CN113122698A - 带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用熔融态锌或镉或以其为基的合金覆层材料且不影响形状的热浸镀工艺领域，具体为一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置及其使用方法。一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置，包括加热辊(11)、沉没辊(12)、炉鼻子(13)、带钢(14)、热处理炉(15)和锌锅(16)，其特征是：加热辊(11)包括测温热电偶(1)、热电偶补偿导线(2)、感应加热体(3)、轴承(4)、滑环(5)、心轴(6)、辊体(7)、驱动轴(8)、中间轴套(9)和温度控制装置(10)。一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：①测量；②计算；③调节；④安全控制。本发明温度控制均匀。
Description
技术领域
本发明涉及用熔融态锌或镉或以其为基的合金覆层材料且不影响形状的热浸镀工艺领域，具体为一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置及其使用方法。
背景技术
带钢进行镀锌前，需要经退火炉进行热处理，带钢通过若干炉辊在退火炉的加热段、均热段、冷却段等工艺段进行输送。这时，如果炉辊输送的是热处理过的窄钢带时，炉辊中部由于受到来自钢带的热传递而温度升高，而炉辊两端由于暴露在空气中受到冷却，温度会相对较低。在这样的情况下，如果带钢切换为宽带钢时，宽带钢的两端受到炉辊两端温度较低区域的影响而温度降低，造成宽带钢的两端温度会比中心部位低。
经退火炉热处理后的带钢进入锌锅镀锌后会进行合金化处理，由于带钢在宽度方向上的温度不均一，最终导致带钢镀锌后在合金化处理时，容易造成带钢边部合金化不完全、白边、斑迹以及沟槽印等质量缺陷，特别是在宽带钢和窄带钢切换时更明显。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种温度控制均匀、提高镀锌质量的热镀设备，本发明公开了一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置，包括加热辊、沉没辊、炉鼻子、带钢、热处理炉和锌锅，锌锅设于热处理炉的斜下方，热处理炉的出口和锌锅的锅口通过炉鼻子连接，加热辊可转动地设于热处理炉内，各根加热辊都位于水平方向且互相平行，锌锅内盛放锌液，沉没辊可转动地设于锌锅内且沉没辊完全浸没在锌液液面以下，沉没辊也位于水平方向且和加热辊互相平行，带钢输入热处理炉依次缠绕各根加热辊的外侧面后再输出热处理炉，随后带钢经炉鼻子输入锌锅浸入锌液液面以下，带钢缠绕沉没辊的外侧面完成热镀锌后牵引出锌锅作后续的合金化处理，其特征是：
和锌锅水平距离最小的加热辊包括测温热电偶、热电偶补偿导线、感应加热体、轴承、滑环、心轴、辊体、驱动轴、中间轴套和温度控制装置，
辊体为中部贯通的管形，辊体的两端分别嵌入并固定一个中间轴套，心轴的两端分别插入一个中间轴套内，轴承的内圈箍在心轴的外侧面上，中间轴套的内侧面箍在轴承的外圈上，驱动轴的一端嵌入并固定在辊体的一端，滑环套设在辊体另一端处的心轴上；
辊体内设有测温热电偶、热电偶补偿导线和感应加热体，测温热电偶至少有三个，测温热电偶沿辊体内腔的母线方向依次贴覆在辊体的内侧壁上，各个测温热电偶都连接热电偶补偿导线的一端，热电偶补偿导线也贴覆在辊体的内侧壁上，热电偶补偿导线的另一端穿出辊体后和滑环的一个端面滑动且电气连接，滑环的另一个端面通过信号线连接温度控制装置。
所述的带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置，其特征是：测温热电偶的数量为不小于三的奇数，其中三个测温热电偶分别设于辊体内腔的中部和两端，若还有其余测温热电偶，则其余测温热电偶分为数量相等的两组分别设于辊体两侧，每侧的测温热电偶依次均匀设于辊体一端至辊中部；
感应加热体为绕成螺旋管的感应加热线圈，当交流电源被供给感应加热体时，感应加热体因电磁感应现象产生磁通量，从而在和感应加热体相对的辊体上感应出感生电流，在感生电流的热效应作用下，辊体发热从而加热带钢，感应加热体的宽度小于辊体的长度且和带钢的宽度互相匹配；
温度控制装置包括信号处理单元、加热功率调节单元、比例积分微分控制器和回路诊断单元，
滑环的另一个端面通过信号线连接信号处理单元的信号输入端，信号处理单元的信号输出端通过信号线连接比例积分微分控制器的信号输入端，比例积分微分控制器的信号输出端通过信号线连接加热功率调节单元的信号输入端，加热功率调节单元的信号输出端通过信号线连接感应加热体，回路诊断单元通过信号线分别连接比例积分微分控制器和感应加热体。
所述的带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 测量：带钢输入热处理炉依次缠绕各根加热辊的外侧面后再输出热处理炉，此时加热辊内的感应加热体加热带钢，驱动电机驱动驱动轴转动，驱动轴带动辊体转动并带动带钢依次沿各根加热辊输送，辊体带动测温热电偶和热电偶补偿导线转动，心轴在轴承的作用下保持静止，相应的固定在心轴上的感应加热体也保持静止，随后带钢经炉鼻子输入锌锅浸入锌液液面以下，带钢缠绕沉没辊的外侧面完成热镀锌后牵引出锌锅作后续的合金化处理；
② 计算：位于辊体内腔中部的测温热电偶测得的温度经信号处理单元处理成设定值SV，随后输入比例积分微分控制器，其余各个测温热电偶测得的温度经信号处理单元计算出平均值后再处理成检测值PV，随后也输入比例积分微分控制器；
③ 调节：比例积分微分控制器根据SV和PV的差值向加热功率调节单元输出加热功率量ΔV，加热功率调节单元根据ΔV调节感应加热体的加热功率，从而调节带钢的温度；
④ 安全控制：回路诊断单元内存储加热功率上限值PMax和加热持续时间上限值t，当加热功率调节单元的输出功率超过PMax或加热功率调节单元的加热持续时间超过t时，回路诊断单元向加热功率调节单元输出停止指令，加热功率调节单元接收到停止指令后停止感应加热体的加热。
本发明提供了一种在带钢入锌锅前确保带钢宽度方向上温度均匀性的控制装置及其使用方法，适合用于冷轧区域立式或卧式连续热镀锌机的带钢在入锌锅前宽度方向上的温度均匀性控制。本发明采用辊面温度可自动控制的炉辊作为加热辊，加热辊可以检测与之接触部位的带钢温度，并且炉辊内部安装有电磁感应加热装置，为了达到带钢宽度方向温度一致，将所检测到的带钢中间温度设为“目标温度”以自动控制炉辊两端的辊面温度，从而实现带钢宽度方向上的温度均匀性。本发明可将带钢中部温度与两端的温度差精确控制在±5℃以内，消除因带钢中部温度与两端温度差较大引起的带钢边部合金化不完全、白边、斑迹以及沟槽印等质量缺陷。
本发明的有益效果是：温度控制均匀，提高镀锌质量。
附图说明
图1是图本发明的示意图，
图2是本发明中辊体的剖面示意图，
图3是本发明中温度控制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置，包括加热辊11、沉没辊12、炉鼻子13、带钢14、热处理炉15和锌锅16，如图1～图3所示，具体结构是：
锌锅16设于热处理炉15的斜下方，热处理炉15的出口和锌锅16的锅口通过炉鼻子13连接，加热辊11可转动地设于热处理炉15内，各根加热辊11都位于水平方向且互相平行，锌锅16内盛放锌液，沉没辊16可转动地设于锌锅16内且沉没辊16完全浸没在锌液液面以下，沉没辊16也位于水平方向且和加热辊11互相平行，带钢14输入热处理炉15依次缠绕各根加热辊11的外侧面后再输出热处理炉15，随后带钢14经炉鼻子13输入锌锅16浸入锌液液面以下，带钢14缠绕沉没辊12的外侧面完成热镀锌后牵引出锌锅16作后续的合金化处理；
和锌锅16水平距离最小的加热辊11如图2和图3所示：包括测温热电偶1、热电偶补偿导线2、感应加热体3、轴承4、滑环5、心轴6、辊体7、驱动轴8、中间轴套9和温度控制装置10，
辊体7为中部贯通的管形，辊体7的两端分别嵌入并固定一个中间轴套9，心轴6的两端分别插入一个中间轴套9内，轴承4的内圈箍在心轴6的外侧面上，中间轴套9的内侧面箍在轴承4的外圈上，驱动轴8的一端嵌入并固定在辊体7的一端，滑环5套设在辊体7另一端处的心轴6上；
辊体7内设有测温热电偶1、热电偶补偿导线2和感应加热体3，测温热电偶1至少有三个，测温热电偶1沿辊体7内腔的母线方向依次贴覆在辊体7的内侧壁上，各个测温热电偶1都连接热电偶补偿导线2的一端，热电偶补偿导线2也贴覆在辊体7的内侧壁上，热电偶补偿导线2的另一端穿出辊体7后和滑环5的一个端面滑动且电气连接，滑环5的另一个端面通过信号线连接温度控制装置10。
测温热电偶1的数量可以为不小于三的奇数，其中三个测温热电偶1分别设于辊体7内腔的中部和两端，若还有其余测温热电偶1，则其余测温热电偶1分为数量相等的两组分别设于辊体7两侧，每侧的测温热电偶1依次均匀设于辊体7一端至辊7中部，本实施例取三个测温热电偶1；
感应加热体3为绕成螺旋管的感应加热线圈，当交流电源被供给感应加热体3时，感应加热体3因电磁感应现象产生磁通量，从而在和感应加热体3相对的辊体7上感应出感生电流，在感生电流的热效应作用下，辊体7发热从而加热带钢14，感应加热体3的宽度小于辊体7的长度且和带钢4的宽度互相匹配；
温度控制装置10如图3所示：温度控制装置10包括信号处理单元101、加热功率调节单元102、比例积分微分控制器103和回路诊断单元104，
滑环5的另一个端面通过信号线连接信号处理单元101的信号输入端，信号处理单元101的信号输出端通过信号线连接比例积分微分控制器103的信号输入端，比例积分微分控制器103的信号输出端通过信号线连接加热功率调节单元102的信号输入端，加热功率调节单元102的信号输出端通过信号线连接感应加热体3，回路诊断单元104通过信号线分别连接比例积分微分控制器103和感应加热体3。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
① 测量：带钢14输入热处理炉15依次缠绕各根加热辊11的外侧面后再输出热处理炉15，此时加热辊11内的感应加热体3加热带钢14，驱动电机驱动驱动轴8转动，驱动轴8带动辊体7转动并带动带钢14依次沿各根加热辊11输送，辊体7带动测温热电偶1和热电偶补偿导线2转动，心轴6在轴承4的作用下保持静止，相应的固定在心轴6上的感应加热体3也保持静止，随后带钢14经炉鼻子13输入锌锅16浸入锌液液面以下，带钢14缠绕沉没辊12的外侧面完成热镀锌后牵引出锌锅16沿图1中箭头a所示作后续的合金化处理；
② 计算：位于辊体7内腔中部的测温热电偶1测得的温度经信号处理单元101处理成设定值SV，随后输入比例积分微分控制器103，其余各个测温热电偶1测得的温度经信号处理单元101计算出平均值后再处理成检测值PV，随后也输入比例积分微分控制器103；
③ 调节：比例积分微分控制器103根据SV和PV的差值向加热功率调节单元102输出加热功率量ΔV，加热功率调节单元102根据ΔV调节感应加热体3的加热功率，从而调节带钢14的温度；
④ 安全控制：回路诊断单元104内存储加热功率上限值PMax和加热持续时间上限值t，当加热功率调节单元102的输出功率超过PMax或加热功率调节单元102的加热持续时间超过t时，回路诊断单元104向加热功率调节单元102输出停止指令，加热功率调节单元102接收到停止指令后停止感应加热体3的加热。
以某型热镀锌退火炉为实施例，带钢14的规格为：厚度0.8mm×宽度1200mm，带钢14的牵引速度（即通板速度）为120m/min；和锌锅16水平距离最小的加热辊11的直径Ф为1000mm，辊面长2100mm；热处理炉15内的气氛温度为450℃；感应加热体3的加热功率为350kw，测温热电偶1设置三处，分别在辊体7内腔的中心点处、距离中心点800mm的两侧处；锌锅温度460℃。
比较例是关闭感应加热体3，仅使用测温热电偶1测温情况下的生产情况，实施例和比较例的对比见表1。
表1：
从表1中可见：带钢14的中部与边部始终存在一个约15℃～20℃度之间的温差，带钢14边部低于中部温度。从镀锌经合金化处理后，看到带钢边部明显有白边现象。经过对带钢14表面铁含量检测，白边处带钢14表面锌层铁含量都小于9%，中间正常部位的铁含量大于9%，且颜色正常。
从热镀锌合金化产品的特点来看，带钢14温度偏低，合金化不充分，铁含量降低，也容易显现出白边缺陷。一般判定标准：带钢14表面锌层铁含量大于9%，判定合金化完全。
从使用本发明的实施例来看，是同钢卷检测到温度差后，投入感应加热功能后的温度情况，感应加热投入后带钢14中部温度与两测温度基本都控制在10℃的温度差范围，外观无白边发生，铁含量均在9%以上，合金化充分完全。
Claims (3)
1.一种带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置，包括加热辊(11)、沉没辊(12)、炉鼻子(13)、带钢(14)、热处理炉(15)和锌锅(16)，锌锅(16)设于热处理炉(15)的斜下方，热处理炉(15)的出口和锌锅(16)的锅口通过炉鼻子(13)连接，加热辊(11)可转动地设于热处理炉(15)内，各根加热辊(11)都位于水平方向且互相平行，锌锅(16)内盛放锌液，沉没辊(16)可转动地设于锌锅(16)内且沉没辊(16)完全浸没在锌液液面以下，沉没辊(16)也位于水平方向且和加热辊(11)互相平行，带钢(14)输入热处理炉(15)依次缠绕各根加热辊(11)的外侧面后再输出热处理炉(15)，随后带钢(14)经炉鼻子(13)输入锌锅(16)浸入锌液液面以下，带钢(14)缠绕沉没辊(12)的外侧面完成热镀锌后牵引出锌锅(16)，其特征是：
和锌锅(16)水平距离最小的加热辊(11)包括测温热电偶(1)、热电偶补偿导线(2)、感应加热体(3)、轴承(4)、滑环(5)、心轴(6)、辊体(7)、驱动轴(8)、中间轴套(9)和温度控制装置(10)，
辊体(7)为中部贯通的管形，辊体(7)的两端分别嵌入并固定一个中间轴套(9)，心轴(6)的两端分别插入一个中间轴套(9)内，轴承(4)的内圈箍在心轴(6)的外侧面上，中间轴套(9)的内侧面箍在轴承(4)的外圈上，驱动轴(8)的一端嵌入并固定在辊体(7)的一端，滑环(5)套设在辊体(7)另一端处的心轴(6)上；
辊体(7)内设有测温热电偶(1)、热电偶补偿导线(2)和感应加热体(3)，测温热电偶(1)至少有三个，测温热电偶(1)沿辊体(7)内腔的母线方向依次贴覆在辊体(7)的内侧壁上，各个测温热电偶(1)都连接热电偶补偿导线(2)的一端，热电偶补偿导线(2)也贴覆在辊体(7)的内侧壁上，热电偶补偿导线(2)的另一端穿出辊体(7)后和滑环(5)的一个端面滑动且电气连接，滑环(5)的另一个端面通过信号线连接温度控制装置(10)。
2.如权利要求1所述的带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置，其特征是：测温热电偶(1)的数量为不小于三的奇数，其中三个测温热电偶(1)分别设于辊体(7)内腔的中部和两端，若还有其余测温热电偶(1)，则其余测温热电偶(1)分为数量相等的两组分别设于辊体(7)两侧，每侧的测温热电偶(1)依次均匀设于辊体(7)一端至辊(7)中部；
感应加热体(3)为绕成螺旋管的感应加热线圈，感应加热体(3)的宽度小于辊体(7)的长度且和带钢(4)的宽度互相匹配；
温度控制装置(10)包括信号处理单元(101)、加热功率调节单元(102)、比例积分微分控制器(103)和回路诊断单元(104)，
滑环(5)的另一个端面通过信号线连接信号处理单元(101)的信号输入端，信号处理单元(101)的信号输出端通过信号线连接比例积分微分控制器(103)的信号输入端，比例积分微分控制器(103)的信号输出端通过信号线连接加热功率调节单元(102)的信号输入端，加热功率调节单元(102)的信号输出端通过信号线连接感应加热体(3)，回路诊断单元(104)通过信号线分别连接比例积分微分控制器(103)和感应加热体(3)。
3.如权利要求1或2所述的带钢入锌锅前温度均匀性的控制装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
①测量：带钢(14)输入热处理炉(15)依次缠绕各根加热辊(11)的外侧面后再输出热处理炉(15)，此时加热辊(11)内的感应加热体(3)加热带钢(14)，驱动电机驱动驱动轴(8)转动，驱动轴(8)带动辊体(7)转动并带动带钢(14)依次沿各根加热辊(11)输送，辊体(7)带动测温热电偶(1)和热电偶补偿导线(2)转动，心轴(6)在轴承(4)的作用下保持静止，相应的固定在心轴(6)上的感应加热体(3)也保持静止，随后带钢(14)经炉鼻子(13)输入锌锅(16)浸入锌液液面以下，带钢(14)缠绕沉没辊(12)的外侧面完成热镀锌后牵引出锌锅(16)；
②计算：位于辊体(7)内腔中部的测温热电偶(1)测得的温度经信号处理单元(101)处理成设定值SV，随后输入比例积分微分控制器(103)，其余各个测温热电偶(1)测得的温度经信号处理单元(101)计算出平均值后再处理成检测值PV，随后也输入比例积分微分控制器(103)；
③调节：比例积分微分控制器(103)根据SV和PV的差值向加热功率调节单元(102)输出加热功率量ΔV，加热功率调节单元(102)根据ΔV调节感应加热体(3)的加热功率，从而调节带钢(14)的温度；
④安全控制：回路诊断单元(104)内存储加热功率上限值PMax和加热持续时间上限值t，当加热功率调节单元(102)的输出功率超过PMax或加热功率调节单元(102)的加热持续时间超过t时，回路诊断单元(104)向加热功率调节单元(102)输出停止指令，加热功率调节单元(102)接收到停止指令后停止感应加热体(3)的加热。
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