電磁加熱解決冷軋鋁板帶邊緊肋松板形缺陷

劉延斌，閆學(xué)良

(南山集團(tuán) 輕合金冷軋廠，山東 龍口 265706)

1 電磁加熱及邊部板形問題概述

板形是衡量鋁板帶質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是大多數(shù)學(xué)者研究的焦點(diǎn)之一[1]。南山CVC6輥冷軋機(jī)帶材邊部的板形控制手段是通過HES系統(tǒng)把熱油噴到帶材邊部相對應(yīng)的工作輥區(qū)域上，利用熱油和工作輥面間的溫度差傳熱，提高該區(qū)域工作輥身的溫度，改變熱凸度，從而緩解緊邊問題[2]。多年來，軋機(jī)在軋制3104罐體寬料過程中帶材邊緊的現(xiàn)象尤為明顯，由于熱油介質(zhì)是煤油，從安全方面考慮油溫不高于103℃，由于油溫控制能力受限，達(dá)不到理想的工藝控制要求，因此在軋機(jī)出口導(dǎo)帶板下安裝高效電磁加熱設(shè)備用于軋輥局部加熱，這樣可以有效補(bǔ)償軋輥中部邊部的溫差，這對于提高帶材的板形有著重要意義。

電磁加熱是一種感應(yīng)加熱設(shè)備，采用高頻電磁感應(yīng)加熱技術(shù)[3]，對軋機(jī)工作輥邊部感應(yīng)加熱后，邊部區(qū)域的溫度可以快速達(dá)到與軋輥中間區(qū)域相同的或更高的溫度，使其局部軋輥升溫膨脹，增加該區(qū)域的軋制壓力，改善帶材變緊的現(xiàn)象[4]。電磁感應(yīng)加熱的方式，能夠快速提高軋輥邊部溫度，同時(shí)反饋控制加熱功率，3s～4s達(dá)到全功率輸出；使其直徑膨脹，提高邊部的軋制壓力，從而解決硬質(zhì)合金邊緊肋松問題。

2 電磁加熱的構(gòu)成

2.1 加熱頭定位裝置

加熱頭定位裝置安放在軋機(jī)出口導(dǎo)板下方(圖1)，對出口側(cè)下工作輥加熱。帶材邊部加熱頭定位機(jī)構(gòu)由油缸及其附件、氣缸及其附件(小氣缸和大氣缸)、直線導(dǎo)軌和加熱頭固定支架組成。油缸驅(qū)動(dòng)加熱器頭沿帶材寬度方向移動(dòng)(單側(cè)行程520mm，滿足帶材1000mm～2000mm)，油缸為內(nèi)置傳感器式，移動(dòng)精度1mm；大/小氣缸驅(qū)動(dòng)加熱頭向軋輥輥面方向靠近(行程140mm)，大氣缸由位置傳感器定位；小氣缸由前/后兩限位定位，實(shí)現(xiàn)輥面與電磁頭之間的間隙定位(間隙3mm～5mm)。

圖1 加熱頭定位裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of heating head positioning device

2.2 加熱頭橫向液壓控制

電磁頭機(jī)械定位功能通過液壓缸拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，PLC控制邏輯通過給定的帶材寬度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋邊定位功能，由伺服控制加熱頭液壓缸移動(dòng)，液壓控制原理如圖2所示。泵源采用原高壓液壓泵站，減壓后供液壓閥站，加熱頭寬度定位采用液壓伺服控制，由系統(tǒng)根據(jù)板形輥給定寬度計(jì)算邊部位置，伺服閥與位置傳感器閉環(huán)控制精確定位。

圖2 液壓控制原理圖Fig.2 Hydraulic control principle diagram

加熱頭橫向移動(dòng)同時(shí)需滿足：(1)機(jī)架內(nèi)機(jī)械位置連鎖，系統(tǒng)無急停、快停；(2)軋輥邊部加熱功能投入；(3)大氣缸和小氣缸都在縮回位置；(3)軋輥轉(zhuǎn)速為0；(4)出、入口側(cè)帶材張力檢測為0；(5)邊部加熱裝置縱向定位未運(yùn)行；(6)板形系統(tǒng)下發(fā)新的橫向移動(dòng)位置。在生產(chǎn)過程中根據(jù)需要主操可在線實(shí)時(shí)修改調(diào)整，通過板形系統(tǒng)發(fā)送新的橫移位置值后， 加熱頭橫向移動(dòng)裝置會(huì)根據(jù)新的位置值自動(dòng)調(diào)整。

2.3 加熱頭縱向氣動(dòng)控制

加熱頭氣動(dòng)控制主要是實(shí)現(xiàn)大、小氣缸的縱向移動(dòng)，由6個(gè)氣動(dòng)控制閥，4個(gè)壓力比例閥實(shí)現(xiàn)控制。氣動(dòng)控制原理如圖3所示。大氣缸的前進(jìn)、后退回氣均經(jīng)過節(jié)流閥控制，避免動(dòng)作過快。

圖3 氣動(dòng)控制原理Fig.3 Pneumatic control principle

現(xiàn)場加熱頭縱向位置校準(zhǔn)條件如下：(1)滿足機(jī)架內(nèi)機(jī)械位置連鎖，系統(tǒng)無急停、快停；(2)軋輥邊部加熱功能投入；(3)加熱頭橫向定位完畢，等于板形發(fā)送的設(shè)定位置值；(4)主機(jī)軋輥轉(zhuǎn)速為0；(5)出、入口側(cè)帶材檢查光柵檢測到帶材；(6)軋輥輥縫閉合；(7)無穿帶模式、無升速模式、無最小模式和恒速模式。

穿帶過程中，第一次穿帶結(jié)束后，機(jī)列處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，軋輥邊部加熱裝置開始運(yùn)行縱向定位，在定位過程中不允許起車，直到定位校準(zhǔn)完成后，再按下穿帶按鈕，出、入口張力建立，才允許起車生產(chǎn)。

2.4 加熱頭的功率控制硬件介紹

進(jìn)線變壓器的容量為45kVA，進(jìn)線電壓由軋機(jī)現(xiàn)場MCC柜提供，變壓器將輸入的三相380VAC電壓轉(zhuǎn)化為三相230VAC的輸出電壓，主要為加熱柜提供進(jìn)線電源，而加熱頭則由裝在加熱柜內(nèi)的功率調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行功率控制。功率調(diào)節(jié)模塊和加熱頭冷卻采用液體冷卻，由自動(dòng)恒溫油冷卻器輸出一定溫度(最高35℃)的水或其他液體(如煤油)，以保證整個(gè)帶材邊部加熱裝置能夠正常工作。

2.5 操作箱及操作臺(tái)布置

現(xiàn)場操作箱主要用于現(xiàn)場手動(dòng)操作，運(yùn)行時(shí)需要選擇到手動(dòng)運(yùn)行模式，主要用于：(1)手動(dòng)、自動(dòng)模式選擇；(2)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)大氣缸前進(jìn)、后退；(3)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)小氣缸前進(jìn)、后退；(4)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)加熱頭水平方向左、右橫移動(dòng)。

操作臺(tái)主要用于生產(chǎn)時(shí)對工作輥邊部加熱裝置進(jìn)行控制，(1)加熱柜合閘、分閘操作；(2)選擇是否投入邊部加熱裝置；(3)允許加熱確認(rèn)；(4)加熱頭功率輸出值修正；(5)加熱頭氣缸定位操作。

2.6 加熱系統(tǒng)自動(dòng)控制

首先一級(jí)系統(tǒng)與板形系統(tǒng)進(jìn)行VIP通訊，一級(jí)讀取板形系統(tǒng)加熱器的模式(自動(dòng)、手動(dòng)和等待)和加熱頭功率的給定值；發(fā)送給板形系統(tǒng)加熱器的自動(dòng)請求、加熱器的狀態(tài)、加熱器投入以及加熱器的功率實(shí)際值。

3 電磁加熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及效果驗(yàn)證

軋機(jī)采用電磁感應(yīng)加熱調(diào)控板形試驗(yàn)卷(罐體料)在精整線切邊完成生產(chǎn)，其中電磁感應(yīng)加熱49卷、熱油軋制44卷，(同規(guī)格)罐體料軋機(jī)在線板形對比，圖4為熱油噴射投入時(shí)的在線板形，圖5為電磁加熱投入時(shí)的在線板形，通過比較發(fā)現(xiàn)，電磁加熱的卷材在線板形邊緊肋松得以改善。

圖4 熱油軋制在線板形Fig.4 On-line shape of hot oil rolling

圖5 電磁加熱在線板形Fig.5 On-line shape of electromagnetic heating

精整切邊后離線板形對比，卷材1M0845C0B1電磁加熱離線板形，切邊后板形值19.3I；卷號(hào)5M8445C01C熱油軋制離線板形，切邊后板形值28.5I。通過采集板形值對比，電磁感應(yīng)加熱板形值主要集中在8.9I～28.1I，熱油軋制板形值主要集中在17.9I～34.9I，總體分析電磁加熱較熱油軋制的板形值效果明顯。

4 結(jié)束語

(1)通過工業(yè)試驗(yàn)證明，當(dāng)使用12kW加熱頭加熱30mm寬度的軋輥表面時(shí)，熱頭3s～4s即可達(dá)到全功率輸出，可使軋輥在30s內(nèi)產(chǎn)生10μm～15μm的直徑膨脹(投入運(yùn)行驗(yàn)證數(shù)據(jù))，增加軋制力使帶材邊部減薄，改善邊部過緊現(xiàn)象并減少斷帶故障，提高生產(chǎn)效率。通過使用帶材邊部加熱裝置后，有效解決了邊緊肋松板形缺陷。使用該裝置后軋制速度提高20%，同時(shí)帶材整體板形也得到了明顯改善。

(2)該設(shè)備屬于冷軋機(jī)新增裝置，在設(shè)計(jì)上原有熱油系統(tǒng)設(shè)備保留；實(shí)現(xiàn)電磁加熱方式與介質(zhì)(煤油)方式快速切換使用，為檢修處理提供冗余時(shí)間。電磁加熱設(shè)計(jì)總功率35kW；相比熱油噴射方式每年可以節(jié)約電費(fèi)約120萬元。