CN102256714B - 轧机温度控制 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于在轧制铝带或箔（2）期间控制带的平直度的新原理。该系统包括作用于辊（4）的一排全宽度低温辊冷却装置（7）和也作用于辊的一排全宽度辊加热设备（8）。冷却和加热排中的两个或任一个可被分成各个独立可控区。工序自动化系统通过来自带形仪（4）和/或预测处理模块的反馈来控制冷却和加热排的动作，从而通过热生长/收缩来形成最佳辊外形，以便轧制出平直带。

Description

轧机温度控制

技术领域

本发明涉及铝带或铝箔轧机领域，并描述了一种新方法，其将改进轧辊的温度控制，从而改进带的平直度并带来其他安全和生产方面的益处。

背景技术

轧制铝的过程需要润滑剂，从而以更高的压缩获得令人满意的表面加工。然而，即使利用润滑剂，轧制过程产生大量的热，该热必须被消耗以防止设备过热和润滑油分解。因此需要对辊进行额外冷却。目前，这仅能通过两种方式实现：

轧制较冷铝带或铝箔的少量轧机使用水基乳剂作为轧制冷却剂和润滑剂。由于水具有较高的冷却能力，同时含油量能够被调节以产生良好的润滑性能，因此这似乎是理想的解决方案。然而，除非在轧制之后将水立即从带上完全去除，否则在带表面上形成污迹，损坏其外观。实际上，除非带离开轧机的出口温度显著高于100℃，否则已非常难以确保完全的干带。这限制了轧制的实用性，因而只是轧制特殊产品的少数专用轧机使用这种方法。

轧制较冷铝带或铝箔的大多数轧机使用煤油作为轧制润滑剂和冷却剂。已发现煤油在冷却和润滑性能之间具有最好的折中，而不会具有任何带划痕问题。然而，煤油并不是最好的润滑剂或冷却剂，并具有与之相关的明显的防火安全、环境和健康问题。

为了利用煤油提供有效的冷却，可能需要高达每分钟几千升的流速。这种体积需要昂贵的循环和过滤系统，并不可避免地将导致形成油雾，这需要昂贵的排烟和清洁系统。发明人已指出，对于单独的润滑目的，小于10 升/分钟的流速能够满足。

在以上两种解决方案中，数排喷嘴将流体直接施加到辊上以将其有效冷却，同时其他分别受控的喷嘴将流体引导至更靠近辊隙的辊上，以润滑轧制过程。

冷却喷头的其他用途也是已知的。铝带和铝箔的冷却轧制中一种主要困难在于确保产品在轧制之后是平直的。较差的平直度由轧机宽度上的不同量引起的厚度减少的带造成。这是由轧机辊间的间隙变动造成的。通过改变辊宽度上的冷却效果，可以对辊的不同部分施加不同程度的热膨胀，由此提供用于补偿辊缝的局部变动的机构。

有许多专利（例如GB2012198、EP41863）例示了用于改变辊宽度上的冷却速度的技术，并且利用轧机的出口侧上的平直度测量装置直接控制轧制带的平直度。

GB2156255描述了采用单独润滑和冷却（SLC）的方法。数排喷水口用于冷却辊并实现形状控制，同时少量更合适的润滑油被直接施加到轧机上游的带。

在铝行业已知为“紧边”的作用是轧制期间带破裂的主要原因之一。GB2080719描述了使用所谓的“紧边感应器”（TELs）的局部辊加热——这种技术使用感应效应在带边缘的区域中对轧机进行局部加热，从而防止带边缘的轧制不足。

这种技术已成功使用许多轧机上，然而，在使用煤油冷却剂的轧机上，使用电热设备有很大的困难。

在1980年日本的钢轧国际会议上，Sparthmann 和Pawelsky在他们的论文“Thermal Shape Control in Cold Strip Rolling by Controlled Inductive Roll Heating”中描述了使用水冷却喷嘴和感应加热器的组合的试验，以在钢带轧制期间实现平直度的变化。

目前，该领域的进一步发展已受限于煤油冷却效应的控制和分解的进步。

同时，在其他领域中，已进行了一些工作使用低温气体或液体作为工业轧制过程中的冷却剂。关于该课题已公布了各种专利，包括DE3150996、JP2001096301、WO02/087803、US6874344。

然而，所有这些现有技术中的工作曾关注于冷却冶金的已加工材料和其他效果。

US2007/0175255公开了一种用于冷轧金属轧制材料的方法和设备，其中许多喷嘴用于施加润滑油乳剂或原油的各种组合，冷却剂和惰性气体被施加到上下辊的楔形和弧状区域，用于清洁、冷却、润滑和提供惰性的目的。热工作辊筒的平直度控制被提及，然而，其被描述成通过使用惰性气体和传统冷却剂的组合而实现，这在铝轧制领域意味着较高的煤油流动速度以及所有与其相关的设备和安全问题。

发明内容

根据本发明，用于在轧制金属带或金属箔期间控制辊温度的设备包括所附权利要求1中所陈述的各特征。

根据本发明的第二方面，用于在轧制金属带或金属箔期间控制辊温度的方法包括所附权利要求18中所陈述的各特征。

在本说明书的情况下，术语制冷剂指的是在常温下通常为气态但通过合适的控制温度和压力保持在液态并用作冷却剂的物质。诸如制冷剂的相关术语应进行相应地解释。

制冷剂包括但不限于氮、二氧化碳、氩和氧气。

本发明的各实施例提供一种新的改进的冷却和平直度控制技术，其被构思为具有以下特征：

●数排低温气体或液体施加器对轧辊的任一侧或两侧实施冷却

●这些施加器被分成各个独立可控区，其可被控制，以在辊的整个宽度上提供不同的冷却效果

●另外，结合使用一个或更多全宽度辊加热设备和辊冷却剂施加器。

●辊加热设备在辊的宽度上被分成许多个独立可控区。区的数量根据工艺要求可以与冷却区的数量相同或不相同。

●平直度控制系统结合安装在轧机出口侧上的平直度测量装置改变施加到辊宽度的每个区域的冷却或加热量，从而生产平直带。按照其最简单的形式，平直度控制系统通过操作员实现，该操作员响应由平直度测量装置提供的数据改变加热和/或冷却的量。在更为复杂的实施例中，垫子控制器被提供和布置为响应这种数据改变加热和/或冷却。

●绝缘的或有保护的低温进给线将存储槽连接到施加头

●为了防止水因低温而凝结，轧机态可被提供有双级安全通风系统容纳轧机机座的内隔室被保持处于正压，以确保没有水蒸气进入到冷却区域，而外区域与主车间相比被保持处于负压，从而防止人员接近区域缺氧。

●轧制之前，单独的轧制润滑剂被施加到带。这利用诸如静电沉积的方法被施加成非常薄且均匀的层。

该系统提供优于现有技术的众多且较大的益处：

●利用低温冷却的惰性液体或气体完全替换作为轧制冷却剂的煤油完全消除了轧机的失火风险。同时消除了较大的安全和生产损耗发风险，还消除了安全昂贵的防火设备的需要。

●减少了铝轧制过程的环境影响。一旦从过程中去除煤油，则碳氢化合物到大气的排放被降低至零。

●全宽度分组轧制冷却和加热的引入使平直度控制系统与仅为冷却系统相比能够对过程变化反应更迅速。还能够实现诸如宽度变化或冷启动的较为容易的轧制温度管理状况，其中所有或一部分的辊需要加热而其他部分需要冷却。

●加热设备的外区域还将提供“紧边”平直度缺陷的有效降低

●在轧制之前，将极少量的可替代轧制油直接施加到带上将比现有系数产生以下益处：

    ○仅对于轧制的润滑油的油特性的最佳化，与煤油轧制相比，对于给定一组轧机参数允许获得更大的减少——这产生更高产量

    ○减少退火期间由于轧制后留在带上的过量润滑剂造成的带卷染色的发生率——这会获得更高的产量

    ○减少由于漏油引起的冷却剂污染造成的带卷染色的发生率——这会获得更高的产量

    ○由于对蒸发过量煤油的减少的需求而减少带卷退火的时间

● 另外，用低温冷却剂替换煤油消除了对于以下多件设备的及其相关操作成本的需求：

    ○煤油存储槽和循环系统

    ○煤油烟处理厂

    ○煤油过滤厂

    ○轧机出口带排放设备

●去除煤油过滤厂消除了对于使用以及后续昂贵处理有害过滤介质的需求，从而产生安全和成本益处。

●由于消除了专门防护的油槽和存储窖，轧机土木工程被充分简化。

●通过消除较大的煤油处理系统，轧机的空间需求总体上被降低。

附图说明

现在将参照图1、2和3通过非限制实例描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的轧机的透视图；

图2是显示本发明额外优选特征的详细图；以及

图3是例示出本发明进一步优选特征的本发明的示意图示。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的轧机机座1的示意图示，其具有如箭头所示从左至右穿过该机座的铝带或铝箔2。轧机工作辊3和支持辊4并定位和旋转，从而执行如现有技术中广为已知的金属厚度的减少。在进入图示所示的区域之前，待轧制的金属2具有对其施加的一层非常薄且均匀的合适轧制润滑剂。通过本发明，小于10 升/分钟的润滑剂流动速度通常是足够的。

工作辊3的局部温度（及其直径）在轧制过程中被控制如下：

低温存储和输送系统5将低温冷却剂经由绝缘且防护的进给管6供应到冷却剂施加器7。在该实施例中，低温冷却剂施加器7位于轧机的出口侧，其可位于由轧机尺寸、可用空间和所需的冷却效果规定的工作辊3的直径周围任何地方。

低温冷却剂施加器7被分成各个独立可控区，从而通过带平直度控制系统根据需要在辊的宽度上施加不同的冷却效果。

除了低温冷却剂施加器7之外，总宽度加热设备8被示为位于轧机的入口侧。这些加热设备8可位于由轧机尺寸、可用空间和所需的加热效果规定的工作辊周界周围的任何地方。

加热设备8被分成各个独立可控区，从而通过带平直度控制系统根据需要在辊的宽度上施加不同的加热效果。

在现有技术中称为“形状仪”的平直度测量装置9用于提供与轧机生产的带的平直度相关的反馈信号。这些信号由平直度控制系统使用。表示带的平直度的任一信号可用作反馈，控制系统基于该反馈调节加热设备和/或低温施加器。例如，由于带的平直度是辊的外形的函数，使用形状仪测量辊的外形提供表示带平直度的信号，虽然这是间接的（术语“辊的外形”意指辊宽度上辊直径的均匀性）。然而，在例示的优选实施例中，形状仪9用于直接测量带平直度。

基于电子计算机的平直度控制系统（未例示）用于确保加工的金属尽可能平直。电子控制系统使用来自形状仪的反馈信号外加其他轧制参数作为到基于计算机的平直度模型的输入。该模型然后计算应采取的正确动作来确保平直的带。这些动作作为电子信号被传递到低温冷却剂施加器、全宽度加热设备以及被提供作为轧机机座的一部分的传统机械平直度致动器（例如，滚弯汽缸）。

结合基于煤油冷却使用的平直度控制系统在现有技术中是已知的，根据该知识，技术人员能够充分地提供适用于低温制冷剂的系统。

独特的全宽度双重冷却加热系统能够实现更大的控制灵活性以及更快的温度范围响应时间。

参见图2，发明人已发现，为了平直度控制，由于至少两个原因，对辊的“楔形”区域10施加冷却剂是不希望的，即：

1）这会引起使平直度控制更为困难的不定且不均匀的喷射区；以及

2）一些冷却剂不可避免地接触带自身，辊任一侧上的带的不受控制的冷却会引起平直度误差。

由于这些原因，根据本发明的优选实施例，低温冷却剂被引导至辊的“弧状”区域11，并且屏障12被包括以防止冷却剂触及到楔形区域和带。

屏障12示意性地图示在图3中。实际上，挡板12可以被实现成（例如）气帘、实心屏障或二者的组合。

为了实现上述系统的有效性，优选的是，所使用的低温设备并不会使水在轧机设备上冷凝并滴落到带上。图3示出了从轧机机座区域排除水蒸气因而防止任何冷凝的优选方法。

轧机机座设备13由内腔14围绕。该腔由板材15形成，并将包括用于允许接近轧机机座设备13进行维护所需的可闭合的入口点和可移除的区段。待由轧机加工的金属16将穿过内腔14任一侧上的开口。内腔14并不是密封单元，板材15将剩余开口17减少至可控制腔内压力的尺寸。

在开始轧制之前（例如在维护行为之后），合适量的干气被引入到内腔中，从而挤出可能在致动低温冷却剂施加器19之前存在的任何水蒸气。干气被引入到内腔14内的一个或更多个点18。

对于内腔提供一个或更多个排气点20。这些排气点被连接到现有技术中众所周知的单独的排气系统。在每一个排气点20处存在阀或阻尼器21，用于控制发生的抽出量。

在轧制期间，用于冷却轧辊的低温冷却剂在内腔14内产生干气压力。干气供给点18或阻尼器21适当地用于确保在内腔14内保持较小的干气正压力。该控制可使用合适的压力传感器而自动或手动实现。较小的正压力将防止水蒸气的任何进入，并将还使一定量的干气通过由17表示的间隙从内腔连续逸出。

为了防止气体累积，减少轧机周围操作者接近区域中的氧气水平，外腔22围绕内腔。外腔如同内腔一样具有类似的板材构造。类似地，相对内腔，外腔并未被完全密封，但对于可能的特定压力控制，开口在尺寸上被充分地减少。

提供如同内腔一样连接到相同排气系统的抽气点23。阀或阻尼器24控制排气速率，以确保外腔与操作者区域相比总是保持在负压，因而周围空气将通过外腔22中的开口25被吸入。通过这种方法，最小的气体从外腔排出，由此确保轧机操作者的安全。

排气系统的正确功能通过适当定位的缺氧检测器26进行证实。

Claims (33)

1.一种用于轧制金属箔或金属带的设备，包括：

一对工作辊，所述工作辊被布置成接收位于所述工作辊之间的辊隙区中的所述带，

多个低温流体施加器，所述多个低温流体施加器被布置成将低温流体引导至所述辊中至少一个的表面上的多个区中的一个或更多区，以及

通过一个或更多加热设备对所述辊的表面上的所述多个区中的一个或更多区进行加热的装置，

其中，所述多个低温流体施加器被布置成将所述低温流体引导至所述辊中至少一个的弧状区域中的多个区中的一个或更多区；并且

其中，所述设备进一步包括位于每个工作辊的弧状区域和楔形区域之间的至少一个屏障，所述至少一个屏障被布置成防止所述低温流体侵入到所述辊的所述楔形区域和/或所述带。

2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括平直度测量装置，所述平直度测量装置被布置成在所述金属带从所述辊经过之后提供表示所述金属带的平直度的信号。

3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括用于响应所述信号改变对所述一个或更多区的热和/或低温流体的施加的装置。

4.根据权利要求3所述的设备，包括处理器，所述处理器被布置成接收来自所述平直度测量装置的数据并响应所述数据来控制所述加热设备和/或所述低温流体施加器，由此改变对所述一个或更多区的热和/或低温流体的施加。

5.根据权利要求2-3中任一项所述的设备，其中所述平直度测量装置被布置成测量所述辊的外形。

6.根据权利要求2-3中任一项所述的设备，其中所述平直度测量装置被布置成直接测量所述金属带的平直度。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，进一步包括润滑剂供应源以及用于将所述润滑剂引导至所述辊上游的所述带的装置。

8.根据权利要求7所述的设备，其中润滑剂供应源被布置成以小于10 升/分钟的速度引导润滑剂。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述屏障包括实心屏障。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述屏障包括气帘。

11.根据权利要求1-4和8中任一项所述的设备，进一步包括：

包围所述辊的内隔室；

包围所述内隔室的外隔室；

用于将所述内隔室相对于周围压力保持在正压力的装置；以及

用于将所述外隔室相对于周围压力保持在负压力的装置。

12.根据权利要求11所述的设备，进一步包括干气喷射装置。

13.根据权利要求12所述的设备，进一步包括排气装置。

14.根据权利要求1-4、8-10和12-13中任一项所述的设备，其中所述低温流体包括氮。

15.根据权利要求1-4、8-10和12-13中任一项所述的设备，其中所述低温流体包括二氧化碳。

16.一种用于在轧制期间控制金属带或箔的形状的方法，所述方法包括：经由一个或更多低温流体施加器将低温流体引导至一个或更多辊的表面上的多个区中的一个或更多区，所述多个区在所述辊的宽度上均匀分布，以及经由一个或更多加热设备对所述辊的表面上的所述多个区中的一个或更多区进行加热，由此控制所述辊在所述辊宽度上的径向尺寸，其中，所述低温流体被引导至至少一个辊的弧状区域，并且其中，所述方法进一步包括步骤：提供位于每个工作辊的弧状区域和楔形区域之间的屏障，以防止低温流体侵入到所述楔形区域和/或所述带上。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括步骤：

布置平直度测量装置，以在所述金属带从所述辊经过之后提供表示所述金属带的平直度的信号；

接收来自所述平直度测量装置的数据；以及

响应所述数据改变对所述一个或更多区的低温流体和/或热的施加。

18.根据权利要求17所述的方法，其中对所述一个或更多区的低温流体和/或热的施加由操作员响应所述数据手动改变。

19.根据权利要求17所述的方法，其中对所述一个或更多区的低温流体和/或热的施加由处理器改变，所述处理器被布置成接收来自所述平直度测量装置的数据并控制所述一个或更多低温流体施加器和/或所述一个或更多加热设备。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述平直度测量装置被布置成测量所述辊的外形。

21.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述平直度测量装置被布置成直接测量所述带的平直度。

22.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，进一步包括将润滑剂施加到所述辊上游的所述带。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述润滑剂以小于10 升/分钟的速度被施加。

24.根据权利要求16所述的方法，其中所述屏障为实心屏障。

25.根据权利要求16所述的方法，其中所述屏障为气帘。

26.根据权利要求16-19和23-25中任一项所述的方法，进一步包括步骤：

将所述辊包围在内隔室中；

将所述内隔室包围在外隔室中；

在所述内隔室中相对于周围压力保持正压力；以及

在所述外隔室中相对于周围压力保持负压力。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述内隔室的压力由干气喷射装置和/或排气装置控制。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述外隔室的压力由排气装置控制。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述内隔室的压力的控制作为开环系统而手动控制。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述内隔室和外隔室的压力的控制作为开环系统而手动控制。

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述内隔室和外隔室的压力的控制利用压力传感装置结合计算机控制系统而自动控制。

32.根据权利要求16-19、23-25和27-31中任一项所述的方法，其中引导至一个或更多辊的表面上的多个区中的一个或更多区的所述低温流体包括氮。

33.根据权利要求16-19、23-25和27-31中任一项所述的方法，其中引导至一个或更多辊的表面上的多个区中的一个或更多区的所述低温流体包括二氧化碳。