CN105834220A - 镁合金板带轧辊感应加热方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金板带轧辊加热技术。一种镁合金板带轧辊感应加热装置包括感应器系统、测温系统、温度调节系统、智能处理单元、PLC控制系统。该轧辊感应加热方法的步骤是：首先，设定轧辊的目标温度和辊面允许的温差，轧辊开启转动；第二，启动感应器系统，将轧辊辊面加热至目标温度；第三，在加热过程中，测温系统的测温仪实时检测轧辊辊面温度，并将辊面实时温度数据传送至智能处理单元，智能处理单元对温度进行计算，将计算结果发送至PLC控制系统；第四，温度调节系统和感应器系统根据PLC控制系统发出的指令，对辊面温度进行实时调节。本发明能满足轧辊快速加热和实时温度精确控制的要求，保证镁合金板带顺利温轧的工艺要求。

Description

镁合金板带轧辊感应加热方法和装置

技术领域

本发明涉及一种镁合金板带轧辊加热技术，尤其涉及一种镁合金板带轧辊感应加热方法和装置。

背景技术

镁合金材料由于具有质轻、比强度高、减震性好、机械加工性能好、抗电磁干扰性能好、易回收等优点，被称为“21世纪的绿色工程结构材料”，在航天和汽车材料行业具有广阔的应用前景，美国、德国、澳大利亚、日本等国已启动多项镁合金材料的研究，并加大镁合金研究项目的资助力度。我国镁资源储量丰富，鉴于镁合金材料广阔的应用前景，已出台了一系列发展计划，资助了多项镁合金板带铸轧项目。目前，镁合金板带批量连续高强度轧制还很困难，由于其室温成型性较差，只在温热状态下具有良好的塑性成形性能。研究发现，在一定温度下轧制镁合金板带，可获得良好的拉伸性能，因此，镁合金板带轧制过程的温度控制对其质量具有至关重要的影响。

现有镁合金温轧工艺中，对镁合金板带和轧辊均需加热才能满足轧制要求，这要求轧辊在轧制前预热至一定温度，随着轧制过程的进行，辊面温度逐渐降低，需对轧辊进行重新加热，这不利于轧制工艺的稳定和连续运行，也降低了镁合金板带轧制生产效率。美国专利US20110100083采用多个加热炉，对轧辊和镁合金板带进行加热，以保证轧制过程满足温轧工艺温度，该专利技术涉及多个加热炉，占用了较多轧制生产线空间，可能对生产工艺产生一定的干涉。中国专利CN200620022896.4提出了采用加热保温装置，将轧辊和镁合金板带都置于加热保温箱内，保证轧制工艺的顺行，这种将轧辊和板带均置于炉内的方法，不利于轧制操作和现场观察，对轧机维护也带来了较大的难度，对于轧辊温度分布缺乏调节措施和手段。中国专利CN200810088216.2采用半开式感应加热装置，该加热装置占据了1/2的辊面，易对轧机其它设备造成干涉，对轧辊的位置调节和设备维护也造成诸多困难。中国专利CN01135993.5提出了另一种轧辊感应加热装置，在辊面水平方向布置了四个可滑动的感应器，其目的为均匀轧辊径向温度，通过提高加热频率的方法来提高加热温度，这种加热装置和方法均不适用于镁合金板带轧辊加热。

上述专利中，对轧辊加热采用介质炉、电阻炉加热或感应加热，其中介质炉采用燃气燃烧加热，对镁带而言不宜采用；采用电阻炉加热效率较低，加热时间较长，难以对轧辊温度实现即时精确控制，不利于连续快速生产；上述感应加热方法，其加热方法、装置和温度调节方法均不满足镁合金板带轧辊的加热要求。此外，轧制生产线安装有诸多装置和检测设备、探测器等，在满足加热、均热功能的前提下，应尽可能简化加热设备结构。因此，有必要开发一种镁合金轧辊加热的方法和装置，满足轧辊快速加热和实时温度精确控制的要求，保证镁合金板带顺利温轧的工艺要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金板带轧辊感应加热方法和装置，该感应加热方法和装置能满足轧辊快速加热和实时温度精确控制的要求，保证镁合金板带顺利温轧的工艺要求。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种镁合金板带轧辊感应加热方法，感应加热装置经固定架和对应的轧辊安装于同一轧辊轴承座上，使感应加热装置与轧辊相对位置始终保持一致；所述感应加热装置包括感应器系统、测温系统、温度调节系统、智能处理单元、PLC控制系统；

所述轧辊感应加热方法的步骤是：

首先，设定轧辊的目标温度和辊面允许的温差，轧辊开启转动；

第二，启动感应器系统，将轧辊辊面加热至目标温度；

第三，在加热过程中，测温系统的测温仪实时检测轧辊辊面温度，并将辊面实时温度数据传送至智能处理单元，智能处理单元对温度进行计算，将计算结果发送至PLC控制系统；

第四，温度调节系统和感应器系统根据PLC控制系统发出的指令，对辊面温度进行实时调节；

（1）若轧辊表面温度高于设定温度，智能处理单元计算出冷却强度，发送给PLC控制系统，PLC控制系统对温度调节系统发出冷却指令，将对应区域的冷却气道打开进行冷却，一旦该区域温度与设定温度的差别低于设定值，则PLC控制系统对温度调节系统发出停止冷却指令；

（2）当轧辊表面温度达到目标温度时，PLC控制系统对感应器系统发出指令，感应器系统降低功率，采用小功率对轧辊进行加热，保证轧辊表面温度维持在目标温度范围；

（3）若轧辊表面温度低于目标温度，则PLC控制系统对感应器系统发出指令，感应器系统将增大加热功率，将轧辊加热至目标温度范围。

一种镁合金板带轧辊感应加热装置，包括：感应器系统、测温系统、温度调节系统、支架、智能处理单元、PLC控制系统，

所述感应器系统包括感应线圈，所述测温系统包括测温仪和测温仪支架，若干个测温仪安装于测温仪支架上，所述温度调节系统包括冷却气道和气道支架，若干个冷却气道安装于气道支架上，所述感应器系统、测温系统、温度调节系统安装于支架上，支架经固定架与对应的轧辊安装于同一轧辊轴承座上，使所述感应加热装置与轧辊相对位置始终保持一致；

所述测温仪输出接智能处理单元，智能处理单元输出接PLC控制系统，PLC控制系统输出接感应器系统和温度调节系统。

所述感应器系统还包括磁屏蔽单元，感应线圈外侧能被若干个磁屏蔽单元部分或全部覆盖。

所述磁屏蔽单元截面为U形，采用硅钢片加工而成。

所述支架为条状，感应线圈为条状，测温仪支架和气道支架为条状，所述条状为沿轧辊轴中心方向，感应线圈、测温仪支架和气道支架按沿条状方向并排排列并沿轧辊轴中心方向固定于支架上，且测温仪支架靠近中间。

所述气道支架为两条，感应线圈为U形或两条，测温仪支架为一条，由内向外依次排列次序为：测温仪支架、感应线圈和气道支架。

所述气道支架为两条，感应线圈为一条，测温仪支架为一条，两条气道支架位于感应线圈和测温仪支架两侧。

本发明镁合金板带轧辊感应加热方法采用感应加热对轧制镁合金板带的轧辊进行加热，并设计了相应的轧辊感应加热装置，该感应加热装置包括了感应器系统、测温系统和温度调节系统，可将轧辊加热至工艺要求的目标温度范围，有利于镁合金板带的顺利轧制。本发明提出的感应加热装置结构紧凑、加热效率高，在实现快速加热的同时，也可满足精确控温和温度分布特征可调等要求，有利于提高镁合金板带的质量和生产效率，稳定生产工艺，降低缺陷发生概率，节约生产成本。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1）采用感应加热，轧辊加热效率高，无明火和打火现象，有利于镁合金板带高效安全轧制；

2）感应加热装置结构紧凑，占用空间和辊面面积小，与轧机设备无干涉，可提高镁合金板带的成材率，也增加了轧机操作的灵活性；

3）轧辊辊面温度精确可控，辊面温度均匀性较高，有利于镁合金板带的长时间稳定轧制；

4）感应加热装置与轧辊同步运动，可自适应轧辊连续轧制过程的位置变化，有利于感应加热工艺的稳定；

5）本发明的轧辊感应加热方法和装置，适用性较广，可用于对轧制温度较敏感的金属板带温轧工艺。

附图说明

图1为本发明镁合金板带轧辊感应加热方法流程图；

图2为本发明镁合金板带轧辊感应加热装置安装于轧辊示意图；

图3为本发明感应加热装置和轧辊示意图；

图4a和图4b为发明感应加热装置结构示意图；

图5a、图5b、图5c为几种感应线圈结构示意图，其中：图5a为U形线圈，图5b为单条形线圈，图5c为双条形线圈；

图6 为磁屏蔽单元结构示意图。

图中：1轧机框架，2支承辊，3镁合金板带轧辊感应加热装置（感应加热装置），4轧辊，5轧制力控制系统，6支承辊轴承座，7轧辊轴承座，8固定架，31感应器系统，311感应线圈，312磁屏蔽单元，32测温系统，321测温仪，322测温仪支架，33温度调节系统，331冷却气道，332气道支架。

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。

一种镁合金板带轧辊感应加热装置3，包括：感应器系统31、测温系统32、温度调节系统33、支架34、智能处理单元（图中未示出）、PLC控制系统（图中未示出），参见图4a和图4b；所述感应器系统31包括感应线圈311和磁屏蔽单元312，感应线圈311外侧能被若干个磁屏蔽单元312部分或全部覆盖；所述测温系统32包括测温仪321和测温仪支架322，若干个测温仪321安装于测温仪支架322上，测温仪321为红外测温仪；所述温度调节系统33包括冷却气道331和气道支架332，若干个冷却气道331安装于气道支架332上；所述感应器系统31、测温系统32、温度调节系统33安装于支架34上；所述测温仪321输出接智能处理单元，智能处理单元输出接PLC控制系统，PLC控制系统输出接感应器系统31和温度调节系统33。

参见图2和图3，一台轧机，包括：轧机框架1，一对支承辊2，一对轧辊4，轧制力控制系统5，两对支承辊轴承座6和两对轧辊轴承座7，一对轧辊4安装于轧机框架1的中部，一对支承辊2分别安装于轧辊4的上、下侧，在支承辊2的上、下侧分别安装了轧制力控制系统5，轧制力控制系统5不仅可控制轧制力，也可控制支承辊2和轧辊4的位置。前面所述支架34经固定架8与对应的轧辊4安装于同一轧辊轴承座7上，使所述感应加热装置3与轧辊4相对位置始终保持一致。上、下轧辊4采用独立的感应加热装置3，分别对上轧辊和下轧辊进行加热。在镁合金板带轧制过程中，采用了感应加热装置3和轧辊4位置同步技术，使得轧辊4和感应加热装置3的压下量完全相同，并且感应加热装置3和轧辊4间隙保持不变，保证了感应加热装置3与轧辊4的相对位置保持恒定，有利于感应加热工艺的稳定，也有利于轧辊温度的精确控制。

所述支架34为条状，感应线圈311为条状，测温仪支架322和气道支架332为条状，所述条状为沿轧辊轴中心方向，感应线圈311、测温仪支架322和气道支架332按沿条状方向并排排列并沿轧辊轴中心方向固定于支架34上，且测温仪支架322靠近中间，参见图4a和图4b。

参见图5a、图5b和图5c，图5a、图5b、图5c为几种感应线圈结构示意图，其中：图5a为U形线圈，图5b为单条形线圈，图5c为双条形线圈，线圈长度在50～500mm，可根据轧辊实际长度进行选择。所述气道支架332为两条，感应线圈311为U形或两条，测温仪支架322为一条，由内向外依次排列次序为：测温仪支架322、感应线圈311和气道支架322，参见图4a和图4b。若感应线圈311为单条，气道支架332为两条，测温仪支架322为一条，则两条气道支架332位于感应线圈311和测温仪支架322两侧。

参见图6，所述感应器系统31的磁屏蔽单元312截面为U形，采用硅钢片加工而成，长度为10～500mm。该磁屏蔽单元312为可拆卸的分块式，安装于感应线圈311外侧可减少感应器系统31外侧的漏磁，从而增加感应线圈311的加热效率。在实际使用过程中，可根据不同加热工艺和要求，选用1个或多个磁屏蔽单元312进行组合使用，通过选择不同的磁屏蔽单元的排布方式，对感应线圈311的外侧进行整体屏蔽或部分屏蔽，可在一定范围内对轧辊辊面温度进行调节。如为了提高辊面两端温度，降低轧辊中部温度，则磁屏蔽单元排布于轧辊两侧，中部线圈裸露；为了提高轧辊中部温度，降低两端温度，则磁屏蔽单元排布于轧辊中部；为了提高辊面温度均匀性，则可采用轧辊两端的磁屏蔽单元紧密排布，中部采用疏松排布。

所述测温系统32中，采用多个红外测温仪321对轧辊辊面温度进行实时监测，辊面中心测温仪的温度为控制温度，参与加热闭环控制，其它测温仪温度信号参与辊面温度均匀性调节。测温仪321的数量可根据辊面温度控制精度而定，可在3～20个范围内选用，测温仪321固定在一个长条形的测温仪支架322上，测温仪支架322尽可能安装于感应加热装置3的对称中心线上。

所述温度调节系统33中，安装了两排若干个冷却气道331，冷却气道331的数量根据辊面测温点和辊面温度控制精度而定，可在3～20个范围内选择，冷却气道331安装在长条形气道支架332上，气道支架332为两条。

一种镁合金板带轧辊感应加热方法，是在上述镁合金板带轧辊感应加热装置上实施的，即所述感应加热装置3经固定架8与对应的轧辊4安装于同一轧辊轴承座7上，使感应加热装置3与轧辊4相对位置始终保持一致；所述感应加热装置包括感应器系统31、测温系统32、温度调节系统33、智能处理单元、PLC控制系统。

一种镁合金板带轧辊感应加热方法，其步骤是：参见图1，

首先，设定轧辊4的目标温度和辊面允许的温差，轧辊4开启转动；

第二，启动感应器系统31，将轧辊4辊面加热至目标温度；

第三，在加热过程中，测温系统32的测温仪321实时检测轧辊辊面温度，并将辊面实时温度数据传送至智能处理单元，智能处理单元对温度进行计算，将计算结果发送至PLC控制系统；

第四，温度调节系统33和感应器系统31根据PLC控制系统发出的指令，对辊面温度进行实时调节；

（1）若轧辊表面温度高于设定温度，智能处理单元计算出冷却强度，发送给PLC控制系统，PLC控制系统对温度调节系统33发出冷却指令，将对应区域的冷却气道打开进行冷却，一旦该区域温度与设定温度的差别低于设定值，则PLC控制系统对温度调节系统发出停止冷却指令；

（2）当轧辊表面温度达到目标温度时，PLC控制系统对感应器系统31发出指令，感应器系统降低功率，采用小功率对轧辊进行加热，保证轧辊表面温度维持在目标温度范围；

（3）若轧辊表面温度低于目标温度（受环境温度或其他散热和冷却条件的影响），则PLC控制系统对感应器系统31发出指令，感应器系统将增大加热功率，将轧辊加热至目标温度范围。

（4）当轧辊表面温度高于目标温度时，逐渐降低加热功率，甚至关闭感应器系统，并加大轧辊表面冷却强度，随着冷却时间的增加，若轧辊表面温度低于目标温度，则重新启动感应器系统进行加热。

通过以上步骤，实现轧辊辊面温度的实时调节。

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 (7)

1.一种镁合金板带轧辊感应加热方法，其特征是：

感应加热装置经固定架和对应的轧辊安装于同一轧辊轴承座上，使感应加热装置与轧辊相对位置始终保持一致；所述感应加热装置包括感应器系统、测温系统、温度调节系统、智能处理单元、PLC控制系统；

所述轧辊感应加热方法的步骤是：

首先，设定轧辊的目标温度和辊面允许的温差，轧辊开启转动；

第二，启动感应器系统，将轧辊辊面加热至目标温度；

第三，在加热过程中，测温系统的测温仪实时检测轧辊辊面温度，并将辊面实时温度数据传送至智能处理单元，智能处理单元对温度进行计算，将计算结果发送至PLC控制系统；

第四，温度调节系统和感应器系统根据PLC控制系统发出的指令，对辊面温度进行实时调节；

（1）若轧辊表面温度高于设定温度，智能处理单元计算出冷却强度，发送给PLC控制系统，PLC控制系统对温度调节系统发出冷却指令，将对应区域的冷却气道打开进行冷却，一旦该区域温度与设定温度的差别低于设定值，则PLC控制系统对温度调节系统发出停止冷却指令；

（2）当轧辊表面温度达到目标温度时，PLC控制系统对感应器系统发出指令，感应器系统降低功率，采用小功率对轧辊进行加热，保证轧辊表面温度维持在目标温度范围；

（3）若轧辊表面温度低于目标温度，则PLC控制系统对感应器系统发出指令，感应器系统将增大加热功率，将轧辊加热至目标温度范围。

2.一种镁合金板带轧辊感应加热装置，其特征是：包括：感应器系统（31）、测温系统（32）、温度调节系统（33）、支架（34）、智能处理单元、PLC控制系统，

所述感应器系统（31）包括感应线圈（311），所述测温系统（32）包括测温仪（321）和测温仪支架（322），若干个测温仪（321）安装于测温仪支架（322）上，所述温度调节系统（33）包括冷却气道（331）和气道支架（332），若干个冷却气道（331）安装于气道支架（332）上，所述感应器系统（31）、测温系统（32）、温度调节系统（33）安装于支架（34）上，支架（34）经固定架（8）与对应的轧辊（4）安装于同一轧辊轴承座（7）上，使所述感应加热装置（3）与轧辊（4）相对位置始终保持一致；

所述测温仪（321）输出接智能处理单元，智能处理单元输出接PLC控制系统，PLC控制系统输出接感应器系统（31）和温度调节系统（33）。

3.根据权利要求2所述的镁合金板带轧辊感应加热装置，其特征是：所述感应器系统（31）还包括磁屏蔽单元（312），感应线圈（311）外侧能被若干个磁屏蔽单元（312）部分或全部覆盖。

4.根据权利要求3所述的镁合金板带轧辊感应加热装置，其特征是：所述磁屏蔽单元（312）截面为U形，采用硅钢片加工而成。

5.根据权利要求2或3所述的镁合金板带轧辊感应加热装置，其特征是：所述支架（34）为条状，感应线圈（311）为条状，测温仪支架（322）和气道支架（332）为条状，所述条状为沿轧辊轴中心方向，感应线圈（311）、测温仪支架（322）和气道支架（332）按沿条状方向并排排列并沿轧辊轴中心方向固定于支架（34）上，且测温仪支架（322）靠近中间。

6.根据权利要求5所述的镁合金板带轧辊感应加热装置，其特征是：所述气道支架332为两条，感应线圈（311）为U形或两条，测温仪支架为一条，由内向外依次排列次序为：测温仪支架（322）、感应线圈（311）和气道支架（322）。

7.根据权利要求5所述的镁合金板带轧辊感应加热装置，其特征是：所述气道支架（332）为两条，感应线圈（311）为一条，测温仪支架（322）为一条，两条气道支架（332）位于感应线圈（311）和测温仪支架（322）两侧。