CN203245183U - 镁合金板材温轧轧辊在线加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，该装置由加热炉、定位装置和温控模块组成，加热炉通过定位装置固定在轧机机架上，温控模块检测加热炉的内部温度，并实时调控加热功率；所述的加热方法首先对工作辊进行密封预热，直至表面温度达到目标值，并保温；进而定位加热装置，同时将各支撑辊和工作辊移动至镁合金正常温轧时的位置；对镁合金坯料进行试轧制，获得最佳温度值；最后开始正常轧制，并通过反馈控制实现理想温度下加热。本实用新型不需要改变现有轧辊的结构，能够使用刚度高、可靠性强的实心轧辊；采用先密封预热后正常加热的方案，实现了轧辊的快速加热；采用双目标温度的控温策略，获得了理想的轧辊表面温度。

Description

镁合金板材温轧轧辊在线加热装置

技术领域

本实用新型属于板材温轧设备技术领域，具体涉及一种用于镁合金板材温轧轧辊的在线加热装置。 

背景技术

镁合金是一种现代轻质结构金属材料，具有密度小、比强度和比刚度高的特点，以及优良的电磁屏蔽性、阻尼减震性和机械加工性，在航空航天、汽车和电子产品等领域有广阔的应用前景。中国是镁资源大国，储量和原镁出口量均居世界首位，但具有高附加值的镁合金板材和型材的生产技术落后。目前，大多数镁合金制品采用铸造尤其是压铸工艺成形，变形镁合金板材的轧制技术尚不成熟，限制了镁合金的应用范围。 

镁合金板材温轧技术的难点之一是轧制温度范围较窄，如果不能保持轧辊表面的温度，镁板将迅速冷却而使得塑性变差，导致轧制出的工件表面裂纹和边裂增多，无法获得理想的组织和力学性能。因此，轧制前和轧制过程中一般要加热轧辊。 

现有的一种方法是利用燃烧热源对轧辊表面进行直接加热，达到目标温度后撤掉热源，再进行轧制。由于轧辊不断散热，不同坯料与轧辊之间，甚至同一块坯料的不同位置与轧辊之间的接触温差均不同，轧制板材的组织均匀性受到影响；而且由于每隔一段时间就要停止轧制，再加热轧辊，轧制效率低。 

中国专利CN1745920A、CN101249512A分别公开了一种镁合金板材轧辊辊心加热装置，二者均采用辊心内置加热棒和辊外设置控温箱的方式来保持轧制过程中轧辊的表面温度。由于空心轧辊的刚度低于实心轧辊，轧辊内孔表面的砂眼、气孔容易在下压力的作用下诱发应力集中，可靠性差；而且轧辊内孔的尺寸有限，加热效率不高。 

中国专利CN202238896U公开了一种轧辊预热装置，其特点是将轧辊外围的电阻丝在轴向方向上划分为若干分段，采用若干个测温仪检测轧辊各分段表面的温度。然而，采用这种装置加热后还需要换辊，工作效率不高；而且由于轧制过程中轧辊表面的温度无法得到控制，因而难以保证产品的质量。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置和加热方法，在不改变现有轧辊结构和无需换辊的基础上，保证轧制过程中轧辊表面的温度，以获得具有优良组织和力学性能的镁合金轧制板材。本实用新型适用于两辊及多辊镁合金板材温轧轧机，下面以四辊轧机为例进行介绍，其中四辊包括两根支撑辊和两根工作辊，对工作辊加热分为预热和正常加热两个阶段。 

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现： 

一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，主要由加热炉1、定位装置2和温控模块3组成，所述的加热炉1通过定位装置2固定在轧机机架上，温控模块3检测加热炉1的内部温度，并实时调控加热功率； 

所述的加热炉1中的加热炉主体10固定在加热炉固定盘20上，加热炉固定盘20固定在轧机机架上，定位装置2中的升降杆旋转盘21与加热炉固定盘20之间固定连接，上滑盖升降杆22和下滑盖升降杆23分别与相应的滑块固连并嵌入升降杆旋转盘21的滑槽212中，加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12的表面安装有支座，分别与上滑盖升降杆22和下滑盖升降杆23固定连接；加热炉1中的端部隔热罩13上开有铺设热电偶通道38的通孔，上工作辊42的两侧分别安装板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37，与板料入口侧加热元件34、板料出口侧加热元件35一起连接温控单元30。下工作辊43的加热装置的结构同理。 

所述的加热炉1由加热炉主体10、加热炉上滑盖11、加热炉下滑盖12和端部隔热罩13组成，密封为一个整体，其中加热炉主体10、加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12从外到内的结构形式均为“炉壳—保温层—炉衬”。 

在预热阶段，所述的上下工作辊之间预留出一定的距离，所述的上工作辊42即可在加热炉1构成的密闭空间内实现预热，在预热过程中上工作辊42保持低速匀速转动。在密闭空间中加热可以提高加热效率，匀速转动可使上工作辊42受热均匀。下工作辊43同理。 

图2为正常加热阶段轧辊与加热装置的整体示意图，所述的加热炉主体10、端部隔热罩13、加热炉固定盘20和升降杆旋转盘21均是左右对开式结构，当加热装置工作时，左右两侧的对称结构被组合起来，因而该加热装置不受轧辊两端轴承的干涉，便于对已安装完毕的轧辊直接进行密封、加热，同时，左右对开式的炉体结构便于对加热炉1和温控模块3中发生故障的零件进行检修。 

在镁合金板材温轧阶段，所述的上滑盖升降杆22和下滑盖升降杆23旋转至升降杆旋转盘21上各自所在滑槽的另一端，加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12移至加热炉主体10的中部，为轧制设备正常工作和板料运动留出空间。下工作辊43同理。 

图3（a）-（c）为正常加热阶段加热装置的结构图，如图3（a）示，所述的加热炉主体10上安装有板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37，所述的板料入口侧热电偶36用来检测上工作辊42即将与板料44接触的表面的温度，若该温度值与理想值不一致，温控单元30通过板料入口侧调压机构32调整对板料入口侧加热元件34的输出电压，直到板料入口侧热电偶36反馈的温度达到轧辊表面需要的理想温度。由于上工作辊42的表面旋转到正上方时裸露在空气中，并与上支撑辊40接触，此时温度变化剧烈，而板料入口侧加热元件34的加热时长有限，仅依靠调节板料入口侧加热元件34两端的电压，有可能产生调节滞后，导致刚开始与板料接触的工作辊表面的温度不理想，因此增加了板料出口侧热电偶37，用来检测即将与上支撑辊40接触的表面的温度，并与温控单元30、板料出口侧调压机构33和板料出口侧加热元件35合作以调节该区域表面的温度，相应的控温原理如图3（b）所示。由于即将与上支撑辊40接触的表面的散热量恒定，因此必然存在一个最佳温度，使得该区域的表面经过散热和板料入口侧加热元件34初始电压下的加热，即可达到与板料接触时的理想温度，板料入口侧加热元件34两端的电压所需的调整量最小，相应的调节滞后量被降到最低。即将与上支撑辊40接触的表面的最佳温度值可由试验获得。下工作辊43表面温度的调节同理。 

所述的板料入口侧调压机构32由执行电机、减速器和调压器组成； 

图3（c）为正常加热阶段板料入口侧加热装置的正视图，由于工作辊的左右两端和热电 偶通道37与外界相通，会造成一定的热量损失，因此两端和中间的工作辊表面处于不同的温度场中，为达到精确控温的目的，将温控区域划分为左、中、右三个区段，分别设置加热元件和热电偶。出口侧加热装置的布置形式同理。 

图4为定位装置的示意图，所述的上滑盖升降杆22由液压缸220、升降杆221、连接臂222和支座223组成，连接臂222的一端焊接在升降杆221上，另一端与支座223通过螺栓连接，支座223与加热炉上滑盖11相连。所述的上滑盖升降杆22通过滑块211在升降杆旋转盘21上作圆周运动，到达滑槽212的端部后，由销子213将其固定。 

图5为端部隔热罩13的示意图，所述的端部隔热罩13内部填充隔热棉，并具有热电偶通道38穿过的通孔。 

一种镁合金板材温轧轧辊进行在线加热的方法，包括以下步骤： 

1）对工作辊进行密封预热，直至表面温度达到目标值，并保温； 

2）定位加热装置，同时将各支撑辊和工作辊移动至镁合金正常温轧时的位置； 

3）对镁合金坯料进行试轧制，获得最佳温度值； 

4）开始正常轧制，并通过反馈控制实现理想温度下加热。 

具体地，各步骤具体以下方法完成： 

1）分别移动四根轧辊，使每两根相邻轧辊之间均间隔一定的距离，将加热炉主体10、加热炉上滑盖11、加热炉下滑盖12和端部隔热罩13密封为一个整体，对上工作辊42进行密封预热，直至板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37反馈的上工作辊42左、中、右侧表面的温度均达到目标值，并保温30-40分钟，下工作辊43的预热同理； 

2）将加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12移至加热炉主体10的中部，为轧制设备正常工作和板料运动留出空间，同理定位下工作辊43的加热装置，同时将上支撑辊40、下支撑辊41、上工作辊42和下工作辊43移动至镁合金正常温轧时的位置； 

3）对镁合金坯料进行试轧制，在此过程中，板料入口侧热电偶36检测得到的温度值只显示出来而不用于反馈调节，板料出口侧热电偶37检测得到的温度值既显示出来又用于反馈调节，保持板料入口侧加热元件34两端的电压不变，给即将与上支撑辊40接触的表面设定初始目标温度，温控单元30调节板料出口侧加热元件35两端的电压使得该区域表面的温度最终稳定在初始目标值，记录此时板料入口侧热电偶36检测得到的温度，若该温度值达到了即将与板料接触的工作辊表面的理想温度或处于可接受的范围之内，则此时即将与上支撑辊40接触的表面的目标温度即为最佳温度值，否则更改该区域表面的目标温度，直到找到满足上述要求的最佳温度值，下支撑辊41同理； 

4）开始正常轧制，板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37检测得到的温度值均既显示出来又用于反馈调节，温控单元30通过实时调节板料出口侧加热元件35两端的电压，使得即将与上支撑辊40接触的表面的温度达到最佳值，再通过实时调节板料入口侧加热元件34两端的电压，最终获得上工作辊42即将与板料接触的表面的理想温度。 

本实用新型的优点和有益效果是：不需要改变现有轧辊的结构，能够使用刚度高、可靠性强的实心轧辊；采用先密封预热后正常加热的方案，实现了轧辊的快速加热；采用双目标温度的控温策略，获得了理想的轧辊表面温度。可见本实用新型工作效率高，自动化程度高，且能精确控温，具有很好的应用前景。 

附图说明

图1为预热阶段单根工作辊加热装置的示意图 

图2为正常加热阶段轧辊与加热装置的整体示意图 

图3（a）-（c）为正常加热阶段加热装置的结构图 

其中，图3（a）为正常加热阶段整个加热装置的剖视图 

图3（b）温控模块的控温原理图 

图3（c）为正常加热阶段板料入口侧加热装置的正视图 

图4为定位装置的示意图 

图5为端部隔热罩的示意图 

图中： 

1、加热炉  2、定位装置  3、温控模块 

10、加热炉主体  11、加热炉上滑盖  12、加热炉下滑盖  13、端部隔热罩 

20、加热炉固定盘 

21、升降杆旋转盘  210、旋转盘主体  211、滑块  212、滑槽  213、销子 

22、上滑盖升降杆  220、液压缸  221、升降杆  222、连接臂  223、支座  224、螺栓 

23、下滑盖升降杆 

30、温控单元  31、交流电源  32、板料入口侧调压机构  33、板料出口侧调压机构 

34、板料入口侧加热元件  35、板料出口侧加热元件  36、板料入口侧热电偶 

37、板料出口侧热电偶  38、热电偶通道 

40、上支撑辊  41、下支撑辊  42、上工作辊  43、下工作辊  44、板料 

45、进/出料槽 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。 

结合图1和图3（a）-（c），本实用新型的一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，主要由加热炉1、定位装置2和温控模块3组成，所述的加热炉1通过定位装置2固定在轧机机架上，温控模块3检测加热炉1的内部温度，并实时调控加热功率； 

所述的加热炉1中的加热炉主体10固定在加热炉固定盘20上，加热炉固定盘20固定在轧机机架上，定位装置2中的升降杆旋转盘21与加热炉固定盘20之间固定连接，上滑盖升降杆22和下滑盖升降杆23分别与相应的滑块固连并嵌入升降杆旋转盘21的滑槽212中，加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12的表面安装有支座，分别与上滑盖升降杆22和下滑盖升降杆23固定连接；加热炉1中的端部隔热罩13上开有铺设热电偶通道38的通孔，上工作辊42的两侧分别安装板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37，与板料入口侧加热元件34、板料出口侧加热元件35一起连接温控单元30。下工作辊43的加热装置的结构同理。 

所述的加热炉1由加热炉主体10、加热炉上滑盖11、加热炉下滑盖12和端部隔热罩13组成，密封为一个整体，其中加热炉主体10、加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12从外到内的结构形式均为“炉壳—保温层—炉衬”。 

在预热阶段，所述的上下工作辊之间预留出一定的距离，所述的上工作辊42即可在加热炉1构成的密闭空间内实现预热，在预热过程中上工作辊42保持低速匀速转动。在密闭空间中加热可以提高加热效率，匀速转动可使上工作辊42受热均匀。下工作辊43同理。 

图2为正常加热阶段轧辊与加热装置的整体示意图，所述的加热炉主体10、端部隔热罩 13、加热炉固定盘20和升降杆旋转盘21均是左右对开式结构，当加热装置工作时，左右两侧的对称结构被组合起来，因而该加热装置不受轧辊两端轴承的干涉，便于对已安装完毕的轧辊直接进行密封、加热，同时，左右对开式的炉体结构便于对加热炉1和温控模块3中发生故障的零件进行检修。 

在镁合金板材温轧阶段，所述的上滑盖升降杆22和下滑盖升降杆23旋转至升降杆旋转盘21上各自所在滑槽的另一端，加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12移至加热炉主体10的中部，为轧制设备正常工作和板料运动留出空间。下工作辊43同理。 

图3（a）-（c）为正常加热阶段加热装置的结构图，如图3（a）示，所述的加热炉主体10上安装有板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37，所述的板料入口侧热电偶36用来检测上工作辊42即将与板料44接触的表面的温度，若该温度值与理想值不一致，温控单元30通过板料入口侧调压机构32调整对板料入口侧加热元件34的输出电压，直到板料入口侧热电偶36反馈的温度达到轧辊表面需要的理想温度。由于上工作辊42的表面旋转到正上方时裸露在空气中，并与上支撑辊40接触，此时温度变化剧烈，而板料入口侧加热元件34的加热时长有限，仅依靠调节板料入口侧加热元件34两端的电压，有可能产生调节滞后，导致刚开始与板料接触的工作辊表面的温度不理想，因此增加了板料出口侧热电偶37，用来检测即将与上支撑辊40接触的表面的温度，并与温控单元30、板料出口侧调压机构33和板料出口侧加热元件35合作以调节该区域表面的温度，相应的控温原理如图3（b）所示。由于即将与上支撑辊40接触的表面的散热量恒定，因此必然存在一个最佳温度，使得该区域的表面经过散热和板料入口侧加热元件34初始电压下的加热，即可达到与板料接触时的理想温度，板料入口侧加热元件34两端的电压所需的调整量最小，相应的调节滞后量被降到最低。即将与上支撑辊40接触的表面的最佳温度值可由试验获得。下工作辊43表面温度的调节同理。 

所述的板料入口侧调压机构32由执行电机、减速器和调压器组成； 

图3（c）为正常加热阶段板料入口侧加热装置的正视图，由于工作辊的左右两端和热电偶通道37与外界相通，会造成一定的热量损失，因此两端和中间的工作辊表面处于不同的温度场中，为达到精确控温的目的，将温控区域划分为左、中、右三个区段，分别设置加热元件和热电偶。出口侧加热装置的布置形式同理。 

图4为定位装置的示意图，所述的上滑盖升降杆22由液压缸220、升降杆221、连接臂222和支座223组成，连接臂222的一端焊接在升降杆221上，另一端与支座223通过螺栓连接，支座223与加热炉上滑盖11相连。所述的上滑盖升降杆22通过滑块211在升降杆旋转盘21上作圆周运动，到达滑槽212的端部后，由销子213将其固定。 

图5为端部隔热罩13的示意图，所述的端部隔热罩13内部填充隔热棉，并具有热电偶通道38穿过的通孔。 

一种镁合金板材温轧轧辊进行在线加热的方法，包括以下步骤： 

1）对工作辊进行密封预热，直至表面温度达到目标值，并保温； 

2）定位加热装置，同时将各支撑辊和工作辊移动至镁合金正常温轧时的位置； 

3）对镁合金坯料进行试轧制，获得最佳温度值； 

4）开始正常轧制，并通过反馈控制实现理想温度下加热。 

具体地，各步骤具体通过以下方法完成： 

1）分别移动四根轧辊，使每两根相邻轧辊之间均间隔一定的距离，将加热炉主体10、加热炉上滑盖11、加热炉下滑盖12和端部隔热罩13密封为一个整体，对上工作辊42进行 密封预热，直至板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37反馈的上工作辊42左、中、右侧表面的温度均达到目标值，并保温30-40分钟，下工作辊43的预热同理； 

2）将加热炉上滑盖11和加热炉下滑盖12移至加热炉主体10的中部，为轧制设备正常工作和板料运动留出空间，同理定位下工作辊43的加热装置，同时将上支撑辊40、下支撑辊41、上工作辊42和下工作辊43移动至镁合金正常温轧时的位置； 

3）对镁合金坯料进行试轧制，在此过程中，板料入口侧热电偶36检测得到的温度值只显示出来而不用于反馈调节，板料出口侧热电偶37检测得到的温度值既显示出来又用于反馈调节，保持板料入口侧加热元件34两端的电压不变，给即将与上支撑辊40接触的表面设定初始目标温度，温控单元30调节板料出口侧加热元件35两端的电压使得该区域表面的温度最终稳定在初始目标值，记录此时板料入口侧热电偶36检测得到的温度，若该温度值达到了即将与板料接触的工作辊表面的理想温度或处于可接受的范围之内，则此时即将与上支撑辊40接触的表面的目标温度即为最佳温度值，否则更改该区域表面的目标温度，直到找到满足上述要求的最佳温度值，下支撑辊41同理； 

4）开始正常轧制，板料入口侧热电偶36和板料出口侧热电偶37检测得到的温度值均既显示出来又用于反馈调节，温控单元30通过实时调节板料出口侧加热元件35两端的电压，使得即将与上支撑辊40接触的表面的温度达到最佳值，再通过实时调节板料入口侧加热元件34两端的电压，最终获得上工作辊42即将与板料接触的表面的理想温度。 

值得指出的是，这里给出的方式只是作为本实用新型的一个具体实施方式，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。 

本实用新型适用于两辊及多辊镁合金板材温轧轧机，上述仅以四辊轧机为例进行了介绍，容易看出，其他多辊镁合金板材温轧轧机可通过类比方法实现。 

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

Claims (6)

1.一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，由加热炉（1）、定位装置（2）和温控模块（3）组成，所述的加热炉（1）通过定位装置（2）固定在轧机机架上，温控模块（3）检测加热炉（1）的内部温度，并实时调控加热功率；其特征在于： 

所述的加热炉（1）中的加热炉主体（10）固定在加热炉固定盘（20）上，加热炉固定盘（20）固定在轧机机架上，定位装置（2）中的升降杆旋转盘（21）与加热炉固定盘（20）之间固定连接，上滑盖升降杆（22）和下滑盖升降杆（23）分别与相应的滑块固连并嵌入升降杆旋转盘（21）的滑槽（212）中，加热炉上滑盖（11）和加热炉下滑盖（12）的表面安装有支座，分别与上滑盖升降杆（22）和下滑盖升降杆（23）固定连接；加热炉（1）中的端部隔热罩（13）上开有铺设热电偶通道（38）的通孔，上工作辊（42）的两侧分别安装板料入口侧热电偶（36）和板料出口侧热电偶（37），与板料入口侧加热元件（34）、板料出口侧加热元件（35）一起连接温控单元（30）；下工作辊（43）的加热装置的结构同理。 

2.根据权利要求1所述的一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，其特征在于： 

所述的加热炉（1）由加热炉主体（10）、加热炉上滑盖（11）、加热炉下滑盖（12）和端部隔热罩（13）组成，密封为一个整体，其中加热炉主体（10）、加热炉上滑盖（11）和加热炉下滑盖（12）从外到内的结构形式均为“炉壳—保温层—炉衬”； 

所述的加热炉主体（10）、端部隔热罩（13）、加热炉固定盘（20）和升降杆旋转盘（21）均是左右对开式结构，当加热装置工作时，左右两侧的对称结构被组合起来； 

在预热阶段，所述的上下工作辊之间预留出一定的距离，所述的上工作辊（42）在加热炉（1）构成的密闭空间内实现预热，在预热过程中上工作辊（42）保持低速匀速转动； 

在镁合金板材温轧阶段，所述的上滑盖升降杆（22）和下滑盖升降杆（23）旋转至升降杆旋转盘（21）上各自所在滑槽的另一端，加热炉上滑盖（11）和加热炉下滑盖（12）移至加热炉主体（10）的中部，为轧制设备正常工作和板料运动留出空间；下工作辊（43）同理； 

在正常加热阶段，入口侧加热装置的温控区域划分为左、中、右三个区段，分别设置加热元件和热电偶；出口侧加热装置的布置形式同理。 

3.根据权利要求2所述的一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，其特征在于： 

所述的加热炉主体（10）上安装有板料入口侧热电偶（36）和板料出口侧热电偶（37），所述的板料入口侧热电偶（36）检测上工作辊（42）即将与板料（44）接触的表面的温度，若该温度值与理想值不一致，温控单元（30）通过板料入口侧调压机构（32）调整对板料入口侧加热元件（34）的输出电压，直到板料入口侧热电偶（36）反馈的温度达到轧辊表面需要的理想温度； 

所述的板料出口侧热电偶（37）检测即将与上支撑辊（40）接触的表面的温度，并与温控单元（30）、板料出口侧调压机构（33）和板料出口侧加热元件（35）合作以调节该区域表面的温度；下工作辊（43）表面温度的调节同理。 

4.根据权利要求3所述的一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，其特征在于： 

所述的板料入口侧调压机构（32）由执行电机、减速器和调压器组成。 

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，其特征在于： 

所述的上滑盖升降杆（22）由液压缸（220）、升降杆（221）、连接臂（222）和支座（223） 组成，连接臂（222）的一端固定在升降杆（221）上，另一端与支座（223）固定连接，支座（223）与加热炉上滑盖（11）相连； 

所述的上滑盖升降杆（22）通过滑块（211）在升降杆旋转盘（21）上作圆周运动，到达滑槽（212）的端部后，由销子（213）将其固定。 

6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种镁合金板材温轧轧辊在线加热装置，其特征在于： 

所述的端部隔热罩（13）内部填充隔热棉。 

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