CN108235479B - 提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性的装置及方法。该装置包括框架、平面电磁感应器（11）、磁极，在上部框架（10）上设置一组中间固定磁极（4）、一组左右中部可移动磁极（3、5），一组左右边部可移动磁极（2、6），一组左右边部屏蔽罩（1、7），在下部框架上镜像布置有相同磁极和屏蔽罩。在带钢运行方向出口处配置有扫描式温度仪（20）。该方法首先针对不同规格带钢在过程机对横磁设备各个磁极和屏蔽罩进行初始位置设定；然后当带钢通过横磁设备后，将测温仪数据在带钢宽度方向上按一定比例分为固定区域、中部区域、边部区域和带钢边沿四个部分，根据各区域带钢温度实际值，按照不同策略分别调整磁极和屏蔽罩位置。

Description

提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置及方法

技术领域

本发明涉及带钢连退工艺中的带钢加热技术，尤其涉及一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性的装置及方法，适用于横向磁通感应加热带钢的温度控制。

背景技术

在带钢冷轧及轧后处理领域，比如带钢轧前补热、镀锌合金化加热、涂层烘干等方面，纵磁感应加热技术都取得了成功的应用。但在带钢连退领域，需要将带钢加热到600℃至 900℃，该区间带钢磁滞效应基本丧失，对于薄带钢来说，由于集肤效应的影响，采用纵向磁通加热就基本不可能了，所以在这个温度区间段，现代连退工艺基本都采用传统加热的方式，比如气体直接加热、燃气辐射管加热、电阻丝辐射管加热等。这种方式需要连退机组很长，炉内设备繁多，占地和投资大，并且由于带钢炉内接触多易于造成表面质量损伤和断带以及设备损伤等诸多问题，另外由于在高温段其加热速率一般在10℃/s以下，很难开发新产品新工艺。

针对薄的带钢加热或者对非铁磁性的金属带，比如铝、铜或不锈钢带的感应加热就需要另外一种形式，即横向磁通感应技术，该技术最近几年开始受到关注。横向磁通感应技术是在工件上下分别放置通电的平面感应器一对或多对，上下感应器的通电形式完全相同。加热时其磁力线垂直于工件表面穿透整个工件厚度，而不像纵向磁通加热，其工件心部并没有磁通穿过。这样就避免了纵向磁通以集肤层为设计原则的频率要求，可以实现在较低频率下达到加热要求，从而为薄板、非磁性材质或700℃以上的碳钢(居里点一般750℃左右，失磁滞效应)提供了感应加热的可能。

但横向磁通感应加热存在一个重大的问题就是工件表面加热温度非常不均匀，限制了其应用。从检索到的技术文献看，横向磁通感应加热在工件横向温度均匀性能控制在50～70℃以内就相当不容易。为解决横向磁通感应加热的技术问题，国内外有大量的专利技术和文献。美国专利US5403994A采用两片分立的J型线圈导体，一条固定，另一条移动来适应带钢宽度的变化，该技术无法解决带钢边部温度过热或加热不足的问题。美国专利US2002121512A1采用软电缆连接感应器导体，这样方便调整温度均匀性，由于带钢的感应加热一般电流都比较大，需要采用的软电缆尺寸非常大，故该专利的实用性也不大。欧洲专利 EP1148762A1把感应线圈全都固定，而把导磁体做成活动磁极，利用导磁体的聚磁特性来改善带钢宽度方向的温度均匀性，对变规格带钢的生产也有适应性；同时，也考虑了磁场屏蔽体的应用来更加灵活的控制温度分布。

以上三项专利中，法国fives公司的专利EP1148762A1更接近现场工业应用，但其温度均匀性仍然不能满足带钢连退的工艺要求，并且没有提供相应的控制方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置与方法。本发明通过实测温度，实时控制磁极和屏蔽罩的位置，提高横向磁通感应加热带钢的横向温度均匀性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置，包括：框架、平面电磁感应器、屏蔽罩、多组磁极，

所述框架包括上部框架和下部框架，上部框架和下部框架固定为一体；带钢从上部框架和下部框架之间穿过，并且上部框架中心线、下部框架中心线与带钢运行中心线重合；所述上部框架和安装于上部框架上的部件构成了横磁设备正面，所述下部框架和安装于下部框架上的部件构成了横磁设备反面；

所述平面电磁感应器横向固定安装在上部框架上；

所述磁极与平面电磁感应器相配合，磁极包括移动磁极和固定磁极，固定磁极固定安装在上部框架上，并且固定磁极中心线与框架中心线重合，且位于框架中部；

移动磁极经伺服电机驱动，能沿框架横向移动，即沿与框架中心线相垂直的方向移动；移动磁极包括：左边部可移动磁极、左中部可移动磁极、右中部可移动磁极、右边部可移动磁极，移动磁极设置于上部框架上；

所述屏蔽罩设置于框架边部，且位于移动磁极外侧，屏蔽罩经伺服电机驱动，能沿框架横向移动；屏蔽罩包括左边部屏蔽罩和右边部屏蔽罩，屏蔽罩设置于上部框架上；

所述平面电磁感应器、固定磁极、移动磁极和屏蔽罩也设置于下部框架上，并且分别与设置于上部框架上的平面电磁感应器、固定磁极、移动磁极和屏蔽罩呈镜像布置。

所述装置在带钢运行方向的出口处，还配置有扫描式温度仪，扫描式温度仪输出接控制器，控制器输出控制伺服电机，从而带动移动磁极和屏蔽罩横向移动。

一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其步骤是：

第一、过程机根据“钢种×厚度等级×宽度等级”对带钢进行分层，建立各个层别带钢加热时的屏蔽罩、边部磁极、中部磁极位置表；生产启动后，下发设定第一块带钢加热时各个设备的初始位置；

第二、PLC控制系统接收到设定值后，将横磁设备的各个磁极和屏蔽罩移动到给定位置；带钢开始以给定速度运行，平面电磁感应器通电启动，开始加热；

第三、当带钢出横磁设备到达扫描式温度仪后，PLC采集扫描式温度仪A路原始数据并进行如下处理：

(1)扫描式温度仪位于横磁设备出口处正上方，与带钢表面的距离为L，扫描角度为 B°，则每两条扫描线之间的宽度LNW为：

(2)根据扫描式温度仪检测的左边部位置LEP和右边部位置REP，计算扫描仪检测到的带钢宽度，并与带钢实际宽度W进行比较，偏差小于一定比例P_admit时，则认为测量有效，具体如下式所示：

(3)当判断测量数据有效后，将带钢横向全长共划分为7个区域，分别为左边沿区域 (LEP--a1)、左边部区域(a1—a2)、左中部区域(a2—c1)、中部的固定区域(c1—c2)、右中部区域(c2—a3)、右边部区域(a3—a4)、右边沿区域(a4--REP)，并且左边沿区域、左边部区域、左中部区域分别与右边沿区域、右边部区域、右中部区域呈轴对称分布状；

第四、带钢横向温度均匀性反馈控制：

(1)带钢边沿区域均匀性温度控制：带钢边沿区域分为带钢左边沿和右边沿区域；

带钢左边沿区域(LEP--a1)的温度控制为：首先计算去除带钢两侧边沿的横向温度平均值T_mean，然后将左边沿平均温度T_{left_edge}与T_mean比较得到温度偏差值ΔT₁,再经过死区环节处理，得到ΔT₁′，死区阈值为T_dead1，取值范围为0～2℃；则左屏蔽罩位置调节量ΔP_{left_edge}计算如下：

式中，K_total1为总增益，

K_P1为比例系数，

K_I1为积分系数，

ΔT₁′为温度偏差值；

左屏蔽罩位置调节量ΔP_{left_edge}在送给左屏蔽罩电机之前要经过限幅处理，限幅Lim1取值为：

Lim1＝k1×S_{left_edge} (4)

式中，k1取值为0～0.2，

S_{left_edge}为左屏蔽罩电机的最大运行范围；

带钢右边沿区域(a4--REP)的温度控制方式与带钢左边沿区域(LEP--a1)的温度控制方式相同；

(2)带钢边部区域温度均匀性控制：带钢边部区域分为带钢左边部区域和带钢右边部区域，左边部区域和右边部区域的中点分别为b1和b4，左边部区域和右边部区域的外侧分别为a1-b1、b4-a4，左边部区域和右边部区域的内侧分别为b1-a2、a3-b4；

带钢左边部区域(a1—a2)的温度控制为：左边部区域外侧a1-b1的平均温度为T_{side_outer}，左边部区域内侧b1-a2的平均温度为T_{side_inner}，将T_{side_inner}与T_{side_outer}比较，得到边部温度偏差值ΔT₂，经过死区环节处理后，得到ΔT₂′，死区阈值为T_dead2，取值范围为0～2℃；则边部磁极电机位置调节量ΔP_side计算如下：

式中，K_total2为总增益，

K_P2为比例系数，

K_I2为积分系数，

ΔT₂′为温度偏差值；

ΔP_side在送给边部磁极电机之前要经过限幅处理，限幅Lim2取值为：

Lim2＝k2×S_side (6)

式中，k2取值为0～0.2，S_side为边部磁极电机的最大运行范围；

带钢右边部区域(a3—a4)的温度控制方式与带钢左边部区域(a1—a2)的温度控制方式相同；

(3)带钢左右中部区域温度均匀性控制：带钢中部区域分为带钢左中部区域和带钢右中部区域，左中部区域和右中部区域的中点分别为b2和b3，左中部区域和右中部区域的外侧分别为a2-b2、b3-a3，左中部区域和右中部区域的内侧分别为b2-c1、c2-b3；

带钢左中部区域(a2—c1)的温度控制为：左中部区域外侧a2-b2的平均温度为T_{mid_outer}，左中部区域内侧b2-c1的平均温度为T_{mid_inner}，将T_{mid_inner}与T_{mid_outer}比较，得到中部温度偏差值ΔT₃，经过死区环节处理后，得到ΔT₃′，死区阈值为T_dead3，取值范围为0～2℃；则中部磁极电机位置调节量ΔP_mid计算如下：

式中，K_total3为总增益，

K_P3为比例系数，

K_I3为积分系数，

ΔT₃′为温度偏差值；

ΔP_mid在送给边部磁极电机之前要经过限幅处理，限幅Lim3取值为：

Lim3＝k3×S_mid (8)

式中，k3取值为0～0.2，S_mid为边部磁极电机的最大运行范围；

带钢右中部区域(c2—a3)的温度控制方式与带钢左中部区域(a2—c1)的温度控制方式相同；

(4)带钢中部的固定区域(c1—c2)的磁极为固定磁极，位置保持不变。

进一步，带钢温度均匀性反馈控制投入延迟一段时间T_delay后，若带钢均匀性达到目标值，PLC向过程机上传各位置实际值，过程机根据实际值，启动对当前带钢的屏蔽罩和磁极位置预设定值进行加权学习处理。

本发明提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置与方法是一种横向磁通感应加热技术。本发明的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置(简称为横磁设备)包括框架、平面电磁感应器、固定磁极、可移动屏蔽罩和可移动磁极，在横磁设备正面，即上部框架上设置一组中间固定磁极，一组左中部可移动磁极，一组右中部可移动磁极，一组左边部可移动磁极，一组右边部可移动磁极，以及一组左边部屏蔽罩和一组右边部屏蔽罩，在横磁设备反面，即下部框架上，镜像布置有相同磁极和屏蔽罩。可移动磁极和可移动屏蔽罩由伺服电机驱动，能沿带钢横向移动。在带钢运行方向的出口处，配置有扫描式温度仪。

本发明提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法为：首先针对不同规格的带钢在过程机对横磁设备的各个磁极和屏蔽罩进行初始位置设定；然后当带钢通过横磁设备后，将测温仪数据在带钢宽度方向上按一定比例分为固定区域、中部区域、边部区域、带钢边沿四个部分，根据分组后各区域的带钢温度实际值，按照不同策略，分别调整磁极和屏蔽罩的位置；当带钢均匀性达到目标之后，收集稳定阶段磁极和屏蔽罩的实际位置，对设定值进行学习优化。当带钢焊缝达到横磁设备时，还需要启动过焊缝控制。

本发明通过实测温度，实时控制磁极和屏蔽罩的位置，提高横向磁通感应加热带钢的横向温度均匀性。实验结果表明，带钢横向温度均匀性可以控制在±10℃以内，可以满足带钢连退的工艺要求。

附图说明

图1为本发明提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置示意图；

图2为本发明提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法流程图；

图3为扫描式温度仪布置示意图；

图4为带钢横向温度区间划分示意图；

图5为左边沿温度均匀性反馈控制示意图；

图6为边部区域温度均匀性反馈控制示意图；

图7为中部区域温度均匀性反馈控制示意图；

图8为带钢1横向各区域实测温度示意图；

图9为带钢2横向各区域实测温度示意图。

图中：1左边部屏蔽罩，2左边部可移动磁极，3左中部可移动磁极，4中间固定磁极，5右中部可移动磁极，6右边部可移动磁极，7右边部屏蔽罩，10上部框架，11平面电磁感应器；20扫描式温度仪。

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1，一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置，以下简称为横磁设备，包括：框架、平面电磁感应器、屏蔽罩、多组磁极；

所述框架包括上部框架10和下部框架，上部框架10和下部框架固定为一体；带钢从上部框架10和下部框架之间穿过，并且上部框架中心线、下部框架中心线与带钢运行中心线重合，所述上部框架10和安装于上部框架10上的部件构成了横磁设备正面，所述下部框架和安装于下部框架上的部件构成了横磁设备反面。

所述平面电磁感应器11横向固定安装在上部框架10上；平面电磁感应器11为多个，呈平行状排列，图1中所示为两个。

所述磁极与平面电磁感应器11相配合，磁极包括移动磁极和固定磁极，固定磁极4固定安装在上部框架10上，并且固定磁极中心线与框架中心线重合，且位于框架中部。

移动磁极经伺服电机驱动，能沿框架横向移动，即沿与框架中心线相垂直的方向移动；移动磁极包括：左边部可移动磁极2、左中部可移动磁极3、右中部可移动磁极5、右边部可移动磁极6，移动磁极设置于上部框架上。

所述屏蔽罩设置于框架边部，且位于移动磁极外侧，屏蔽罩经伺服电机驱动，能沿框架横向移动；屏蔽罩包括左边部屏蔽罩1和右边部屏蔽罩7，屏蔽罩设置于上部框架上。

所述平面电磁感应器、固定磁极、移动磁极和屏蔽罩也设置于下部框架上，并且分别与设置于上部框架10上的平面电磁感应器11、固定磁极4、移动磁极2、3、5、6和屏蔽罩 1、7呈镜像布置。

所述设置于上部框架和下部框架上的左中部可移动磁极3和右中部可移动磁极5由第四伺服电机控制，可同时向中间或两侧移动；所述设置于上部框架和下部框架上的左边部可移动磁极2和右边部可移动磁极6由第三伺服电机控制，可同时向中间或两侧移动；所述设置于上部框架和下部框架上的左边部屏蔽罩1由第一伺服电机控制，可同时向中间或一侧移动；所述设置于上部框架和下部框架上的右边部屏蔽罩7由第二伺服电机控制，可同时向中间或一侧移动。

所述横磁设备在带钢运行方向的出口处，还配置有扫描式温度仪20，扫描式温度仪输出接控制器，控制器输出控制伺服电机，从而带动移动磁极和屏蔽罩横向移动。

参见图2，一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其步骤是：

第一、过程机根据“钢种×厚度等级×宽度等级”对带钢进行分层，建立各个层别带钢加热时的屏蔽罩、边部磁极、中部磁极位置表；生产启动后，下发设定第一块带钢加热时各个设备的初始位置；

第二、PLC控制系统接收到设定值后，将横磁设备的各个磁极和屏蔽罩移动到给定位置；带钢开始以给定速度运行，平面电磁感应器通电启动，开始加热；

第三、当带钢出横磁设备到达扫描式温度仪后，PLC采集扫描式温度仪A路原始数据并进行如下处理：参见图3，

(1)扫描式温度仪位于横磁设备出口处正上方，与带钢表面的距离为L，扫描角度为 B°，则每两条扫描线之间的宽度LNW为：

选取扫描式温度仪扫描线路A为1000路，扫描角度B为80°，则当带钢出横磁设备到达扫描式温度仪后，PLC采集扫描式温度仪1000路原始数据，扫描角度为80°，并且扫描式温度仪位于横磁设备出口处正上方，与带钢表面的距离为L，则每两条扫描线之间的宽度LNW为：

LNW＝L·tan(40°)/500 (11)

(2)根据扫描式温度仪检测的左边部位置LEP和右边部位置REP，参见图4，计算扫描仪检测到的带钢宽度，并与带钢实际宽度W进行比较，偏差小于一定比例P_admit时，则认为测量有效，具体如下式所示：

(3)当判断测量数据有效后，将带钢横向全长共划分为7个区域，参见图4，分别为左边沿区域(LEP--a1)、左边部区域(a1—a2)、左中部区域(a2—c1)、中部的固定区域(c1—c2)、右中部区域(c2—a3)、右边部区域(a3—a4)、右边沿区域(a4--REP)，并且左边沿区域、左边部区域、左中部区域分别与右边沿区域、右边部区域、右中部区域呈轴对称分布状；

相对带钢的整体宽度，这些区域有不同的百分比，可以在调试时进行修改。

第四、带钢横向温度均匀性反馈控制：

(1)带钢边沿区域均匀性温度控制：带钢边沿区域分为带钢左边沿和右边沿区域；。

带钢左边沿区域(LEP--a1)的温度控制为：参见图5，首先计算去除带钢两侧边沿的横向温度平均值T_mean，然后将左边沿平均温度T_{left_edge}与T_mean比较得到温度偏差值ΔT₁，再经过死区环节处理，得到ΔT₁′，死区阈值为T_dead1，取值范围为0～2℃；死区处理方式如下：

则左屏蔽罩位置调节量ΔP_{left_edge}计算如下：

式中，K_total1为总增益，

K_P1为比例系数，

K_I1为积分系数，

ΔT₁′为温度偏差值；

左屏蔽罩位置调节量ΔP_{left_edge}在送给左屏蔽罩电机之前要经过限幅处理，限幅Lim1取值为：

Lim1＝k1×S_{left_edge} (4)

式中，k1取值为0～0.2，

S_{left_edge}为左屏蔽罩电机的最大运行范围；

带钢右边沿区域(a4--REP)的温度控制方式与带钢左边沿区域(LEP--a1)的温度控制方式相同；

(2)带钢边部区域温度均匀性控制：带钢边部区域分为带钢左边部区域和带钢右边部区域，左边部区域和右边部区域的中点分别为b1和b4，左边部区域和右边部区域的外侧分别为a1-b1、b4-a4，左边部区域和右边部区域的内侧分别为b1-a2、a3-b4；

带钢左边部区域(a1—a2)的温度控制为：参见图6，左边部区域外侧a1-b1的平均温度为T_{side_outer}，左边部区域内侧b1-a2的平均温度为T_{side_inner}，将T_{side_inner}与T_{side_outer}比较，得到边部温度偏差值ΔT₂，经过死区环节处理后，得到ΔT₂′，死区阈值为T_dead2，取值范围为 0～2℃；则边部磁极电机位置调节量ΔP_side计算如下：

式中，K_total2为总增益，

K_P2为比例系数，

K_I2为积分系数，

ΔT₂′为温度偏差值；

ΔP_side在送给边部磁极电机之前要经过限幅处理，限幅Lim2取值为：

Lim2＝k2×S_side (6)

式中，k2取值为0～0.2，S_side为边部磁极电机的最大运行范围；

带钢右边部区域(a3—a4)的温度控制方式与带钢左边部区域(a1—a2)的温度控制方式相同；

(3)带钢左右中部区域温度均匀性控制：带钢中部区域分为带钢左中部区域和带钢右中部区域，左中部区域和右中部区域的中点分别为b2和b3，左中部区域和右中部区域的外侧分别为a2-b2、b3-a3，左中部区域和右中部区域的内侧分别为b2-c1、c2-b3；

带钢左中部区域(a2—c1)的温度控制为：参见图7，左中部区域外侧a2-b2的平均温度为T_{mid_outer}，左中部区域内侧b2-c1的平均温度为T_{mid_inner}，将T_{mid_inner}与T_{mid_outer}比较，得到中部温度偏差值ΔT₃，经过死区环节处理后，得到ΔT₃′，死区阈值为T_dead3，取值范围为0～2℃；则中部磁极电机位置调节量ΔP_mid计算如下：

式中，K_total3为总增益，

K_P3为比例系数，

K_I3为积分系数，

ΔT₃′为温度偏差值；

ΔP_mid在送给边部磁极电机之前要经过限幅处理，限幅Lim3取值为：

Lim3＝k3×S_mid (8)

式中，k3取值为0～0.2，S_mid为边部磁极电机的最大运行范围；

带钢右中部区域(c2—a3)的温度控制方式与带钢左中部区域(a2—c1)的温度控制方式相同；

(4)带钢中部的固定区域(c1—c2)的磁极为固定磁极，位置保持不变。

第五、过程机屏蔽罩和磁极位置学习

带钢温度均匀性反馈控制投入延迟一段时间T_delay后，若带钢均匀性达到目标值，PLC 向过程机上传各位置实际值，过程机根据实际值，启动对当前带钢的屏蔽罩和磁极位置预设定值进行加权学习处理；所述延迟时间T_delay为5～20秒。若带钢均匀性未达到目标值，则当前带钢的学习不启动。

下面以左屏蔽罩为例，假设其初始设定值为S(n)，在当前带钢的实际值S^ACT(n)上传后，做以下学习：

S(n+1)＝α·S(n)+(1-α)·S^ACT(n)

式中：α：遗传系数，取值0.6～1

S(n+1):下一块带钢的位置设定值。

对于当前带钢的磁极位置预设定值进行加权学习处理过程，以及右屏蔽罩的位置预设定值进行加权学习处理过程，与上述的左屏蔽罩的学习过程相同。

第六、带钢过焊缝控制

连续加热过程中，当带钢焊缝到达横磁设备时，为防止带钢局部温度、特别是边部温度过高，造成焊缝处的断带现象，需要对屏蔽罩和磁极采取一系列的措施。

(1)当前后两块带钢同规格时，在焊缝达到横磁设备之前，屏蔽罩移动到正常位置的β₁(0<β₁<＝1)倍，磁极位置保持不变；当焊缝出横磁设备后，屏蔽罩移动到正常位置。

(2)当下块带钢比本块窄时，在焊缝达到横磁设备之前，屏蔽罩移动到下块带钢设定位置的β₂(0<β₂<＝1)倍，磁极移动到下块带钢的设定位置；当焊缝出横磁设备后，屏蔽罩移动到下块带钢的设定位置。

(3)当下块带钢比本块宽时，在焊缝达到横磁设备之前，屏蔽罩移动到当前位置的β₃ (0<β₃<＝1)倍，磁极位置保持不变；当焊缝出横磁设备后，屏蔽罩和磁极均移动到下块带钢的设定位置。

下面以在横磁加热实验平台上的实施例来进一步说明上述方法。

在某次加热带钢实验中，带钢宽度为1183mm，厚度为0.3mm，将带钢温度直接从室温加热到730度。中部磁极、边部磁极、屏蔽罩以各自机械安装的中心位置为零点，向内为负，向外为正，动作范围分别为±52.5mm、±50mm、±62.5mm，参见图4。

(1)针对当前带钢，过程机从位置表中查得中部磁极、边部磁极、屏蔽罩的初始设定值分别为-52.5mm、-45.5mm、-7.5mm。

(2)PLC控制系统接收到设定值后，将横磁设备的各个磁极和屏蔽罩移动到给定位置，带钢以5.3m/min的速度运行，平面电磁感应器通电启动开始加热；

(3)扫描式温度仪检测到加热的带钢后(以温度高于400度为判断条件，测温仪到带钢垂直距离为830mm，计算得到LNW＝1.393，允许测量宽度误差为2％)，对1000路原始数据进行处理。测得LEP＝79，REP＝921，则实测带钢宽度为(REP-LEP) *LNW＝1172.9mm。则(1-1172.9/1183)*100％＝0.85％，则实测宽度偏差小于2％，实测数据可信。然后按照20％、35％、35％、10％将带钢横向全长分为中部区域、左右中部区域、左右边部区域、左右边沿区域共7个区域。

(4)根据实测温度，横磁设备通过移动中部磁极、边部磁极、屏蔽罩进行温度均匀性反馈控制。

(5)延迟20s以后，带钢温度均匀性达到目标值，PLC上传各部分实际值为-50.1mm、-47.2mm、-9.1mm，遗传系数α取值0.7，则学习之后该规格带钢的设定值分别为-51.8mm、 -46mm、-8mm。

图8为带钢横向从左到右各区域的温度曲线，在头部温度横向温度偏差较大，为±15 度左右，到中部可以达到±10度左右，满足了均匀性要求。

图9为下一次加热同规格的带钢，采用学习后的位置设定值，可以看出带钢横向温度均匀性从头部开始就得到了较好的控制，温度偏差为±10度左右，均匀性得到了较大提升。

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 (8)

1.一种提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置，其特征是：包括：框架、平面电磁感应器、屏蔽罩、多组磁极，

所述框架包括上部框架(10)和下部框架，上部框架(10)和下部框架固定为一体；带钢从上部框架(10)和下部框架之间穿过，并且上部框架中心线、下部框架中心线与带钢运行中心线重合；所述上部框架和安装于上部框架上的部件构成了横磁设备正面，所述下部框架和安装于下部框架上的部件构成了横磁设备反面；

所述平面电磁感应器(11)横向固定安装在上部框架(10)上；

所述磁极与平面电磁感应器相配合，磁极包括移动磁极和固定磁极，固定磁极(4)固定安装在上部框架(10)上，并且固定磁极中心线与框架中心线重合，且位于框架中部；

移动磁极经伺服电机驱动，能沿框架横向移动，即沿与框架中心线相垂直的方向移动；移动磁极包括：左边部可移动磁极(2)、左中部可移动磁极(3)、右中部可移动磁极(5)、右边部可移动磁极(6)，移动磁极设置于上部框架上；

所述屏蔽罩设置于框架边部，且位于移动磁极外侧，屏蔽罩经伺服电机驱动，能沿框架横向移动；屏蔽罩包括左边部屏蔽罩(1)和右边部屏蔽罩(7)，屏蔽罩设置于上部框架上；

所述平面电磁感应器、固定磁极、移动磁极和屏蔽罩也设置于下部框架上，并且分别与设置于上部框架上的平面电磁感应器、固定磁极、移动磁极和屏蔽罩呈镜像布置；

所述装置在带钢运行方向的出口处，还配置有扫描式温度仪(20)，扫描式温度仪输出接控制器，控制器输出控制伺服电机，从而带动移动磁极和屏蔽罩横向移动。

2.根据权利要求1所述的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性装置，其特征是：所述设置于上部框架和下部框架上的左中部可移动磁极(3)和右中部可移动磁极(5)由第四伺服电机控制，所述设置于上部框架和下部框架上的左边部可移动磁极(2)和右边部可移动磁极(6)由第三伺服电机控制，所述设置于上部框架和下部框架上的左边部屏蔽罩(1)由第一伺服电机控制，所述设置于上部框架和下部框架上的右边部屏蔽罩(7)由第二伺服电机控制。

3.一种根据权利要求1所述装置的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其特征是：

第一、过程机根据“钢种×厚度等级×宽度等级”对带钢进行分层，建立各个层别带钢加热时的屏蔽罩、边部磁极、中部磁极位置表；生产启动后，下发设定第一块带钢加热时各个设备的初始位置；

第二、PLC控制系统接收到设定值后，将横磁设备的各个磁极和屏蔽罩移动到给定位置；带钢开始以给定速度运行，平面电磁感应器通电启动，开始加热；

第三、当带钢出横磁设备到达扫描式温度仪后，PLC采集扫描式温度仪A路原始数据并进行如下处理：

(1)扫描式温度仪位于横磁设备出口处正上方，与带钢表面的距离为L，扫描角度为B°，则每两条扫描线之间的宽度LNW为：

(2)根据扫描式温度仪检测的左边部位置LEP和右边部位置REP，计算扫描仪检测到的带钢宽度，并与带钢实际宽度W进行比较，偏差小于一定比例P_admit时，则认为测量有效，具体如下式所示：

(3)当判断测量数据有效后，将带钢横向全长共划分为7个区域，分别为左边沿区域(LEP--a1)、左边部区域(a1—a2)、左中部区域(a2—c1)、中部的固定区域(c1—c2)、右中部区域(c2—a3)、右边部区域(a3—a4)、右边沿区域(a4--REP)，并且左边沿区域、左边部区域、左中部区域分别与右边沿区域、右边部区域、右中部区域呈轴对称分布状；

第四、带钢横向温度均匀性反馈控制：

(1)带钢边沿区域均匀性温度控制：带钢边沿区域分为带钢左边沿和右边沿区域；

带钢左边沿区域(LEP--a1)的温度控制为：首先计算去除带钢两侧边沿的横向温度平均值T_mean，然后将左边沿平均温度T_{left_edge}与T_mean比较得到温度偏差值△T₁,再经过死区环节处理后，得到△T₁′，死区阈值为T_dead1，取值范围为0～2℃；则左屏蔽罩位置调节量△P_{left_edge}计算如下：

式中，K_total1为总增益，

K_P1为比例系数，

K_I1为积分系数，

△T₁′为温度偏差值；

左屏蔽罩位置调节量△P_{left_edge}在送给左屏蔽罩电机之前要经过限幅处理，限幅Lim1取值为：

Lim1＝k1×S_{left_edge} (4)

式中，k1取值为0～0.2，

S_{left_edge}为左屏蔽罩电机的最大运行范围；

带钢右边沿区域(a4--REP)的温度控制方式与带钢左边沿区域(LEP--a1)的温度控制方式相同；

(2)带钢边部区域温度均匀性控制：带钢边部区域分为带钢左边部区域和带钢右边部区域，左边部区域和右边部区域的中点分别为b1和b4，左边部区域和右边部区域的外侧分别为a1-b1、b4-a4，左边部区域和右边部区域的内侧分别为b1-a2、a3-b4；

带钢左边部区域(a1—a2)的温度控制为：左边部区域外侧a1-b1的平均温度为T_{side_outer}，左边部区域内侧b1-a2的平均温度为T_{side_inner}，将T_{side_inner}与T_{side_outer}比较，得到边部温度偏差值△T₂，经过死区环节处理后，得到△T′₂，死区阈值为T_dead2，取值范围为0～2℃；则边部磁极电机位置调节量△P_side计算如下：

式中，K_total2为总增益，

K_P2为比例系数，

K_I2为积分系数，

△T′₂为温度偏差值；

△P_side在送给边部磁极电机之前要经过限幅处理，限幅Lim2取值为：

Lim2＝k2×S_side (6)

式中，k2取值为0～0.2，S_side为边部磁极电机的最大运行范围；

带钢右边部区域(a3—a4)的温度控制方式与带钢左边部区域(a1—a2)的温度控制方式相同；

(3)带钢左右中部区域温度均匀性控制：带钢中部区域分为带钢左中部区域和带钢右中部区域，左中部区域和右中部区域的中点分别为b2和b3，左中部区域和右中部区域的外侧分别为a2-b2、b3-a3，左中部区域和右中部区域的内侧分别为b2-c1、c2-b3；

带钢左中部区域(a2—c1)的温度控制为：左中部区域外侧a2-b2的平均温度为T_{mid_outer}，左中部区域内侧b2-c1的平均温度为T_{mid_inner}，将T_{mid_inner}与T_{mid_outer}比较，得到中部温度偏差值△T₃，经过死区环节处理后，得到△T′₃，死区阈值为T_dead3，取值范围为0～2℃；则中部磁极电机位置调节量△P_mid计算如下：

式中，K_total3为总增益，

K_P3为比例系数，

K_I3为积分系数，

△T′₃为温度偏差值；

△P_mid在送给边部磁极电机之前要经过限幅处理，限幅Lim3取值为：

Lim3＝k3×S_mid (8)

式中，k3取值为0～0.2，S_mid为边部磁极电机的最大运行范围；

带钢右中部区域(c2—a3)的温度控制方式与带钢左中部区域(a2—c1)的温度控制方式相同；

(4)带钢中部的固定区域(c1—c2)的磁极为固定磁极，位置保持不变。

4.根据权利要求3所述的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其特征是：带钢温度均匀性反馈控制投入延迟一段时间T_delay后，若带钢均匀性达到目标值，PLC向过程机上传各位置实际值，过程机根据实际值，启动对当前带钢的屏蔽罩和磁极位置预设定值进行加权学习处理。

5.根据权利要求4所述的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其特征是：所述延迟时间T_delay为5～20秒。

6.根据权利要求4所述的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其特征是：所述对当前带钢的屏蔽罩和磁极位置预设定值进行加权学习处理过程为：假设当前带钢的屏蔽罩或磁极位置的初始设定值为S(n)，在当前带钢的实际值S^ACT(n)上传后，做以下学习：

S(n+1)＝α·S(n)+(1-α)·S^ACT(n)

式中：α：遗传系数，取值0.6～1

S(n+1):下一块带钢的位置设定值。

7.根据权利要求3所述的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性方法，其特征是：所述扫描式温度仪扫描线路A为1000路，扫描角度B为80°，则当带钢出横磁设备到达扫描式温度仪后，PLC采集扫描式温度仪数据，并且扫描式温度仪位于横磁设备出口处正上方，与带钢表面的距离为L，则每两条扫描线之间的宽度LNW为：

LNW＝L·tan(40°)/500 (11)。

8.根据权利要求4所述的提高横向磁通感应加热带钢横向温度均匀性的方法，其特征是：带钢连续加热过程中，当带钢焊缝到达横磁设备时，为防止带钢边部温度过高，造成焊缝处的断带现象，需要对屏蔽罩和磁极采取如下措施：

(1)当前后两块带钢同规格时，在焊缝达到横磁设备之前，屏蔽罩移动到正常位置的β₁倍，其中：0<β₁<＝1，磁极位置保持不变；当焊缝出横磁设备后，屏蔽罩移动到正常位置；

(2)当下块带钢比本块窄时，在焊缝达到横磁设备之前，屏蔽罩移动到下块带钢设定位置的β₂倍，其中：0<β₂<＝1，磁极移动到下块带钢的设定位置；当焊缝出横磁设备后，屏蔽罩移动到下块带钢的设定位置；

(3)当下块带钢比本块宽时，在焊缝达到横磁设备之前，屏蔽罩移动到当前位置的β₃倍，其中：0<β₃<＝1，磁极位置保持不变；当焊缝出横磁设备后，屏蔽罩和磁极均移动到下块带钢的设定位置。

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