CN112453068B - 能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置及其冷却方法 - Google Patents

能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置及其冷却方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置，其包括电磁调控轧辊、喷射组件及滑环；电磁调控轧辊设置有中心通孔，中心通孔内安装有电磁棒，将感应线圈通以交流电对电磁棒进行加热；在轧机入口处的两个电磁调控轧辊外侧，对称布置两个喷射梁，喷射梁上端布置的喷射排与电磁调控轧辊及轧机出口处的板形仪通道一一对应，且均匀分布成m个区域；在轧制过程中，板形仪检测出板形缺陷后，冷却系统能根据辊型曲线变化要求进行实时调控；装置以板形仪实时反馈信号为标准，当达到良好板形状态时，关闭冷却排或降低相应冷却强度，保证辊型趋于稳定；本发明装置板形柔性调控能力强、调控域广，能够形成辊型稳定、连续可变的高阶辊型曲线。

Description

能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置及其冷却方法
技术领域
本发明属于冶金轧钢设备上高阶板形调控领域，特别涉及一种能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置及其冷却方法。
背景技术
板形控制是现阶段冷轧板带生产的必要技术手段，良好的板形是衡量板带钢质量的重要指标。稳定的辊缝有助于长里程轧制后板带板形板厚的均一，提升板材价值。伴随着制造业的发展，高端板带钢市场需求日益增长，板带质量评价也愈发严格。为此，相继形成了一系列板形调控技术，例如最常用的轧辊倾斜，液压弯辊法等等。但在板带轧制过程中，轧制变形区内板材变形产生热量、轧辊与板带之间的摩擦热、高温板带对工作辊进行传热等，这些都会在轧辊内部产生热量使其温度沿轴向分布不均匀，最终沿辊身方向产生不均匀热凸度。热凸度既是一个扰动量，又是一个控制量，属于局部高次偏差。常规控制手段只能对低阶板形缺陷进行有效预防，对于局部热凸度而言不足以将它完全消除。辊型电磁调控技术(Roll Profile Electromagnetic Control Technology，以下简称“RPECT”)是近年来提出的一种新型辊型调控技术，该技术借助热力混合驱动实现微尺度辊型调控，其具备实现高阶辊型曲线能力，能够解决高阶板形问题。在辊型电磁调控过程中，外部冷却机制能够协助RPECT轧辊构建目标辊型、长时间保持目标辊型，并具有辊型微尺度再调控能力。
上述技术虽应用广泛，但当轧辊内部加入电磁棒进行分段柔性辊凸度调控时，电磁线圈会在轧辊内部产生交变磁场进而产生感生涡流，使轧辊内部产生电流而生热。此外，电磁线圈升温后会对所接触的轧辊表面进行热传递。因此，工作辊内部温度场因上述各种因素耦合后变得尤为复杂，温度沿轴向辊身不均匀分布也更为严重，造成轧辊辊身不均匀热变形。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置及其冷却方法，可对局部有载辊缝调控、调控方式灵活，并具有形成稳定连续可变高阶辊型曲线及外冷机制的板形调控方法，实现板带局部区域平坦度的完善。
本发明采用的技术方案是提供一种能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置，其包括电磁调控轧辊、喷射组件及滑环；
所述电磁调控轧辊设置有中心通孔，且所述中心通孔内安装有电磁棒；所述电磁棒呈圆柱棒形状，单个电磁调控轧辊的中心通孔能安装n个电磁棒，每一个电磁棒之间均通过铺设隔热装置来实现防止电磁棒间的温度干扰；电磁感应线圈能通交流电，实现对所述电磁棒进行电磁感应加热；所述电磁棒上设有温度传感器，所述温度传感器的数量与所述电磁棒的数量相同，能监测电磁棒的温度变化；每一个所述温度传感器均通过单路温度信号线与所述滑环连接至外部监控终端；
所述喷射组件设置于所述电磁调控轧辊的表面，所述喷射组件包括两个喷射梁和多个喷射阀；所述喷射梁对称布置于轧机入口处，其上设置有m个喷射阀；所述喷射阀包括二位三通先导电磁阀、喷射阀主体和喷嘴；所述二位三通先导电磁阀通过外部电流控制并根据辊型变化需求情况实现喷液量的主动控制。
进一步，所述喷嘴根据其连接的所述二位三通先导电磁阀的阀口不同设置为常温冷却喷嘴、基础冷却喷嘴和加强冷却喷嘴；所述喷嘴按喷射情况成多排地布置于所述喷射梁上，每排设有k个喷嘴。
进一步，所述二位三通先导电磁阀配合喷嘴实现七级冷却强度调控，冷却强度从低至高依次为单独常温冷却、单独基础冷却、单独强冷却、常温与基础冷却、常温与强冷却、具有基础与强冷却或者常温、基础与强冷却。
进一步，所述常温冷却喷嘴、基础冷却喷嘴、加强冷却喷嘴的喷射量比例为1:2:3，常温冷却喷嘴、基础冷却喷嘴以及加强冷却喷嘴的数量均为m个。
本发明的第二方面提供根据前述的能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置的冷却方法，其包括以下步骤：
步骤S1，启动所述电磁调控轧辊按照初始电流参数I0、初始频率参数f0以及预调控时间t0，预先进行辊型调控，产生预调辊型曲线y＝f0(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x4，获取预调辊型曲线的最高点位置坐标，
Figure BDA0002761455090000031
其中
Figure BDA0002761455090000032
式中，a0为初始凸度参数，a1为一次电磁调控后的凸度参数，a2为二次电磁调控后的凸度参数，a3为三次电磁调控后的凸度参数；x为沿轧辊轴向位置坐标；w为角频率，且w＝2πf0；
步骤S2，通过所述温度传感器获得各所述电磁棒预调温度T0i，并对比目标辊型曲线的最高点位置坐标与预调辊型曲线的最高点位置坐标之间的差异情况，计算二者偏移量△x及胀形差值△y；
步骤S3，按照常温冷却喷嘴Xi、基础冷却喷嘴Yi、加强冷却喷嘴Zi，i＝1,2,...，m，将轧辊表面划分为m个调控区段[xi-1,xi]，各调控区段均对应出口板形仪的一个检测通道；
步骤S4，以坐标
Figure BDA0002761455090000033
为中心，若△x>0，则开启[x1，x1+△x]范围内的喷嘴；其中，喷嘴开启强度为x1+△x位置最小，x1位置强度最大；若△x<0，则开启[x1-△x，x1]范围内的喷嘴；其中，喷嘴开启强度为x1-△x位置最小，x1位置强度最大；喷射调控过程中持续轧制，以所述板形仪反馈信号为基准，达到预设板形后，保持对应时刻的冷却梁喷射状态，进行后续轧制；
步骤S5，按照胀形差值△y，若△y<5μm且△x＝0mm，则选择使用电磁调控参数作为辊型微调手段；若△y>5μm或△x≠0mm，则选择使用外冷调控作为辊型微调手段；
步骤S6，对辊型进行实时调控，具体包括以下步骤：
步骤S61，若△y<5μm且△x＝0mm时，按照所述温度传感器测得的电磁棒预调温度T0i及目标辊型对应的各电磁棒目标温度T1i，计算各电磁棒温升△Ti，并参照调控时间制定调控策略，包括各路电磁棒的电流变化值△Ii、各路电磁棒的频率变化值△fi以及调控时间△t；将相应的电流、频率、调控时间变化值输送给外置控制电源，调整各参数至目标值；并结合板形仪反馈的实时信号来监控实时辊型与目标辊型的差距，判断目标辊型达成效果；
步骤S62，若△y>5μm或△x≠0mm时，开启[x1-△x，x1+△x]范围内的全部冷却排；若△y远大于5μm，则在x1位置处使用常温+基础+强冷却的冷却形式，其余趋于按照与x1位置的距离依次降低冷却强度；对于△x的调控方式，参照步骤S41及S42；
步骤S7，以板形仪实时反馈信号为标准，当达到预设板形状态时，关闭冷却排或降低相应冷却强度，保证辊型趋于稳定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明相比于一种可柔性调节辊型曲线的轧辊、一种分段柔性辊凸度调控轧辊，在轧辊外面设置一个具有闭环控制机制的冷却液系统，通过板形检测仪反馈的脉冲控制信号对辊型进行实时调控，消除高阶辊凸度，克服了时间上的滞后性。
(2)本发明相对于常规辊型调控手段，该装置冷却梁装有三排不同冷却强度的冷却喷嘴，针对不同热凸度可灵活采取不同冷却方案，冷却效率高。
(3)由于高阶辊型缺陷具有位置不确定性，对于外部的冷却液装置，板形检测仪与电磁调控轧辊和喷射排均匀的分成m个部分，且一一对应，即板带上的每一个缺陷由板形仪检测出后，相应调控区域喷嘴喷射冷却液，很大程度上提高了调控精度和效率。
附图说明
图1为本发明的主视剖面示意图；
图2为本发明的冷却液装置系统结构示意图；
图3为本发明的轧辊热凸度示意图；
图4为本发明的喷射梁系统结构示意图。
主要附图标号如下：
电磁调控轧辊1；喷射梁2；喷嘴3；电磁棒4；隔热装置5；温度传感器6；电磁感应线圈7；温度信号线8；滑环9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
如图1所示，本发明能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置，其包括：电磁调控轧辊1、电磁棒4、隔热装置5、电磁感应线圈7、温度传感器6、温度信号线8、喷射组件及滑环9；电磁调控轧辊1具有中心通孔，在中心通孔内安装电磁棒4；电磁棒4呈圆柱棒形状，单个电磁调控轧辊1中心通孔可安装n个电磁棒4，每一个电磁棒4之间均铺设隔热装置5来实现防止电磁棒4间的温度干扰；电磁感应线圈7接通外置变频电源接以交流电流，对电磁棒4进行电磁感应加热，为轧辊内置热力混合驱动提供能量；温度传感器6安装在电磁棒4上，其数量与电磁棒4相同，实现监测各路电磁棒4温度变化；每一个温度传感器6均通过单路温度信号线8、滑环9连接至外部监控终端；外部喷射组件布置于轧辊表面，将喷射梁2对称布置于轧机入口处，喷射梁2上设有m个喷射阀，喷射阀包括二位三通先导电磁阀、喷射阀主体和喷嘴3三部分；先导电磁阀通过外部电流控制，实现喷液量控制；板形仪布置于轧机出口处，对板形信号进行实时反馈。
如图2所示，外部冷却装置布置于轧辊1表面，板带轧制时，当板形仪10检测出板形缺陷后，将其以脉冲控制信号的形式传入电控柜，电控柜接收信号后以电流形式对先导电磁阀进行开启，实现喷液流量的控制。
如图3所示，当轧辊100内部加入电磁棒4进行分段柔性辊凸度调控时，电磁感应线圈7会在轧辊内部产生交变磁场进而产生感生涡流，使轧辊内部产生电流而生热。此外，电磁感应线圈7升温后会对所接触的轧辊表面进行热传递。因此，工作辊内部温度场因上述各种因素耦合后变得尤为复杂，温度沿轴向辊身不均匀分布也更为严重，造成轧辊辊身产生热凸度。
如图4所示，将喷射梁2对称布置于轧机入口处，喷射梁2上有三排喷嘴21，分别为X常温冷却排22，Y基础冷却排23，Z加强冷却排24，每排设有m个喷射阀，喷射阀均包括二位三通先导电磁阀、喷射阀主体和喷嘴3三部分。
本发明第二方面，根据前述的能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置的冷却方法，其包括以下步骤：
步骤S1，启动所述电磁调控轧辊1按照初始电流参数I0、初始频率参数f0以及预调控时间t0，预先进行辊型调控，产生预调辊型曲线y＝f0(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x4，获取预调辊型曲线的最高点位置坐标，
Figure BDA0002761455090000061
其中
Figure BDA0002761455090000062
式中，a0为初始凸度参数，a1为一次电磁调控后的凸度参数，a2为二次电磁调控后的凸度参数，a3为三次电磁调控后的凸度参数；x为沿轧辊轴向位置坐标；w为角频率，且w＝2πf0；
步骤S2，通过所述温度传感器获得各所述电磁棒预调温度T0i，并对比目标辊型曲线的最高点位置坐标与预调辊型曲线的最高点位置坐标之间的差异情况，计算二者偏移量△x及胀形差值△y；
步骤S3，按照常温冷却喷嘴Xi、基础冷却喷嘴Yi、加强冷却喷嘴Zi，i＝1,2,...，m，将轧辊表面划分为m个调控区段[xi-1,xi]，各调控区段均对应出口板形仪的一个检测通道；
步骤S4，以坐标
Figure BDA0002761455090000071
为中心，若△x>0，则开启[x1，x1+△x]范围内的喷嘴；其中，喷嘴开启强度为x1+△x位置最小，x1位置强度最大；若△x<0，则开启[x1-△x，x1]范围内的喷嘴；其中，喷嘴开启强度为x1-△x位置最小，x1位置强度最大；喷射调控过程中持续轧制，以所述板形仪反馈信号为基准，达到预设板形后，保持对应时刻的冷却梁喷射状态，进行后续轧制；
步骤S5，按照胀形差值△y，若△y<5μm且△x＝0mm，则选择使用电磁调控参数作为辊型微调手段；若△y>5μm或△x≠0mm，则选择使用外冷调控作为辊型微调手段；
步骤S6，对辊型进行实时调控，具体包括以下步骤：
步骤S61，若△y<5μm且△x＝0mm时，按照所述温度传感器测得的电磁棒预调温度T0i及目标辊型对应的各电磁棒目标温度T1i，计算各电磁棒温升△Ti，并参照调控时间制定调控策略，包括各路电磁棒的电流变化值△Ii、各路电磁棒的频率变化值△fi以及调控时间△t；将相应的电流、频率、调控时间变化值输送给外置控制电源，调整各参数至目标值；并结合板形仪反馈的实时信号来监控实时辊型与目标辊型的差距，判断目标辊型达成效果；
步骤S62，若△y>5μm或△x≠0mm时，开启[x1-△x，x1+△x]范围内的全部冷却排；若△y远大于5μm，则在x1位置处使用常温+基础+强冷却的冷却形式，其余趋于按照与x1位置的距离依次降低冷却强度；对于△x的调控方式，参照步骤S41及S42；
步骤S7，以板形仪实时反馈信号为标准，当达到预设板形状态时，关闭冷却排或降低相应冷却强度，保证辊型趋于稳定。
下面结合一个实例对本发明能形成连续稳定高阶辊型曲线的冷却方法进行说明：
步骤S1：启动电磁调控轧辊1按照初始电流参数10A、初始频率参数400HZ以及预调控时间10s，预先进行辊型调控，产生预调辊型曲线y＝f0(x)＝5+0.000002x-0.0012x2-0.0007x4(-150<x<150),获取预调辊型曲线的最高点位置坐标，
Figure BDA0002761455090000081
其中
Figure BDA0002761455090000082
步骤S2：通过温度传感器6获得各电磁棒4预调温度T0i＝150℃，并对比目标辊型曲线的最高点位置坐标与预调辊型曲线的最高点位置坐标之间的差异情况，计算可知二者偏移量△x＝1.2581及胀形差值△y＝6μm；
步骤S3：按照常温冷却喷嘴Xi、基础冷却喷嘴Yi、加强冷却喷嘴Zi，i＝1,2,...，m，将轧辊表面划分为m个调控区段[xi-1,xi]，各调控区段均对应出口板形仪的一个检测通道；
步骤S41：以坐标
Figure BDA0002761455090000083
为中心，因为△x＝1.2581>0，则开启[1.2581，2.5162]范围内的喷嘴。其中，喷嘴3开启强度为x＝2.5162位置最小，x＝1.2581位置强度最大。
步骤S42：喷射调控过程中持续轧制，以板形仪反馈信号为基准，达到理想板形后，保持对应时刻的冷却梁喷射状态，进行后续轧制；
步骤S5：在x1＝4.3156mm处胀形差值△y＝5.26μm，且△x＝4.3156≠0mm，则选择使用外冷调控作为辊型微调手段；
步骤S6：将相应的电流、频率、调控时间变化值输送给外置控制电源，调整各参数至目标值；并结合板形仪反馈的实时信号来监控实时辊型与目标辊型的差距，判断目标辊型是否达成；
步骤S71：开启[0，8.6312]范围内的全部冷却排；且在x1＝4.3156位置处使用常温+基础+强冷却的冷却形式，其余趋于按照与x1位置的距离依次降低冷却强度；对于△x的调控方式，参照步骤S41、S42；
步骤S72：以板形仪实时反馈信号为标准，当达到良好板形状态时，关闭冷却排或降低相应冷却强度，保证辊型趋于稳定。
本发明的创新点在于：
1、本发明在电磁调控轧辊外面设置一个具有闭环控制机制的冷却液系统，通过板形检测仪反馈的脉冲控制信号对辊型进行实时调控，消除高阶辊凸度，克服了时间上的滞后性。
2、本发明相对于常规辊型调控手段，该装置冷却梁装有三排不同冷却强度的冷却喷嘴，针对不同热凸度可灵活采取不同冷却方案，冷却效率高。
3、见实施步骤S4及S5，可根据对辊型曲线的要求，采取不同的冷却方法控制偏移量△x及胀形差值△y，调控方式灵活，针对性强。
4、见实施步骤S72，待消除轧辊有害接触区后该冷却装置可持续的维护轧辊圆柱度的均匀性，提高辊缝的刚度，实现所生产出的冷轧板带质量大大的提高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置的冷却方法，其特征在于，所述外冷装置包括电磁调控轧辊、喷射组件及滑环；
所述电磁调控轧辊设置有中心通孔，且所述中心通孔内安装有电磁棒；所述电磁棒呈圆柱棒形状，单个电磁调控轧辊的中心通孔能安装n个电磁棒，每一个电磁棒之间均通过铺设隔热装置来实现防止电磁棒间的温度干扰；所述电磁棒上的电磁感应线圈能通交流电，实现对所述电磁棒进行电磁感应加热；所述电磁棒上设有温度传感器，所述温度传感器的数量与所述电磁棒的数量相同，能监测电磁棒的温度变化；每一个所述温度传感器均通过单路温度信号线与所述滑环连接至外部监控终端；
所述喷射组件设置于所述电磁调控轧辊的表面，所述喷射组件包括两个喷射梁和多个喷射阀；所述喷射梁对称布置于轧机入口处，其上设置有m个喷射阀；所述喷射阀包括二位三通先导电磁阀、喷射阀主体和喷嘴；所述二位三通先导电磁阀通过外部电流控制并根据辊型变化需求情况实现喷液量的主动控制；
所述冷却方法包括以下步骤：
步骤S1，启动所述电磁调控轧辊按照初始电流参数I 0、初始频率参数f0以及预调控时间 t0，预先进行辊型调控，产生预调辊型曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，获取预调辊型曲 线的最高点位置坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
式中，a0为初始凸度参数，a1为一次电磁调控后的凸度参数，a2为二次电磁调控后的凸度参数，a3为三次电磁调控后的凸度参数；x为沿轧辊轴向位置坐标；w为角频率，且w=2πf0，f0为初始频率参数；
步骤S2，通过所述温度传感器获得各所述电磁棒预调温度T 0i，并对比目标辊型曲线的最高点位置坐标与预调辊型曲线的最高点位置坐标之间的差异情况，计算二者偏移量△x及胀形差值△y；
步骤S3，按照常温冷却喷嘴Xi、基础冷却喷嘴Yi、加强冷却喷嘴Zi，i=1,2,...，m，将轧辊表面划分为m个调控区段[xi-1,xi]，各调控区段均对应出口板形仪的一个检测通道；
步骤S4，以坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为中心，若△x>0， 则开启[x1，x1+△x]范围内的喷嘴；其中，喷嘴开启强度为x1+△x位置最小，x1位置强度最 大；若△x<0，则开启[x1-△x，x1]范围内的喷嘴；其中，喷嘴开启强度为x1-△x位置最小，x1 位置强度最大；喷射调控过程中持续轧制，以所述板形仪反馈信号为基准，达到预设板形 后，保持对应时刻的冷却梁喷射状态，进行后续轧制；
步骤S5，按照胀形差值△y，若△y<5μm且△x=0mm，则选择使用电磁调控参数作为辊型微调手段；若△y>5μm或△x≠0mm，则选择使用外冷调控作为辊型微调手段；
步骤S6，对辊型进行实时调控，具体包括以下步骤：
步骤S61，若△y<5μm且△x=0mm时，按照所述温度传感器测得的电磁棒预调温度T 0i及目标辊型对应的各电磁棒目标温度T 1i，计算各电磁棒温升△Ti，并参照调控时间制定调控策略，包括各路电磁棒的电流变化值△Ii、各路电磁棒的频率变化值△f i以及调控时间△t；将相应的电流、频率、调控时间变化值输送给外置控制电源，调整各参数至目标值；并结合板形仪反馈的实时信号来监控实时辊型与目标辊型的差距，判断目标辊型达成效果；
步骤S62，若△y>5μm或△x≠0mm时，开启[x1-△x，x1+△x]范围内的全部冷却排；若△y远大于5μm，则在x1位置处使用常温+基础+强冷却的冷却形式，其余趋于按照与x1位置的距离依次降低冷却强度；对于△x的调控方式，参照步骤S4；
步骤S7，以板形仪实时反馈信号为标准，当达到预设板形状态时，关闭冷却排或降低相应冷却强度，保证辊型趋于稳定。
2.根据权利要求1所述的能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置的冷却方法，其特征在于，所述喷嘴根据其连接的所述二位三通先导电磁阀的阀口不同设置为常温冷却喷嘴、基础冷却喷嘴和加强冷却喷嘴；所述喷嘴按喷射情况成多排地布置于所述喷射梁上，每排设有k个喷嘴。
3.根据权利要求1所述的能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置的冷却方法，其特征在于，所述二位三通先导电磁阀配合喷嘴实现七级冷却强度调控，冷却强度从低至高依次为单独常温冷却、单独基础冷却、单独强冷却、常温与基础冷却、常温与强冷却、具有基础与强冷却或者常温、基础与强冷却。
4.根据权利要求1所述的能形成连续稳定高阶辊型曲线的外冷装置的冷却方法，其特征在于，所述常温冷却喷嘴、基础冷却喷嘴、加强冷却喷嘴的喷射量比例为1:2:3，常温冷却喷嘴、基础冷却喷嘴以及加强冷却喷嘴的数量均为m个。
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