CN105648202B - 钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，第一，钢板通过炉前辊道进入感应加热炉内，并在感应炉内进行加热，安装于上感应器内侧表面的气流检测和调节系统的气流检测装置实时检测感应炉内的空气流动，并将检测数据发送至智能处理单元；第二，智能处理单元根据检测数据计算出感应炉内空气流动方向和强度，并计算出抵消该部分空气流动所需的气体流量和作用方向，计算结果发送至PLC控制系统；第三，PLC控制系统向气流检测和调节系统的吹气装置发出调节指令，包括气流量大小指令和气流流向指令；第四，吹气装置进行实时吹气调节，将炉内空气对流降低至允许范围。

Description

钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法

技术领域

本发明涉及一种钢板在线移动加热感应炉的控制方法，尤其涉及感应炉内空气对流调节方法，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。

在线连续移动的钢板在感应炉内加热时，可能会带动空气流动，在炉内形成空气对流，尤其是钢板移动速度较快时，将促进钢板表面散热，导致大量热量流失。另外，由于不同规格的钢板移动速度会有一定差异，空气对流强度也会发生变化，对钢板表面不同位置处的冷却程度不均匀，造成钢板温度分布不均，这会导致钢板性能不稳定，严重时会出现钢板变形等现象，影响了产品质量，也增加了后续处理工序，造成生产成本的增加。目前，对于炉内空气对流的抑制方法主要采用密封措施，尽可能减少炉内空气的流入和流出，该措施适用于静止钢板的加热，或者长段连续的钢板或钢带，但对于多段长短不一的钢板频繁进出感应炉，而且钢板存在一定的翘曲度，感应器入口和出口的密封措施就难以满足工艺要求，还可能导致在入口和出口处钢板与感应器或密封装置的碰撞，不利于工艺的顺行。

经文献和专利检索，日本专利JP2004074277A、JP2002226912A和JP2003082412A采用的TMCP感应加热炉中没有考虑空气对流对钢板加热的影响。在现有TMCP感应加热装置中，尚未有感应炉内空气对流实时调节技术的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，该方法通过安装于感应加热炉上感应器内侧表面的气流检测和调节系统，检测感应炉内空气对流变化情况，并控制调节系统进行实时智能调节，可减少或消除空气对流对钢板感应加热的影响，有利于稳定炉内气氛。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，

第一，钢板通过炉前辊道进入感应加热炉内，并在感应炉内进行加热，钢板运动时会带动周围空气发生流动，感应加热炉包括上感应器和下感应器，安装于上感应器内侧表面的气流检测和调节系统的气流检测装置实时检测感应炉内的空气流动，并将检测数据发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元根据检测数据计算出感应炉内空气流动方向和强度，并计算出抵消该部分空气流动所需的气体流量和作用方向，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的计算结果向气流检测和调节系统的吹气装置发出调节指令，包括气流量大小指令和气流流向指令；

第四，吹气装置根据PLC控制系统指令进行实时吹气调节，将炉内空气对流降低至允许范围。

所述吹气装置包括前方吹气口、后方吹气口、下方吹气口，三个吹气口的方向分别是向前、向后和向下，气流经气体质量流量计流向吹气口。

所述气流检测装置包括水平应力应变片和垂直应力应变片，能实现水平方向和垂直方向气流检测。

所述气流检测装置和吹气装置并排安装。

本发明钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法通过安装于感应加热炉上感应器内侧表面的气流检测和调节系统，检测感应炉内空气对流变化情况，并控制吹气装置实时吹气调节，将感应炉内空气对流降低至允许范围，既可抑制由于钢板运动导致的空气对流，也可消除钢板加热中热空气上升造成的对流，通过上述调节，可减少或消除空气对流对钢板感应加热的影响，并能根据实际情况进行实时智能调节，有利于稳定炉内气氛，达到较好的感应加热效果。

本发明相比现有技术，其有益效果如下：

（1）采用本发明的方法，可实时调节感应炉内空气对流，避免炉内出现显著空气对流。

（2）感应炉内钢板感应加热受空气流动影响较小，有利于钢板稳定加热和温度均匀性调节。

（3）本发明的气流检测和调节系统的对感应炉结构要求较低，适用范围较广。

采用本发明的感应炉内空气对流智能调节方法，所需设备结构简单、操作方便、使用成本较低，可稳定感应炉内气流，减少了钢板感应加热的影响因素，提高加热过程的温度控制精度，可提高产品热处理质量，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为钢板在线移动加热感应炉的加热系统结构示意图；

图2为本发明的感应加热炉结构示意图；

图3为本发明的感应炉上感应器7内侧表面结构示意图；

图4为本发明的吹气装置的吹气口结构示意图；

图5为气流检测装置结构示意图。

图中：1炉前辊道，2钢板，3感应加热炉（感应炉），4上感应器位置调节系统，5炉内辊道，6炉后辊道；7上感应器，8下感应器，9感应器系统支架，10气流检测和调节系统，11吹气装置，12气流检测装置；111前方吹气口，112后方吹气口，113下方吹气口，121水平应力应变片，122垂直应力应变片。

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。

图1所示为钢板在线移动加热感应炉的加热系统结构示意图，该系统包括：炉前辊道1、钢板2、感应加热炉3、炉内辊道5和炉后辊道6。其中感应加热炉包括：上感应器7和下感应器8，上感应器7位置可通过上感应器位置调节系统4进行调节，下感应器8安装于感应器支架9上，参见图2。在上感应器7内侧表面安装有多组气流检测和调节系统10，参见图3，气流检测和调节系统10主要包括气流检测装置12和吹气装置11，还包括智能处理单元和PLC控制系统；所述气流检测装置12和吹气装置11沿与钢板移动方向相垂直的方向（横向）并排安装。所述吹气装置11包括前方吹气口111、后方吹气口112、下方吹气口113，三个吹气口的方向分别是向前、向后和向下，气流经气体质量流量计流向吹气口，实现向前、向后和向下不同流量的吹气调节，参见图4。所述气流检测装置12包括水平应力应变片121和垂直应力应变片122，能实现水平方向和垂直方向气流检测，参见图5。这里吹气装置11所述的向前和向后方向为与钢板移动方向相一致或相反，向下方向为上感应器7对于下方慢速移动的钢板2的垂直方向。气流检测装置12所述的水平方向为钢板2移动方向，垂直方向为垂直于钢板移动方向，气流检测装置12位于钢板2上方。

一种钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，其步骤是：

第一，钢板2通过炉前辊道1进入感应加热炉3内的炉内辊道5，并在感应炉3内进行加热，钢板2运动时会带动周围空气发生流动，感应加热炉包括上感应器7和下感应器8，安装于上感应器7内侧表面的气流检测和调节系统10的气流检测装置12实时检测感应炉内的空气流动，并将检测数据发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元根据检测数据计算出感应炉内空气流动方向和强度，并计算出抵消该部分空气流动所需的气体流量和作用方向，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的计算结果向气流检测和调节系统10的吹气装置11发出调节指令，包括气流量大小指令和气流流向指令；

第四，吹气装置11根据PLC控制系统指令进行实时吹气调节，打开指定吹气口，确定气流流向，通过气体质量流量计精确控制吹气量，抑制炉内空气对流，将炉内空气对流降低至允许范围，使得炉内气氛相对稳定，避免对钢板感应加热带来影响。

在本发明的实施过程中，当钢板2进入感应加热炉3时，对感应炉3炉口气流产生剧烈的搅动作用，则感应加热炉3内的气流检测装置12检测出气流变动后输出给智能处理单元，经智能处理单元计算出气流强度后，控制吹气装置11吹反向气流。当钢板2部分进入感应加热炉3后，由于感应炉3加热，钢板温度迅速升高，导致热气流上升，则气流检测装置12检测后输出给智能处理单元，经智能处理单元计算出热对流强度后控制吹气装置11下方吹气口113向下吹气，抑制热气流上升。当出现异常情况或工艺需要，需控制钢板方向运动时，则可通过与钢板运动方向相反的吹气口进行气流调节。

所述吹气装置11有前方吹气口111、后方吹气口112和下方吹气口113，每个吹气口都装有独立的电磁阀，通过PLC控制系统可实现吹气口的开启、关闭功能；吹气流量大小可通过气体质量流量计进行精确控制。PLC控制系统根据智能处理单元的计算结果，实现吹气口的开启和关闭，若水平方向存在对流，则打开反向的吹气口，吹气量可通过气体质量流量计进行精确控制；若垂直方向存在上升的气流，则PLC控制系统控制下方吹气口113进行吹气调节。对于任意方向的气流，可以分解为水平方向和垂直方向，通过水平方向吹气口111、112和向下吹气口113进行吹气调节。当感应炉内空气对流减弱时，相应的吹气量也随之减小，当空气对流低至一定范围时，可近似认为感应炉内不存在显著空气对流，则通过电磁阀关闭吹气口。

所述气流检测装置12的水平应力应变片121和垂直应力应变片122为高灵敏的应力应变片，气流通过时导致应力应变片变形，通过应力应变片的测量值来计算气流大小和方向，水平方向气流由水平应力应变片111检测，垂直方向气流由垂直应力应变片122进行检测。对于任意方向的气流检测，可以分解为水平方向和垂直方向的检测，通过水平应力应变片121和垂直应力应变片122进行检测。

所述气流检测和调节系统10对感应炉内气流进行实时检测和调节，可以满足正常板形的炉内气流调节要求，也可实现特殊板形的气流调节要求。可根据实际情况设置炉内气流检测和调节系统10的数量，从而达到较好的气流调节效果，减少了钢板感应加热的影响因素。

所述吹气装置喷吹的气体可用氮气、氩气或其他惰性气体。

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 (4)

1.一种钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，其特征是：

第一，钢板通过炉前辊道进入感应加热炉内，并在感应炉内进行加热，钢板运动时会带动周围空气发生流动，感应加热炉包括上感应器和下感应器，安装于上感应器内侧表面的气流检测和调节系统的气流检测装置实时检测感应炉内的空气流动，并将检测数据发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元根据检测数据计算出感应炉内空气流动方向和强度，并计算出抵消该部分空气流动所需的气体流量和作用方向，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的计算结果向气流检测和调节系统的吹气装置发出调节指令，包括气流量大小指令和气流流向指令；

第四，吹气装置根据PLC控制系统指令进行实时吹气调节，将炉内空气对流降低至允许范围。

2.根据权利要求1所述的钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，其特征是：所述吹气装置包括前方吹气口、后方吹气口、下方吹气口，三个吹气口的方向分别是向前、向后和向下，气流经气体质量流量计流向吹气口。

3.根据权利要求1所述的钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，其特征是：所述气流检测装置包括水平应力应变片和垂直应力应变片，能实现水平方向和垂直方向气流检测。

4.根据权利要求1所述的钢板在线移动加热感应炉内空气对流智能调节方法，其特征是：所述气流检测装置和吹气装置并排安装。