CN105648164B - 适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法，第一，钢板（2）通过辊道系统（1）运行至感应加热炉的感应器（8）入口，上感应器（3）前端上方的位移传感器（5）检测钢板表面与传感器的距离，将测量结果发送至智能处理单元；第二，智能处理单元计算钢板的翘曲度和上感应器位置调节方式，发送至PLC控制系统；第三，PLC控制系统对上感应器位置调节系统（4）发出调节指令，实现钢板与上感应器间距保持相对恒定；第四，钢板进入感应器时，安装于上感应器入口端的红外测温装置（6）对钢板温度进行检测，计算出将钢板加热至目标温度所需功率，并启动感应器加热系统对钢板进行加热，当钢板离开感应炉时温度达到目标温度。

Description

适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法和装置

技术领域

本发明涉及一种钢板在线感应加热控制技术，尤其涉及一种具有间距自适应调节功能的感应加热方法和装置，适用于中厚钢板的热机械控制工艺技术。

背景技术

随着科技的进步，材料应用的范围不断拓展，人们对材料性能的要求愈加苛刻，热机械控制工艺（TMCP）对材料的性能具有重要影响，可实现特殊性能钢板的生产，如焊接性能优异的高强钢、高层建筑用钢和大型船舶用钢等，可极大提升厚板的质量水平，对厚板的性能影响尤为显著。目前，最新的厚板TMCP技术采用超快冷却，之后采用快速加热，将钢板快速加热至一定温度进行在线淬火和回火，使得最终产品中碳化物更细化弥散，提高产品性能。其中，钢板在线快速加热对材料的组织转变具有重要影响，对钢板的最终性能至关重要，快速在线加热是TMCP的关键技术之一。

感应加热技术经过多年的发展，在许多领域得到了广泛应用，其显著特点是加热快、效率高、无接触、控温精确和对环境无污染，在环境保护意识日益增强的现代社会，感应加热技术成为优先选项。在国内，厚板主要采用传统的TMCP技术进行生产，采用介质炉或电阻炉对钢板进行加热，再进行回火处理，升温速率慢，加热效率不高，难以完全满足当前对材料的性能要求。首先，对于厚板在线感应加热，要求在极短的时间内把钢板加热至目标温度，然后进行空冷，当钢板运动速率较快时，所需功率较大；其次，钢板端部在生产中会发生不规则的变形、翘曲等，当变形和翘曲量过大时则入炉时会发生碰撞，在炉内运动时钢板与感应炉发生卡顿，不仅会撞坏感应炉，导致设备性能不稳定，而且钢板卡顿会影响整个生产线的节奏，不利于生产组织的调度，也不利于在线故障处理，这对感应炉的结构设计提出了较高要求；再次，加热过程中，对钢板横截面温度均匀性具有较高的要求，温度控制难度较大，而国内尚未有成熟的技术和设备可利用和借鉴。

通过文献和专利检索，仅有日本JFE有此技术，日本专利JP2004074277A、JP2002226912A和JP2003082412A提出了在钢板TMCP生产中，采用感应加热的方法对钢板加热，然而感应加热设备为螺旋形线圈，当钢板翘曲度较大时该感应加热设备无法处理，并且无法在该生产线上通过，需通过其它设备和将钢板转移，这不利于生产线节奏的匹配，严重影响了生产效率。中国专利CN200810196998中，采用感应加热的方法对钢板进行补热，其线圈结构也是螺旋形线圈，无法快速处理异常翘曲的钢板。

此外，对于厚度相对较薄的钢板（厚度不超过20mm），翘曲度或变形量过大无法实现在线加热，需对钢板进行快速下线处理，并且还需增加后续钢板管理和处理成本，这都会造成生产效率的降低和产品成本的上升，不利于生产线的连续生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法和装置，该方法和装置在在线感应加热过程中感应器与钢板表面的距离能自适应调整，使感应器与钢板间距保持恒定，能处理翘曲度和变形量较大的钢板，拓宽和增强感应加热炉的产品处理能力。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法，其步骤是：

第一，钢板通过辊道系统运行至感应加热炉的感应器入口，感应器包括上感应器和下感应器，下感应器固定安装于感应器支架上，感应器支架位于炉内辊道间，上感应器前端上方的位移传感器检测钢板表面与传感器的距离，将测量结果发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元计算钢板的翘曲度，进而计算出上感应器位置调节方式和范围，把计算结果发送至PLC控制系统；

第三，PLC控制系统根据智能处理单元输出的信息，对上感应器位置调节系统发出调节指令，若钢板与上感应器实际间距小于设定值时，则将上感应器向上提升至设定范围，若钢板与上感应器实际间距大于设定值时，则将上感应器下降至设定范围，若钢板为正常板形时，上感应器位置保持不变，实现钢板上表面与上感应器间距保持相对恒定；

第四，钢板进入感应器时，安装于上感应器入口端的红外测温装置对进入感应器的钢板温度进行检测，将测量结果发送至智能处理单元，智能处理单元计算出将钢板加热至目标温度所需功率，并启动感应器加热系统对钢板进行加热，当钢板离开感应炉时温度达到目标温度。

所述感应器有若干个，每个感应器为独立控制，每个感应器有特定的加热功率曲线、钢板初始温度和加热目标温度；若钢板进入感应加热炉的感应器温度处于设定范围，则感应器按照设定的功率曲线进行加热；若钢板进入感应器温度低于设定初始值，则智能处理单元计算出该感应器将钢板加热至目标温度所需功率，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果向感应器加热系统发出加热指令，提高加热功率，使钢板在出该感应器时温度达到设定目标温度；当钢板进入感应器温度高于设定初始温度时，智能处理单元计算出加热所需功率，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果向感应器加热系统发出加热指令，降低加热功率，保证钢板出感应器时达到设定的目标温度。

所述步骤1中，位移传感器设置一个或多个，在同一时刻，以最小距离作为控制依据进行上感应器位置调节。

一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热装置，包括感应加热炉，感应加热炉包括感应器、智能处理单元、PLC控制系统，感应器包括上感应器和下感应器，下感应器固定安装于感应器支架上，感应器支架位于炉内辊道间，上感应器安装于上感应器位置调节系统上，上感应器前端上方安装有传感器支架，支架上安装有若干个位移传感器，上感应器入口端安装有红外测温装置，位移传感器和红外测温装置输出接智能处理单元，智能处理单元输出接PLC控制系统，PLC控制系统控制上感应器位置调节系统以调节上感应器位置，PLC控制系统控制感应器加热系统进行感应加热。

所述红外测温装置位于感应器支架后面。

所述感应器有若干个，每个感应器为独立控制，若干个感应器在炉内辊道间依次排列，能实时调节若干个上感应器位置，保持钢板与上感应器间距恒定。

本发明一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法和装置采用感应器对钢板进行在线感应加热，感应器包括上感应器和下感应器，加热过程中上感应器与钢板表面的距离可自适应调整，保持上感应器与钢板间距恒定，可处理翘曲度和变形量较大的钢板，拓宽和增强了感应加热炉的产品处理能力，具有较高的加热效率，可提高生产线的生产效率，减少处理工序和成本。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

（1）上感应器位置可实时自适应调节，保持钢板与上感应器间距恒定，可处理任意翘曲度的钢板，提高了设备的产品适应能力，对钢板形状要求较低，减少了异常钢板处理环节，有利于生产节奏的稳定。

（2）每个感应器具有进入感应器的钢板温度检测功能，可根据钢板温度实时计算加热功率，可处理不同温度的钢板，提高了设备的兼容性。

（3）感应器可根据实际情况灵活选择组合，可采用一个或多个感应器，尤其适用于不规则钢板的感应加热处理。

（4）由于钢板与感应器间距相对恒定，加热比较稳定，加热效率相对较高，钢板热处理质量较好，有利于提高产品质量。

本发明的感应加热方法和装置可实现感应加热过程中钢板和感应器间距的动态自适应调节，能实现任意翘曲度钢板的加热处理，设备结构简单，工艺操作易实现自动化，加热效果较好，有利于提高产品质量，简化生产线操作工序，提高生产效率，节约生产成本，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明适用于任意翘曲度钢板的感应加热装置结构示意图；

图2为上感应器结构示意图；

图3a、图3b至图7a、图7b为加热异常翘曲钢板的实施例示意图，其中：图3a、图3b为异常翘曲钢板入感应器前位移传感器检测，图4a、图4b至图7a、图7b是异常翘曲钢板进入至感应器时上感应器位置实时调节和加热示意图。

图中：1辊道系统，2钢板，3上感应器，4上感应器位置调节系统，5位移传感器，6红外测温装置，7传感器支架，8感应器，9下感应器，10感应器支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热装置，包括感应加热炉，感应加热炉包括感应器8、智能处理单元、PLC控制系统，感应器8包括上感应器3和下感应器9，下感应器9固定安装于感应器支架10上，感应器支架10位于炉内辊道间，上感应器3安装于上感应器位置调节系统4上，上感应器3前端上方安装有传感器支架7，支架7上安装有若干个位移传感器5，上感应器3入口端安装有红外测温装置6，红外测温装置6位于感应器支架7后面，位移传感器5和红外测温装置6输出接智能处理单元，智能处理单元输出接PLC控制系统，PLC控制系统控制上感应器位置调节系统4以调节上感应器3位置，PLC控制系统控制感应器加热系统进行感应加热。

所述感应器8有若干个，每个感应器8为独立控制，若干个感应器8在炉内辊道间依次排列，能实时调节若干个上感应器3位置，保持钢板2与上感应器3间距恒定。

一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法，其步骤是：

第一，钢板2通过辊道系统1运行至感应加热炉的感应器8入口，感应器8包括上感应器3和下感应器9，下感应器9固定安装于感应器支架10上，感应器支架10位于炉内辊道间，上感应器3前端上方的位移传感器5检测钢板2表面与传感器5的距离，将测量结果发送至智能处理单元；位移传感器5设置一个或多个，在同一时刻，以最小距离（钢板最大翘曲度）作为控制依据；

第二，智能处理单元计算钢板的翘曲度，进而计算出上感应器3位置调节方式和范围，把计算结果发送至PLC控制系统；

第三，PLC控制系统根据智能处理单元输出的信息，对上感应器位置调节系统4发出调节指令，若钢板2与上感应器3实际间距小于设定值时，则将上感应器3向上提升至设定范围，若钢板2与上感应器3实际间距大于设定值时，则将上感应器3下降至设定范围，若钢板2为正常板形时，上感应器3位置保持不变，无需进行调节，这样实现在整个加热过程中钢板2上表面与上感应器3间距保持相对恒定；

第四，钢板2进入感应器8时，安装于上感应器3入口端的红外测温装置6对进入感应器8的钢板温度进行检测，将测量结果发送至智能处理单元，智能处理单元计算出将钢板2加热至目标温度所需功率，并启动感应器加热系统对钢板2进行加热，当钢板离开感应炉时温度达到目标温度。钢板再通过辊道输送至冷床进行空冷。

通过上述控制方法，实现感应器位置的自适应调节和钢板的连续在线加热，可处理任意翘曲度钢板。

所述感应器8可以是一个，也可以多个，每个感应器8都包含独立的位移传感器5、红外测温装置6和上感应器位置调节系统4，可在线实时测量钢板翘曲度，并实时调节上感应器3位置，保证钢板2与上感应器3间距恒定。在每个上感应器3上，可安装一个或多个位移传感器5，根据最小距离（钢板最大翘曲度）进行上感应器3位置调节。

所述每个感应器8都有特定的加热功率曲线、钢板初始温度和加热目标温度，每个上感应器3上安装有独立的红外测温装置6，对进入感应加热炉的钢板2温度进行测温。若钢板2进入感应加热炉的感应器8温度处于设定范围，则感应器8按照设定的功率曲线进行加热；若钢板2进入感应器8温度低于设定初始值，则智能处理单元计算出该感应器将钢板加热至目标温度所需功率，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果向感应器加热系统发出加热指令，提高加热功率，使钢板2在出该感应器8时温度达到设定目标温度；当钢板2进入感应器8温度高于设定初始温度时，智能处理单元计算出加热所需功率，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果向感应器加热系统发出加热指令，降低加热功率，保证钢板2出感应器8时达到设定的目标温度。

当钢板为异常翘曲时，钢板加热实施方法如下，参见图3a、图3b至图7a、图7b：

首先，翘曲钢板2-1传送至感应加热炉入口处，安装在第一个感应器8-1的第一上感应器3-1前端上方的第一位移传感器5-1检测到钢板2-1翘曲量，参见图3a、图3b，智能处理单元计算出钢板上表面与第一上感应器3-1的间距和需要调节的距离，将数据发送至PLC控制系统，第一上感应器位置调节系统4-1根据PLC控制系统调节指令将第一上感应器3-1提升至设定范围，钢板2-1可顺利进入第一感应器8-1，参见图4a、图4b；其次，第一上感应器3-1入口处的红外测温系统6-1测量钢板2-1温度，计算出所需加热功率，实时调整第一感应器8的加热功率；再次，随着钢板2-1的不断传送，经过第一感应器8-1的钢板2-1翘曲度发生变化，钢板2-1翘曲度减小，则第一上感应器位置调节系统4-1将第一上感应器3-1的位置向下降，直到调节至设定范围，参见图5a、图5b；钢板2-1的头部运动至第二个感应器8-2时，采用相同的上感应器位置调节方法，通过第二上感应器3-2位置的动态调整，使得钢板2-1与第二上感应器3-2的间距保持恒定，参见图5a、图5b，并对钢板进行加热，经过其它感应器8时控制方法相同，参见图6a、图6b、图7a、图7b；最后，当钢板2-1翘曲部分完全通过感应器时，所有感应器位置恢复至正常设定位置。这样完成了翘曲量较大钢板2-1的加热控制。

本发明的一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法和装置中，所述感应器8包括上感应器3和下感应器9，感应器8采用横磁线圈对钢板进行在线感应加热。所述钢板2为任意翘曲度钢板，尤其适用于翘曲度0～1000mm的钢板。本发明的方法和装置也适用于规格较薄钢板的感应加热处理，尤其适用于0～20mm的钢板。

本发明中所述上感应器位置调节系统4可安装于辊道系统1的两侧，在高度方向的位置调节可采用多种方式，如采用螺杆传动实现上感应器的上升和下降功能，也可采用液压机构实现上感应器位置调节功能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法，其特征是：

第一，钢板（2）通过辊道系统（1）运行至感应加热炉的感应器（8）入口，感应器（8）包括上感应器（3）和下感应器（9），下感应器（9）固定安装于感应器支架（10）上，感应器支架（10）位于炉内辊道间，上感应器（3）前端上方的位移传感器（5）检测钢板（2）表面与位移传感器（5）的距离，将测量结果发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元计算钢板的翘曲度，进而计算出上感应器（3）位置调节方式和范围，把计算结果发送至PLC控制系统；

第三，PLC控制系统根据智能处理单元输出的信息，对上感应器位置调节系统（4）发出调节指令，若钢板（2）与上感应器（3）实际间距小于设定值时，则将上感应器（3）向上提升至设定范围，若钢板（2）与上感应器（3）实际间距大于设定值时，则将上感应器（3）下降至设定范围，若钢板（2）为正常板形时，上感应器（3）位置保持不变，实现钢板（2）上表面与上感应器（3）间距保持相对恒定；

第四，钢板（2）进入感应器（8）时，安装于上感应器（3）入口端的红外测温装置（6）对进入感应器（8）的钢板温度进行检测，将测量结果发送至智能处理单元，智能处理单元计算出将钢板（2）加热至目标温度所需功率，并启动感应器加热系统对钢板（2）进行加热，当钢板离开感应炉时温度达到目标温度。

2.根据权利要求1所述的适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法，其特征是：所述感应器（8）有若干个，每个感应器（8）为独立控制，每个感应器（8）有特定的加热功率曲线、钢板初始温度和加热目标温度；若钢板（2）进入感应加热炉的感应器（8）温度处于设定范围，则感应器（8）按照设定的功率曲线进行加热；若钢板（2）进入感应器（8）温度低于设定初始值，则智能处理单元计算出该感应器（8）将钢板加热至目标温度所需功率，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果向感应器加热系统发出加热指令，提高加热功率，使钢板（2）在出该感应器（8）时温度达到设定目标温度；当钢板（2）进入感应器（8）温度高于设定初始温度时，智能处理单元计算出加热所需功率，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果向感应器加热系统发出加热指令，降低加热功率，保证钢板（2）出感应器（8）时达到设定的目标温度。

3.根据权利要求1所述的适用于任意翘曲度钢板的感应加热方法，其特征是：

所述步骤1中，位移传感器（5）设置一个或多个，在同一时刻，以最小距离作为控制依据进行上感应器（3）位置调节。

4.一种适用于任意翘曲度钢板的感应加热装置，其特征是：包括感应加热炉，感应加热炉包括感应器（8）、智能处理单元、PLC控制系统，感应器（8）包括上感应器（3）和下感应器（9），下感应器（9）固定安装于感应器支架（10）上，感应器支架（10）位于炉内辊道间，上感应器（3）安装于上感应器位置调节系统（4）上，上感应器（3）前端上方安装有传感器支架（7），传感器支架（7）上安装有若干个位移传感器（5），上感应器（3）入口端安装有红外测温装置（6），位移传感器（5）和红外测温装置（6）输出接智能处理单元，智能处理单元输出接PLC控制系统，PLC控制系统控制上感应器位置调节系统（4）以调节上感应器（3）位置，PLC控制系统控制感应器加热系统进行感应加热。

5.根据权利要求4所述的适用于任意翘曲度钢板的感应加热装置，其特征是：所述红外测温装置（6）位于传感器支架（7）后面。

6.根据权利要求4或5所述的适用于任意翘曲度钢板的感应加热装置，其特征是：所述感应器（8）有若干个，每个感应器（8）为独立控制，若干个感应器（8）在炉内辊道间依次排列，能实时调节若干个上感应器（3）位置，保持钢板（2）与上感应器（3）间距恒定。