电磁加热解决冷轧铝板带边紧肋松板形缺陷

板形是衡量铝板带质量的重要标准, 也是大多数学者研究的焦点之一[1]。南山CVC6辊冷轧机带材边部的板形控制手段是通过HES系统把热油喷到带材边部相对应的工作辊区域上, 利用热油和工作辊面间的温度差传热, 提高该区域工作辊身的温度, 改变热凸度, 从而缓解紧边问题[2]。多年来, 轧机在轧制3104罐体宽料过程中带材边紧的现象尤为明显, 由于热油介质是煤油, 从安全方面考虑油温不高于103℃, 由于油温控制能力受限, 达不到理想的工艺控制要求, 因此在轧机出口导带板下安装高效电磁加热设备用于轧辊局部加热, 这样可以有效补偿轧辊中部边部的温差, 这对于提高带材的板形有着重要意义。

电磁加热是一种感应加热设备, 采用高频电磁感应加热技术[3], 对轧机工作辊边部感应加热后, 边部区域的温度可以快速达到与轧辊中间区域相同的或更高的温度, 使其局部轧辊升温膨胀, 增加该区域的轧制压力, 改善带材变紧的现象[4]。电磁感应加热的方式, 能够快速提高轧辊边部温度, 同时反馈控制加热功率, 3s～4s达到全功率输出;使其直径膨胀, 提高边部的轧制压力, 从而解决硬质合金边紧肋松问题。

加热头定位装置安放在轧机出口导板下方 (图1) , 对出口侧下工作辊加热。带材边部加热头定位机构由油缸及其附件、气缸及其附件 (小气缸和大气缸) 、直线导轨和加热头固定支架组成。油缸驱动加热器头沿带材宽度方向移动 (单侧行程520mm, 满足带材1000mm～2000mm) , 油缸为内置传感器式, 移动精度1mm;大/小气缸驱动加热头向轧辊辊面方向靠近 (行程140mm) , 大气缸由位置传感器定位;小气缸由前/后两限位定位, 实现辊面与电磁头之间的间隙定位 (间隙3mm～5mm) 。

电磁头机械定位功能通过液压缸拖动实现横向移动, PLC控制逻辑通过给定的带材宽度实现自动寻边定位功能, 由伺服控制加热头液压缸移动, 液压控制原理如图2所示。泵源采用原高压液压泵站, 减压后供液压阀站, 加热头宽度定位采用液压伺服控制, 由系统根据板形辊给定宽度计算边部位置, 伺服阀与位置传感器闭环控制精确定位。

加热头横向移动同时需满足: (1) 机架内机械位置连锁, 系统无急停、快停; (2) 轧辊边部加热功能投入; (3) 大气缸和小气缸都在缩回位置; (3) 轧辊转速为0; (4) 出、入口侧带材张力检测为0; (5) 边部加热装置纵向定位未运行; (6) 板形系统下发新的横向移动位置。在生产过程中根据需要主操可在线实时修改调整, 通过板形系统发送新的横移位置值后, 加热头横向移动装置会根据新的位置值自动调整。

加热头气动控制主要是实现大、小气缸的纵向移动, 由6个气动控制阀, 4个压力比例阀实现控制。气动控制原理如图3所示。大气缸的前进、后退回气均经过节流阀控制, 避免动作过快。

现场加热头纵向位置校准条件如下: (1) 满足机架内机械位置连锁, 系统无急停、快停; (2) 轧辊边部加热功能投入; (3) 加热头横向定位完毕, 等于板形发送的设定位置值; (4) 主机轧辊转速为0; (5) 出、入口侧带材检查光栅检测到带材; (6) 轧辊辊缝闭合; (7) 无穿带模式、无升速模式、无最小模式和恒速模式。

穿带过程中, 第一次穿带结束后, 机列处于静止状态时, 轧辊边部加热装置开始运行纵向定位, 在定位过程中不允许起车, 直到定位校准完成后, 再按下穿带按钮, 出、入口张力建立, 才允许起车生产。

进线变压器的容量为45kVA, 进线电压由轧机现场MCC柜提供, 变压器将输入的三相380VAC电压转化为三相230VAC的输出电压, 主要为加热柜提供进线电源, 而加热头则由装在加热柜内的功率调节模块进行功率控制。功率调节模块和加热头冷却采用液体冷却, 由自动恒温油冷却器输出一定温度 (最高35℃) 的水或其他液体 (如煤油) , 以保证整个带材边部加热装置能够正常工作。

现场操作箱主要用于现场手动操作, 运行时需要选择到手动运行模式, 主要用于: (1) 手动、自动模式选择; (2) 操作侧和传动侧大气缸前进、后退; (3) 操作侧和传动侧小气缸前进、后退; (4) 操作侧和传动侧加热头水平方向左、右横移动。

操作台主要用于生产时对工作辊边部加热装置进行控制, (1) 加热柜合闸、分闸操作; (2) 选择是否投入边部加热装置; (3) 允许加热确认; (4) 加热头功率输出值修正; (5) 加热头气缸定位操作。

首先一级系统与板形系统进行VIP通讯, 一级读取板形系统加热器的模式 (自动、手动和等待) 和加热头功率的给定值;发送给板形系统加热器的自动请求、加热器的状态、加热器投入以及加热器的功率实际值。

轧机采用电磁感应加热调控板形试验卷 (罐体料) 在精整线切边完成生产, 其中电磁感应加热49卷、热油轧制44卷, (同规格) 罐体料轧机在线板形对比, 图4为热油喷射投入时的在线板形, 图5为电磁加热投入时的在线板形, 通过比较发现, 电磁加热的卷材在线板形边紧肋松得以改善。

精整切边后离线板形对比, 卷材1M0845C0B1电磁加热离线板形, 切边后板形值19.3I;卷号5M8445C01C热油轧制离线板形, 切边后板形值28.5I。通过采集板形值对比, 电磁感应加热板形值主要集中在8.9I～28.1I, 热油轧制板形值主要集中在17.9I～34.9I, 总体分析电磁加热较热油轧制的板形值效果明显。

(1) 通过工业试验证明, 当使用12kW加热头加热30mm宽度的轧辊表面时, 热头3s～4s即可达到全功率输出, 可使轧辊在30s内产生10μm～15μm的直径膨胀 (投入运行验证数据) , 增加轧制力使带材边部减薄, 改善边部过紧现象并减少断带故障, 提高生产效率。通过使用带材边部加热装置后, 有效解决了边紧肋松板形缺陷。使用该装置后轧制速度提高20%, 同时带材整体板形也得到了明显改善。

(2) 该设备属于冷轧机新增装置, 在设计上原有热油系统设备保留;实现电磁加热方式与介质 (煤油) 方式快速切换使用, 为检修处理提供冗余时间。电磁加热设计总功率35kW;相比热油喷射方式每年可以节约电费约120万元。