CN104985021A - 一种防止带钢边部开裂的边部加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止带钢边部开裂的边部加热装置及方法，其装置包括基础支撑、移动机构、加热机构和PLC控制器；所述基础支撑安装在开卷机的一侧；所述移动机构安装在所述基础支撑的上端面上，所述移动机构包括纵向支架、纵向驱动、横向支架、横向导轨和横向驱动；所述加热机构固定安装在所述横向导轨上，所述加热机构包括点火电极、燃烧室、喷嘴板、喷嘴、空煤气混合管和空煤气混合器；所述PLC控制器分别与纵向驱动、横向驱动和点火电极连接。本发明可以将带钢边部温度加热到指定温度，消除带钢宽度方向上的温差，从而有效避免钢卷开卷过程中的边部开裂。

Description

一种防止带钢边部开裂的边部加热装置及方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种防止带钢边部开裂的边部加热装置及方法。

背景技术

带钢在轧制过程中，其边部温降大于中部温降，边部与中部温差大约为100℃。边部温降大，导致在带钢横断面上晶粒组织不均匀，性能差异大，同时，还会造成轧制中边部裂纹、以及对轧辊严重的不均匀磨损。

对带钢进行边部加热可以有效地减少并阻止上述问题的发生。边部加热一般用于热轧中间坯，可提高带钢边部温度，将其加热补偿到与中部温度一致。边部加热的方法主要有两种：一种是保温罩带煤气烧嘴的火焰型边部加热方法，这种方法在生产硅钢的精轧机组前可见；另一种是电磁感应边部加热方法，这种方法在国外普遍采用，效果更好，因为加热温度可以调节，适用各类钢种。

目前，国内各热轧带钢厂一般将边部加热器安装在带钢稳定运行的机组中段或末段，例如飞剪前，因为此处环境条件好，较适于维修。但是，连退机组入口前端的开卷机处，在开卷过程中，由于钢卷边部应力较大，很容易出现开裂，尤其是对于一些特殊钢种，在环境温度较低的冬季，更易产生边部开裂，影响正常生产运行。然而，因为开卷机前安装空间有限，并且开卷机开卷时卷筒会变小，现有的边部加热器不具备跟随功能，导致现有的边部加热器无法直接应用于开卷机处。因此，本发明的目的在于在开卷机处设计一种边部加热装置，用于防止带钢开卷时边部开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止带钢边部开裂的边部加热装置及方法，它可以将带钢边部温度加热到指定温度，消除带钢宽度方向上的温差，从而有效避免钢卷开卷过程中的边部开裂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种防止带钢边部开裂的边部加热装置，该装置包括：基础支撑、移动机构、加热机构和PLC控制器；其中，

所述基础支撑安装在开卷机与带钢运行方向相反的一侧，所述基础支撑包括具有一定斜度的上端面；

所述移动机构安装在所述基础支撑的上端面上，所述移动机构包括纵向支架、纵向驱动、横向支架、横向导轨和横向驱动，所述纵向支架沿卷筒径向设置，所述纵向支架的轴线与卷筒的轴线相交，所述纵向驱动安装在纵向支架上，所述横向支架沿卷筒轴线安装在纵向支架靠近卷筒的端部，一对所述横向导轨滑动安装在横向支架的两端，所述横向驱动安装在横向支架上；

所述加热机构固定安装在所述横向导轨上，所述加热机构包括点火电极、燃烧室、喷嘴板、喷嘴、空煤气混合管和空煤气混合器，所述点火电极设置在燃烧室的上方，所述燃烧室为狭长型结构，所述燃烧室设置在喷嘴板的上方，所述喷嘴板上设有多个喷孔，所述喷嘴板向外倾斜于钢卷端面设置，所述喷嘴设置在喷嘴板的下方，所述喷嘴具有上小下大的渐缩型腔体，所述喷嘴侧面与所述空煤气混合管连接，所述空煤气混合管与所述空煤气混合器连接，所述空煤气混合器上设有互相垂直的空气接口和煤气接口；

所述PLC控制器分别与纵向驱动、横向驱动和点火电极连接。

按上述技术方案，所述纵向支架包括平行设置的两根驱动杆和一根活动杆，所述活动杆设置在驱动杆之间，每根所述驱动杆上分别安装有所述纵向驱动。

按上述技术方案，所述空煤气混合管包括相互垂直的横管和竖管、以及连接所述横管和竖管的90°弯头。

按上述技术方案，所述空煤气混合器包括中空的混合器本体、以及安装在所述混合器本体内中空的混合器控风体，所述混合器控风体为锥形缩口结构，所述混合器控风体的入口与空气接口连接，所述混合器控风体的出口设置在煤气接口的前端。

按上述技术方案，所述空煤气混合管与所述空煤气混合器通过螺纹连接。

按上述技术方案，所述空气接口处设置有取压嘴，与煤气接口连接的煤气管道上也设置有取压嘴。

按上述技术方案，所述喷嘴板与钢卷端面之间的倾斜角度为10°～20°。

相应的，本发明提供一种防止带钢边部开裂的边部加热方法，包括以下步骤：

S1、将上述装置安装在开卷机的前端，钢卷通过行车吊装到开卷机的卷筒上，并完成穿带；

S2、PLC控制器根据数据库里存储的带钢品种、带钢宽度、钢卷内外径尺寸以及带钢运行速度，调取数据库中预先存储的对应的操作指令，控制纵向驱动带动纵向支架做纵向移动、横向驱动带动横向导轨沿着横向支架做横向移动，使得加热机构移动至钢卷左右两侧；

S3、加热机构就位后，PLC控制器发出点火命令，控制高压包放电使点火电极打火，点火电极点燃燃烧室内空气和煤气的混合器，燃烧室喷出的扁平直火焰能同时加热到钢卷肉厚与带钢正面，并根据设定的工艺温度将带钢边部加热到60℃～80℃；

S4、稳定燃烧后，PLC控制器在点火电极上加载220V电压，并通过离子检测的方式检测点火电极与燃烧室外端面之间是否有稳定火焰，若有稳定火焰，则形成一个封闭电路，同时向PLC控制器返回一个约4～40μA的检测电流值，实现火焰的自动检测功能；

S5、检测电流稳定后，PLC控制器根据带钢运行速度计算钢卷外径的减小速度，进而计算纵向支架的移动速度，保证加热机构始终与钢卷表面保持恒定的距离；

S6、当加热机构接到熄火信号时，停止通入煤气，火焰熄灭，空气继续通入起到冷却保护喷嘴的作用。

本发明产生的有益效果是：(1)采用可纵向和横向移动的移动机构，配合直火焰加热机构，可以实现加热机构跟随钢卷外径进行移动，使得带钢边部加热效果好，均匀性高，可将带钢边部加热到指定工艺温度，从而有效防止带钢开卷时的边部开裂缺陷；(2)加热机构采用独特的狭长型的喷嘴板和燃烧室，保证了一次风的配比，使得加热机构可形成一个刚性的、均匀的扁平火焰，并且自带点火与检测电极，可实现自动点火与关闭控制，操作简便；(3)通过PLC控制器对加热机构的横向与纵向移动进行精确控制，自动化程度高，维护成本低，投入成本远低于采用电磁感应边部加热方法。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例中加热机构的主视图；

图4为本发明实施例中加热机构的左视图。

图中：1-钢卷，2-卷筒，3-横向支架，4-横向导轨，5-加热机构，6-横向驱动，7-纵向驱动，8-纵向支架，801-驱动杆、802-活动杆、9-基础支撑，101-宽带钢卷，102-窄带钢卷，200-加热机构待命位，201-加热机构宽带钢卷工位，202-加热机构窄带钢卷工位，501-点火电极，502-电极座，503-90°弯头，504-横管，505-喷嘴，506-竖管，507-混合器本体，508-混合器控风体，509-管塞，510-取压嘴，551-燃烧室，552-喷嘴板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图4所示，一种防止带钢边部开裂的边部加热装置，该装置包括：基础支撑9、移动机构、加热机构5和PLC控制器；其中，

基础支撑9安装在开卷机与带钢运行方向相反的一侧，基础支撑9包括具有一定斜度的上端面；

移动机构安装在基础支撑9的上端面上，移动机构包括纵向支架8、纵向驱动7、横向支架3、横向导轨4和横向驱动6，纵向支架8沿卷筒2径向设置，纵向支架8的轴线与卷筒2的轴线相交，纵向驱动7安装在纵向支架8上，横向支架3沿卷筒2轴线安装在纵向支架8靠近卷筒2的端部，一对横向导轨4滑动安装在横向支架3的两端，横向驱动6安装在横向支架3上；

加热机构5固定安装在横向导轨4上，加热机构5包括点火电极501、燃烧室551、喷嘴板552、喷嘴505、空煤气混合管和空煤气混合器，点火电极501设置在燃烧室551的上方，燃烧室551为狭长型结构，燃烧室551偏移钢卷1运行中轴线一定角度，燃烧室551设置在喷嘴板552的上方，喷嘴板552上设有多个喷孔，喷嘴505设置在喷嘴板552的下方，喷嘴505具有上小下大的渐缩型腔体，喷嘴505侧面与空煤气混合管连接，空煤气混合管与空煤气混合器连接，空煤气混合器上设有互相垂直的空气接口和煤气接口；

PLC控制器分别与纵向驱动7、横向驱动6和点火电极501连接。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，纵向支架8包括平行设置的两根驱动杆801和一根活动杆802，活动杆802设置在驱动杆801之间，每根驱动杆801上分别安装有纵向驱动7。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，空煤气混合管包括相互垂直的横管504和竖管506、以及连接横管504和竖管506的90°弯头503。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，空煤气混合器包括中空的混合器本体507、以及安装在混合器本体507内中空的混合器控风体508，混合器控风体508为锥形缩口结构，混合器控风体508的入口与空气接口连接，混合器控风体508的出口设置在煤气接口的前端。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，空煤气混合管与空煤气混合器通过螺纹连接。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，空气接口处设置有取压嘴510，与煤气接口连接的煤气管道上也设置有取压嘴510。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，喷嘴板552与钢卷1端面之间的倾斜角度为10°～20°，优选15°。

如图1-图4所示，本发明还提供一种防止带钢边部开裂的边部加热方法，包括以下步骤：

S1、将上述装置安装在开卷机的前端，钢卷1通过行车吊装到开卷机的卷筒2上，并完成穿带；

S2、PLC控制器根据数据库里存储的带钢品种、带钢宽度、钢卷1内外径尺寸以及带钢运行速度，调取数据库中预先存储的对应的操作指令，控制纵向驱动7带动纵向支架8做纵向移动、横向驱动6带动横向导轨4沿着横向支架3做横向移动，使得加热机构5移动至钢卷1左右两侧；

S3、加热机构5就位后，PLC控制器发出点火命令，控制高压包放电使点火电极501打火，点火电极501点燃燃烧室551内空气和煤气的混合器，燃烧室551喷出的扁平直火焰能同时加热到钢卷1肉厚与带钢正面，并根据设定的工艺温度将带钢边部加热到60℃～80℃；

S4、稳定燃烧后，PLC控制器在点火电极501上加载220V电压，并通过离子检测的方式检测点火电极501与燃烧室551外端面之间是否有稳定火焰，若有稳定火焰，则形成一个封闭电路，同时向PLC控制器返回一个约4～40μA的检测电流值，实现火焰的自动检测功能；

S5、检测电流稳定后，PLC控制器根据带钢运行速度计算钢卷1外径的减小速度，进而计算纵向支架8的移动速度，保证加热机构5始终与钢卷1表面保持恒定的距离；

S6、当加热机构5接到熄火信号时，停止通入煤气，火焰熄灭，空气继续通入起到冷却保护喷嘴505的作用。

本发明在具体应用时，如图1-图4所示，在带钢运行的反方向安装基础支撑9，基础支撑9的上端面具有一定的斜度，用来安装纵向支架8，基础支撑9的倾斜角度要求确保安装在其上的纵向支架8的中轴线能对准卷筒2的轴心，因为纵向支架8的轴线与卷筒2的轴线相交，纵向支架8移动时，可以保证加热机构5总是可以沿径向横掠卷筒2，加热效果好。。纵向支架8通过轴承座和螺栓安装固定于基础支撑9之上，纵向支架8由两根驱动杆801和一根活动杆802组成，两根驱动杆801上装有纵向驱动7，纵向驱动7采用电驱动的方式。当钢卷1吊装至卷筒2之上，并完成穿带后，PLC控制器根据该钢卷1的规格尺寸、内外径大小以及带钢运行速度读取相对应的操作指令，控制纵向驱动7跟随钢卷表面缓缓前移，让加热机构5的喷嘴505与钢卷保持恒定的相对位置关系，确保加热效果良好而均匀，将带钢表面加热到指定工艺温度60～80℃。纵向支架8前端安装有横向支架3，横向支架3左右两端对称设有横向导轨4，加热机构5采用螺栓固定于横向导轨4之上。加热机构5的火焰喷口方向与带钢运行方向呈75°夹角。横向导轨4上位于加热机构5的外侧安装有横向驱动6，横向驱动6由PLC控制器根据在线生产的带钢宽度实时控制，横向驱动6采用电驱动方式。横向导轨4的最大行程根据带钢生产线的实际情况，由宽带钢卷101和窄带钢卷102的宽度确定。横向支架任意一端的加热机构均可在一定的矩形空间内精确定位以适应钢卷加热要求。PLC控制器的数据库中收录有全套的适用于不同钢卷规格及生产参数的控制指令，实际使用时，只需自动根据实际钢卷和生产参数进行调取指令控制。

加热机构5主要包括喷嘴505、空煤气混合管和空煤气混合器3个主要部分。

喷嘴505为箱体结构，固定在开卷机旁的横向导轨4上，确保在钢卷开卷过程中随着钢卷直径的减小，火焰与钢卷外表面有确定的距离。喷嘴505存在一个梯形缩口，在上方的缩口小口处布置有喷嘴板552，这种结构使得流道更加合理，避免存在死角。喷嘴板552上设有许多喷孔，用于控制出口流速及火焰形状。喷嘴板552的喷孔总面积、喷孔间距、孔径大小根据加热机构的功率及稳定均匀火焰的必要条件计算确定：首先根据功率、燃气热值及设计混合气喷出流速得出喷孔总面积；然后根据现场实际允许的外形尺寸以及预混燃烧常见的脱火及回火情况选择合适的孔的排数和孔径；最后根据火焰形状和完全燃烧程度确定喷孔间距。整个喷嘴板552的设计必须与一定的一次风配入量相对应。喷嘴板552上方设有燃烧室551。燃烧室由钢板与喷嘴板垂直焊接而成，用于合理组织火焰的燃烧。燃烧室的大小及长度对一次风的配入量影响极大，在实际选取中必须根据所需的一次空气量，火焰长度，刚性及火焰完全燃烧情况合理选取。整个喷嘴505与火焰接触的部分，包括喷嘴板552、燃烧室551，均采用耐热钢精密制造，其他部分采用不锈钢制作。喷嘴箱体部分设计一方面与空煤气混合管的管径配合，另一方面考虑空煤气混合需要。

空煤气混合管包括90°弯头503、横管504和竖管506。空煤气混合管与喷嘴505侧面连接，为了空燃气的良好混合，空煤气混合管长度需要大于8倍管径，而空煤气混合管管径根据空燃气混合器流量及空燃气混合管内气体流速计算得出。横管504与竖管506采用碳钢制作，90°弯头503的目的是为了现场安装需要，采用可锻铸铁制作，与横管504和竖管506采用密封连续焊。

空煤气混合器包含混合器本体507和混合器控风体508，整个空煤气混合器的大小必须根据烧嘴功率及空煤气流量确定，采用碳钢制作。混合器本体507上有对应混合管的螺纹接口，还包含相互垂直的空气接口和煤气接口，其尺寸也根据空煤气流量确定，空气接口处还设有取压嘴510，与煤气接口对应的煤气管道上也设有取压嘴，用于烧嘴调试时的空煤气压力数据采集。混合器本体507上还设置有管塞509。混合器控风体508为锥形缩口结构，与混合器本体507内部点焊固定。与空煤气混合器相连的空气管道与煤气管道上均设有手阀。

点火电极501通过电极座502固定在喷嘴505箱体端面，电极末端定位于燃烧室端部，电极丝弯曲后按严格的装配尺寸与燃烧室外端面保持确定的距离，保证与其的打火效果。点火电极501与高压包电连接，高压包与PLC控制器连接。与煤气接口对应的煤气管道上设有电磁式阀门，电磁式阀门的控制端与PLC控制器电连接。

本发明的工作过程为：

1、钢卷1通过行车吊装至卷筒2，就位后PLC控制器根据钢卷的规格和内外径尺寸控制纵向驱动7将纵向支架8整体前移，若钢卷为宽带钢卷101，则加热机构5先从加热机构待命位200移动至钢卷1左右两侧，然后再通过横向驱动6调整至加热机构宽带钢卷工位201，若钢卷1为窄带钢卷102，则在上一步基础上，根据窄带钢卷102宽度确定横向位移，由横向驱动6将加热机构5从加热机构宽带钢卷工位201调整至加热机构窄带钢卷工位，此时，火焰喷出方向与钢卷运行中心线偏离75°，确保扁平直火焰能同时加热到钢卷肉厚与带钢正面，主要加热带钢肉厚方向，辅助加热带钢正面，这样可以保证带钢在开卷时，边部的应力集中点已经被加热到指定温度；

2、加热机构5就位后，先将空气手阀调至合适位置，当接到点火命令时，PLC控制器控制高压包放电使点火电极501打火，同时煤气管路上的电磁式阀门打开，煤气通入燃烧室，与一直通入燃烧室的助燃空气混合燃烧，稳定燃烧后，PLC控制器在同一根点火电极501上加载220V电压，通过离子检测的方式检测点火电极端部与燃烧室外端面之间是否有稳定火焰，如有稳定火焰，则可形成一个封闭电路，同时向PLC控制器返回一个约4～40μA大小的检测电流值，实现火焰的自动检测功能；

3、检测电流稳定后，PLC控制器根据带钢运行速度确定一个纵向支架迁移的速度值，保证加热机构5始终与钢卷表面保持恒定的距离进行加热；

4、当加热机构5接到熄火信号时，关闭煤气管路上的电磁式阀门，火焰熄灭，助燃空气继续通入起到冷却保护烧嘴的作用，当加热机构故障熄火时，PLC控制器自动切断空煤气电磁阀，确保安全。

这种开卷机旁带边部火焰加热的加热机构5的火焰稳定性好，火焰长度均一，火焰刚性强，燃烧程度充分，带钢边部能被加热到指定的工艺温度。配合可移动跟随式的支架可应用于开卷机旁带钢边部加热以及其他相关加热需求的领域。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种防止带钢边部开裂的边部加热装置，其特征在于，该装置包括：基础支撑（9）、移动机构、加热机构（5）和PLC控制器；其中，

所述基础支撑（9）安装在开卷机与带钢运行方向相反的一侧，所述基础支撑（9）包括具有一定斜度的上端面；

所述移动机构安装在所述基础支撑（9）的上端面上，所述移动机构包括纵向支架（8）、纵向驱动（7）、横向支架（3）、横向导轨（4）和横向驱动（6），所述纵向支架（8）沿卷筒（2）径向设置，所述纵向支架（8）的轴线与卷筒（2）的轴线相交，所述纵向驱动（7）安装在纵向支架（8）上，所述横向支架（3）沿卷筒（2）轴线安装在纵向支架（8）靠近卷筒（2）的端部，一对所述横向导轨（4）滑动安装在横向支架（3）的两端，所述横向驱动（6）安装在横向支架（3）上；

所述加热机构（5）固定安装在所述横向导轨（4）上，所述加热机构（5）包括点火电极（501）、燃烧室（551）、喷嘴板（552）、喷嘴（505）、空煤气混合管和空煤气混合器，所述点火电极（501）设置在燃烧室（551）的上方，所述燃烧室（551）为狭长型结构，所述燃烧室（551）设置在喷嘴板（552）的上方，所述喷嘴板（552）上设有多个喷孔，所述喷嘴板（552）向外倾斜于钢卷（1）端面设置，所述喷嘴（505）设置在喷嘴板（552）的下方，所述喷嘴（505）具有上小下大的渐缩型腔体，所述喷嘴（505）侧面与所述空煤气混合管连接，所述空煤气混合管与所述空煤气混合器连接，所述空煤气混合器上设有互相垂直的空气接口和煤气接口；

所述PLC控制器分别与纵向驱动（7）、横向驱动（6）和点火电极（501）连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纵向支架（8）包括平行设置的两根驱动杆（801）和一根活动杆（802），所述活动杆（802）设置在驱动杆（801）之间，每根所述驱动杆（801）上分别安装有所述纵向驱动（7）。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空煤气混合管包括相互垂直的横管（504）和竖管（506）、以及连接所述横管（504）和竖管（506）的90°弯头（503）。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空煤气混合器包括中空的混合器本体（507）、以及安装在所述混合器本体（507）内中空的混合器控风体（508），所述混合器控风体（508）为锥形缩口结构，所述混合器控风体（508）的入口与空气接口连接，所述混合器控风体（508）的出口设置在煤气接口的前端。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空煤气混合管与所述空煤气混合器通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气接口处设置有取压嘴（510），与煤气接口连接的煤气管道上也设置有取压嘴（510）。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴板（552）与钢卷（1）端面之间的倾斜角度为10°～20°。

8.一种防止带钢边部开裂的边部加热方法，包括以下步骤：

S1、将如权利要求1所述的装置安装在开卷机的前端，钢卷（1）通过行车吊装到开卷机的卷筒（2）上，并完成穿带；

S2、PLC控制器根据数据库里存储的带钢品种、带钢宽度、钢卷（1）内外径尺寸以及带钢运行速度，调取数据库中预先存储的对应的操作指令，控制纵向驱动（7）带动纵向支架（8）做纵向移动、横向驱动（6）带动横向导轨（4）沿着横向支架（3）做横向移动，使得加热机构（5）移动至钢卷（1）左右两侧；

S3、加热机构（5）就位后，PLC控制器发出点火命令，控制高压包放电使点火电极（501）打火，点火电极（501）点燃燃烧室（551）内空气和煤气的混合器，燃烧室（551）喷出的扁平直火焰能同时加热到钢卷（1）肉厚与带钢正面，并根据设定的工艺温度将带钢边部加热到60℃～80℃；

S4、稳定燃烧后，PLC控制器在点火电极（501）上加载220V电压，并通过离子检测的方式检测点火电极（501）与燃烧室（551）外端面之间是否有稳定火焰，若有稳定火焰，则形成一个封闭电路，同时向PLC控制器返回一个约4～40μA的检测电流值，实现火焰的自动检测功能；

S5、检测电流稳定后，PLC控制器根据带钢运行速度计算钢卷（1）外径的减小速度，进而计算纵向支架（8）的移动速度，保证加热机构（5）始终与钢卷（1）表面保持恒定的距离；

S6、当加热机构（5）接到熄火信号时，停止通入煤气，火焰熄灭，空气继续通入起到冷却保护喷嘴（505）的作用。