。用于完成机架横向移动和机械臂的轨迹动作。

7.如权利要求5所述的钢卷边部加热装置，其特征是，所述的移动托架的驱动装置包括电机、减速器。

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