CN105652913B - 钢板感应加热过程边部温度控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板感应加热过程边部温度控制方法，第一，钢板（2）进入感应加热炉（3），感应加热系统启动加热，安装于上感应器（8）上的红外测温装置（6）检测钢板中心和边部温度，将测量结果发送至智能处理单元；第二，智能处理单元实时计算钢板边部与中心的温差，若温差超过设定值，则计算出边部补热或冷却调节所需的加热功率或冷却强度，发送至PLC控制系统；第三，PLC控制系统对边部温度调节系统（5）发出指令；第四，边部温度调节系统启动加热或冷却调节，直到钢板边部与中心的温差小于设定值，当钢板达到目标温度时钢板离开感应加热炉。本发明对钢板边部温度进行实时检测和调节，保证边部温度与钢板中心温度基本一致。

Description

钢板感应加热过程边部温度控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及一种钢板在线感应加热控制技术，尤其涉及一种钢板感应加热过程边部温度控制方法和控制装置，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。

钢板在线移动感应加热中，由于感应加热的端部效应，边部和中部往往会存在一定的温差，若温差过大会导致钢板组织不均匀，甚至会引起钢板变形，恶化钢板的力学性能，不利于产品质量的提高。通过文献调研和专利检索，中国专利CN201210044530.7提出了带钢热轧过程中边部温度控制方法，主要通过感应器加热功率的调整来调节带钢边部温度，该方法仅可进行加热，而无冷却功能，边部温度过高时无法实现温度调节功能；中国专利CN200510112077.9提出了一种热轧过程粗轧板温度控制方法，通过多点测温数据，递推解析粗轧板运行中的升温过程，该方法用于温度预测，没有钢板边部温度调节功能；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，但缺乏边部温度的控制方法。因此，有必要开发一种钢板在感应加热中边部温度调节技术，使得钢板边部温度与中心温度保持一致或温差控制在工艺允许的范围内，从而有利于提高钢板热处理质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢板感应加热过程边部温度控制方法和控制装置，该方法和装置通过边部温度实时检测，自动选择补热或冷却方式，对钢板边部温度进行实时调整，保证边部温度与钢板中心温度基本一致，从而提高钢板温度均匀性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢板感应加热过程边部温度控制方法，其步骤是：

第一，钢板进入感应加热炉，感应加热系统启动加热，感应加热炉包括上感应器和下感应器，安装于上感应器上的红外测温装置检测钢板中心和边部温度，将测量结果发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元实时计算钢板边部与中心的温差，若温差超过设定值，则计算出边部补热或冷却调节所需的加热功率或冷却强度，发送至PLC控制系统；

第三，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果，对边部温度调节系统发出指令，若钢板边部温度偏高，则对边部温度调节系统的冷却调节系统发出冷却指令，并调节冷却强度；若边部温度偏低，则启动边部温度调节系统的边部感应加热装置，并根据计算值调节加热功率；

第四，边部温度调节系统启动加热或冷却调节，直到钢板边部与中心的温差小于设定值，当钢板达到目标温度时钢板离开感应加热炉。

进一步，钢板从炉前辊道传送至感应加热炉前，安装于上感应器入口端的第一位移传感器检测钢板上表面与第一位移传感器的间距，安装于辊道边框内两侧的第二位移传感器和第三位移传感器检测钢板两侧面到第二位移传感器和第三位移传感器的间距，检测结果发送至智能处理单元以计算钢板的位置，通过PLC控制系统调整边部温度调节系统位置。

一种钢板感应加热过程边部温度控制装置，包括边部温度调节系统、位移传感器、红外测温装置、智能处理单元、PLC控制系统，所述红外测温装置和位移传感器输出接智能处理单元，智能处理单元经计算后将计算结果发送至PLC控制系统，PLC控制系统输出控制边部温度调节系统；

所述边部温度调节系统包括边部感应加热器、吹气冷却装置和水冷块冷却装置，所述边部感应加热器位于侧面部，吹气冷却装置位于上方部，水冷块冷却装置位于下方部，所述侧面部、上方部和下方部三面围成的凹形空间能使钢板边部通过；所述边部感应加热器经边部感应加热器位置调节机构连接于边部温度调节系统支架上，吹气冷却装置经吹气冷却装置位置调节机构连接于边部温度调节系统支架上，水冷块冷却装置经水冷块冷却装置位置调节机构连接于边部温度调节系统支架上，边部温度调节系统支架安装于感应加热炉炉内辊道边框上。

进一步，所述红外测温装置安装于上感应器上，红外测量装置有多个红外测温探头，探头至少有二排，每排有三个探头，分别位于左侧、中心、右侧。

进一步，所述位移传感器为三个，第一位移传感器安装于上感应器入口端，第二位移传感器和第三位移传感器安装于辊道边框内两侧。

本发明钢板感应加热过程边部温度控制方法和控制装置通过边部温度实时检测，自动选择补热或冷却方式，对钢板边部温度进行实时调整，保证边部温度与钢板中心温度基本一致，从而提高钢板横截面温度均匀性；同时，边部温度调节系统可根据钢板规格进行位置自适应调整，可有效控制钢板温度均匀性，提高感应加热过程的控温精度。本发明不仅可提高钢板质量，而且可提高钢板的成材率，减少边部废料的生成率，节约生产成本。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）能实现移动钢板边部温度的实时检测和调节，提高了钢板温度均匀性；

（2）本发明具有钢板边部加热和冷却功能，可快速灵活切换加热和冷却功能，能满足大部分工况条件的钢板边部调节要求；

（3）本发明的边部温度调节系统的位置灵活可调，并且可自适应调整，可满足不同规格钢板的处理要求；

（4）本发明可降低钢板两侧的切边率，提高钢板的成材率。

采用本发明的钢板边部温度控制方法，可实现钢板感应加热过程边部温度的实时补热和冷却调节，提高钢板温度均匀性。此外，边部温度调节系统的作用位置可随钢板规格变化而自动调节，操作简单，过程参数可自动检测和计算，易于实现自动化作业。因此，本发明提出的方法可提高钢板热处理质量，所需设备结构简单且功能全面，有利于提高钢板成材率和生产效率，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明钢板感应加热过程边部温度控制方法流程图；

图2为包含边部温度控制装置的钢板感应加热结构示意图；

图3为包含边部温度控制系统的感应加热炉结构示意图；

图4为边部温度控制系统结构示意图。

图中：1炉前辊道，2钢板，3感应加热炉，4炉内辊道，5边部温度调节系统，6红外测温装置，7炉后辊道；8上感应器，9位移传感器，10下感应器；11吹气冷却装置，12吹气冷却装置位置调节机构，13水冷块冷却装置，14水冷块冷却装置位置调节机构，15边部感应加热器，16边部感应加热器位置调节机构，17边部温度调节系统支架。

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2至图4，一种钢板感应加热过程边部温度控制装置，包括边部温度调节系统5、位移传感器9、红外测温装置6、智能处理单元、PLC控制系统，所述红外测温装置6和位移传感器9输出接智能处理单元，智能处理单元经计算后将计算结果发送至PLC控制系统，PLC控制系统输出控制边部温度调节系统5。

辊道系统包括炉前辊道1、炉内辊道4和炉后辊道7。感应加热炉3包括上感应器8和下感应器10，下感应器10安装于炉内辊道4间。

所述红外测温装置6安装于上感应器8上，红外测量装置6有多个红外测温探头，探头至少有二排，每排有三个探头，分别位于左侧、中心、右侧，用于测量钢板2中心和边部温度，参见图3。

所述位移传感器9为三个，第一位移传感器91安装于上感应器8入口端，第二位移传感器92和第三位移传感器93安装于辊道边框内两侧，用于实时测量钢板2的位置。其中：第一位移传感器91可测量钢板2上表面到上感应器8的间距，第二位移传感器92和第三位移传感器93分别检测钢板2的两侧表面到辊道侧边框架的间距，参见图3。

参见图4，所述边部温度调节系统包括边部感应加热器15、吹气冷却装置11和水冷块冷却装置13，所述边部感应加热器15位于侧面部，吹气冷却装置11位于上方部，水冷块冷却装置13位于下方部，所述侧面部、上方部和下方部三面围成的凹形空间能使钢板2边部通过；所述边部感应加热器15经边部感应加热器位置调节机构16连接于边部温度调节系统支架17上，吹气冷却装置11经吹气冷却装置位置调节机构12连接于边部温度调节系统支架17上，水冷块冷却装置13经水冷块冷却装置位置调节机构14连接于边部温度调节系统支架17上，边部温度调节系统支架17安装于感应加热炉炉内辊道4边框上。其中：吹气冷却装置11用于对钢板2上表面进行吹气冷却调节，可通过吹气冷却装置位置调节机构12对其作用位置进行调节；水冷块冷却装置13用于钢板2底部冷却，可通过水冷块冷却装置位置调节机构14对作用位置进行调节；边部感应加热器15可对钢板2边部进行加热，可通过边部感应加热器位置调节机构16对其位置进行调整。

一种钢板感应加热过程边部温度控制方法，其步骤是：参见图1至图4，

钢板2从炉前辊道1传送至感应加热炉3前，首先，安装于上感应器8入口端的第一位移传感器91检测钢板2上表面与第一位移传感器91的间距，安装于辊道边框内两侧的第二位移传感器92和第三位移传感器93检测钢板2两侧面到第二位移传感器和第三位移传感器的间距，检测结果发送至智能处理单元以计算钢板2的位置，通过PLC控制系统调整边部温度调节系统5位置。

参见图1，第二，钢板2进入感应加热炉3，感应加热系统启动加热，同时，安装于上感应器8上的红外测温装置6实时检测钢板2中心和两侧边部温度，将测量结果发送至智能处理单元；

第三，智能处理单元实时计算钢板中心与两侧边部的温差，若温差超过设定值，则计算出边部补热或冷却调节所需的加热功率或冷却强度，发送至PLC控制系统；

第四，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果，对边部温度调节系统5发出调节指令，若钢板边部温度高于中心温度时，则对边部温度调节系统5的冷却调节系统发出冷却指令，该冷却调节系统包括吹气冷却装置11和水冷块冷却装置13，并调节冷却强度对钢板2进行冷却调节，直到边部温度与中心温差小于设定值为止；若边部温度低于钢板中心温度时，则启动边部温度调节系统5的边部感应加热装置15对钢板2进行加热处理，并根据计算值调节加热功率，直到边部温度与钢板2中心温差小于设定值；若钢板2边部与中心温差低于设定值，则钢板边部无需温度调节；

第五，边部温度调节系统5根据PLC指令进行边部温度调节，当钢板2边部温度高于中心温度时，边部温度调节系统5打开吹气冷却装置11和水冷块冷却装置13对钢板2边部进行降温，当钢板2边部温度低于中心温度时，边部温度调节系统5打开边部感应加热装置15对钢板2进行加热调节，通过边部温度调节系统5的实时调节作用，钢板2的边部与中心温度基本保持一致，当钢板达到目标温度时钢板离开感应加热炉，钢板温度均匀性较好，可得到较好的热处理效果。

所述边部温度调节系统5具有加热和冷却调节功能，其中，具有冷却功能的有吹气冷却装置11和水冷块冷却装置13，均可独立调节控制，吹气冷却装置11冷却钢板2的上表面边部区域，水冷块冷却装置13冷却钢板2下表面边部区域，两者具有等效冷却强度，单个边部温度调节系统5对钢板2边部冷却降温幅度为0～100℃。边部感应加热器15具有加热调节功能，对钢板2边部温度提升幅度为0～200℃。

所述边部温度调节系统5的吹气冷却装置11、水冷块冷却装置13和边部感应加热器15的作用位置可调，钢板2进入感应加热炉3前，三个位移传感器91、92、93检测钢板位置，根据检测结果自动调整边部温度调节系统5的吹气冷却装置11、水冷块冷却装置13和边部感应加热器15的位置，使之分别与钢板位置保持相对稳定。此外，边部温度调节系统5的吹气冷却装置11、水冷块冷却装置13和边部感应加热器15的作用范围可根据实际情况进行设定，在本发明中，边部温度调节系统5对钢板边部区域的调节范围为0～2000mm，吹气冷却装置11可采用一排或多排吹气孔的布置方式，可在1～50排之间选择，每排间距可在5～200mm范围内选择，每排吹气冷却可独立控制冷却强度。水冷块冷却装置13由一个或多个水冷块组成，对钢板边部区域的调节范围为0～2000mm，每个水冷块可独立控制冷却强度。边部感应加热器15与钢板2边部距离可在0.1～200mm范围内选择，可采用一个或多个分块式边部感应加热器对钢板2边部进行加热调节，多个感应加热器可独立进行加热控制，单个边部感应加热器15的长度可在1～500mm范围内选择。

所述边部温度调节系统5的数量可根据实际情况选择，可采用1～100个，单个长度边部温度调节系统5的长度可在5～2000mm范围内选择。

所述红外测温系统6由多个红外测温探头组成，可选择2～20排，至少选择二排测温探头，每排有三个探头，分别位于左侧、中心、右侧，其中中心为中心测温，左侧和右侧分别对钢板两边部进行测温，若边部进行区域精确控温，可在边部设置多只测温探头。测温探头排列数量根据边部温度调节系统5的数量进行设置，测温探头排数可设置为边部温度调节系统5数量的1～10倍。

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 (5)

1.一种钢板感应加热过程边部温度控制方法，其特征是：

第一，钢板（2）进入感应加热炉（3），感应加热系统启动加热，感应加热炉（3）包括上感应器（8）和下感应器（10），安装于上感应器（8）上的红外测温装置（6）检测钢板（2）中心和边部温度，将测量结果发送至智能处理单元；

第二，智能处理单元实时计算钢板边部与中心的温差，若温差超过设定值，则计算出边部补热或冷却调节所需的加热功率或冷却强度，发送至PLC控制系统；

第三，PLC控制系统根据智能处理单元计算结果，对边部温度调节系统（5）发出指令，若钢板边部温度偏高，则对边部温度调节系统（5）的冷却调节系统发出冷却指令，并调节冷却强度；若边部温度偏低，则启动边部温度调节系统（5）的边部感应加热装置，并根据计算值调节加热功率；

第四，边部温度调节系统（5）启动加热或冷却调节，直到钢板边部与中心的温差小于设定值，当钢板（2）达到目标温度时钢板离开感应加热炉（3）。

2.根据权利要求1所述的钢板感应加热过程边部温度控制方法，其特征是：钢板（2）从炉前辊道（1）传送至感应加热炉（3）前，安装于上感应器（8）入口端的第一位移传感器（91）检测钢板（2）上表面与第一位移传感器（91）的间距，安装于辊道边框内两侧的第二位移传感器（92）和第三位移传感器（93）检测钢板（2）两侧面到第二位移传感器（92）和第三位移传感器（93）的间距，检测结果发送至智能处理单元以计算钢板（2）的位置，通过PLC控制系统调整边部温度调节系统（5）位置。

3.一种钢板感应加热过程边部温度控制装置，其特征是：包括边部温度调节系统（5）、位移传感器（9）、红外测温装置（6）、智能处理单元、PLC控制系统，所述红外测温装置（6）和位移传感器（9）输出接智能处理单元，智能处理单元经计算后将计算结果发送至PLC控制系统，PLC控制系统输出控制边部温度调节系统（5）；

所述边部温度调节系统（5）包括边部感应加热器（15）、吹气冷却装置（11）和水冷块冷却装置（13），所述边部感应加热器（15）位于侧面部，吹气冷却装置（11）位于上方部，水冷块冷却装置（13）位于下方部，所述侧面部、上方部和下方部三面围成的凹形空间能使钢板（2）边部通过；

所述边部感应加热器（15）经边部感应加热器位置调节机构（16）连接于边部温度调节系统支架（17）上，吹气冷却装置（11）经吹气冷却装置位置调节机构（12）连接于边部温度调节系统支架（17）上，水冷块冷却装置（13）经水冷块冷却装置位置调节机构（14）连接于边部温度调节系统支架（17）上，边部温度调节系统支架（17）安装于感应加热炉炉内辊道（4）边框上。

4.根据权利要求3所述的钢板感应加热过程边部温度控制装置，其特征是：所述红外测温装置（6）安装于上感应器（8）上，红外测量装置（6）有多个红外测温探头，探头至少有二排，每排有三个探头，分别位于左侧、中心、右侧。

5.根据权利要求3所述的钢板感应加热过程边部温度控制装置，其特征是：所述位移传感器（9）为三个，第一位移传感器（91）安装于上感应器（8）入口端，第二位移传感器（92）和第三位移传感器（93）安装于辊道边框内两侧。