一种近等温轧制装置及其方法
阅读说明：本技术 一种近等温轧制装置及其方法 (Near-isothermal rolling device and method thereof ) 是由 许志强 白宇航 杨庭松 海杨 陈启发 杜凤山 张驰 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种近等温轧制装置及其方法,所述装置包括轧机主体、加热炉、保温炉、板坯测温组件、板坯补温组件、轧辊测温组件、轧辊加热组件和轧辊补温组件；所述加热炉和保温炉设置在轧机主体的入口和出口端；所述板坯测温组件设置在加热炉出口、保温炉入口侧；所述板坯补温组件设置在板坯入口、出口侧的上下两端；所述轧辊测温组件设置在上、下工作辊的左右两侧；所述轧辊加热组件设置在上、下工作辊的外端两侧；所述轧辊补温组件设置在上、下工作辊的入口侧及出口侧。本发明可以对上下工作辊进行电磁感应加热并实现轧制区等温或轧辊等温、对板坯进行开轧前加热及轧后补热、最终实现对适轧温度区间比较小的金属材料加热、保温并往复轧制。(The invention relates to a near isothermal rolling device and a method thereof, wherein the device comprises a rolling mill main body, a heating furnace, a heat preservation furnace, a plate blank temperature measurement assembly, a plate blank temperature compensation assembly, a roller temperature measurement assembly, a roller heating assembly and a roller temperature compensation assembly; the heating furnace and the heat preservation furnace are arranged at the inlet and the outlet end of the rolling mill main body; the slab temperature measurement component is arranged at the outlet of the heating furnace and the inlet side of the holding furnace; the slab temperature compensation assemblies are arranged at the upper end and the lower end of the slab inlet and the outlet side; the roll temperature measuring assemblies are arranged on the left side and the right side of the upper working roll and the lower working roll; the roller heating assemblies are arranged on two sides of the outer ends of the upper and lower working rollers; the roller temperature compensating assembly is arranged on the inlet side and the outlet side of the upper working roller and the lower working roller. The invention can carry out electromagnetic induction heating on the upper working roll and the lower working roll, realize the isothermality of a rolling area or the isothermality of the rolls, carry out heating before rolling and heat compensation after rolling on a plate blank, and finally realize the heating, heat preservation and reciprocating rolling of a metal material with a smaller suitable rolling temperature interval.)
技术领域
本发明涉及冶金工业轧钢技术领域，尤其涉及一种近等温轧制装置及其方法。
背景技术
伴随航空航天、汽车电子等领域的快速发展，制造业对其产品材料提出了更高的需求，钛及钛合金因其优良耐腐蚀性、轻型结构特性、高性能、低成本等优点，成为继钢铁、铝之后的“战略金属”。但由于钛合金塑性差、道次变形量小且轧制过程所需控温较为严格，因而此类金属的精密轧制较为困难。针对这一问题，国内外相继采用不同调控手段对轧机进行加热，包括火焰加热、流体加热、轧制预热、感应加热等。火焰加热主要是对轧机轧辊进行火焰喷射加热，通过火焰定点喷射及轧辊旋转实现轧辊均温；流体加热主要是在轧辊内部设置加热水道，通以热流体，实现轧辊预热；轧制预热是在轧制窄适轧温度的轧件前，预先轧制多块高温钢板，以钢板轧制后留存在轧辊上的余热完成轧辊预热；感应加热是在轧辊内部或轧辊外部设置感应加热线圈，通以交变电流实现轧辊加热。
以上技术均存在不同的技术局限：火焰加热虽能够提升辊面温度，但火焰难以精确控稳，且火焰加热所带来的环境污染不可忽略；流体加热虽能够实现较为均匀的轧辊加热，但由于热流体温度通常为200℃左右，其能够为轧辊提供的热量始终有限，且由于热流体水道的布置降低了轧辊的刚度；轧制预热是目前较为常见的预热方法，但由于其预热过程较为缓慢，降低了窄适轧温度区间金属的生产节拍；感应加热虽能够短时间实现轧辊感应加热，但外置的感应加热同火焰加热一样，难以实现均匀的轧辊表面温度控制，而内置的感应加热同流体加热一样降低了轧辊刚度。此外，由于轧辊处于高温，轧辊向轧机所传递的热量不可忽略，往往会造成轧机局部过高温，进一步产生的热胀形将严重影响设备的使用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种近等温轧制装置及其方法，可以对上下工作辊进行电磁感应加热并实现轧制区等温或轧辊等温、对板坯进行开轧前加热及轧后补热、最终实现对适轧温度区间比较小的金属材料加热、保温并往复轧制。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种近等温轧制装置及其方法，所述装置包括轧机主体、加热炉、保温炉、板坯测温组件、板坯补温组件、轧辊测温组件、轧辊加热组件和轧辊补温组件；
所述轧机主体包括上支撑辊、上工作辊、下支撑辊、下工作辊、变频电源和控制系统；所述上工作辊和下工作辊对称设置在板坯的上下两侧；所述上支撑辊和下支撑辊分别设置在上工作辊和下工作辊的外端；
所述加热炉和保温炉对称设置在轧机主体的入口端和出口端；所述板坯测温组件对称设置在加热炉出口侧和保温炉入口侧；所述板坯补温组件对称设置在板坯入口侧及出口侧的上下两端；所述轧辊测温组件分别对称设置在上工作辊和下工作辊的左右两侧；所述轧辊加热组件分别对称设置在上工作辊和下工作辊的外端两侧；所述轧辊补温组件分别对称设置在上工作辊和下工作辊的入口侧及出口侧；所述轧辊加热组件和轧辊补温组件分路连接至变频电源；所述轧辊测温组件连接至控制系统。
进一步的，所述上工作辊和下工作辊的两端均设置有辊端水环，用于降低辊面热量向轧辊轴承的扩散；所属辊端水环为环状密封结构，且两侧分别设置有进水口和出水口，可由外部冷水源向其内部供水并在其环状结构内构成循环水路，持续为轧辊端部降温。
进一步的，所述板坯测温组件包括板带入口侧测温仪和板带出口侧测温仪；所述板带入口侧测温仪设置在加热炉的出口端和上工作辊的入口端之间；所述板带出口侧测温仪设置在保温炉的入口端和上工作辊的出口端之间。
进一步的，所述板坯补温组件包括第一感应加热线圈、第二感应加热线圈、第三感应加热线圈和第四感应加热线圈；所述第一感应加热线圈和第二感应加热线圈对称设置在板带入口侧的上表面和下表面；所述第三感应加热线圈和第四感应加热线圈对称设置在板带出口侧的上表面和下表面。
进一步的，所述轧辊测温组件包括上工作辊入口侧测温仪、上工作辊出口侧测温仪、下工作辊入口侧测温仪和下工作辊出口侧测温仪；所述上工作辊入口侧测温仪和上工作辊出口侧测温仪对称设置在上工作辊的左右两侧；所述下工作辊入口侧测温仪和下工作辊出口侧测温仪对称设置在下工作辊的左右两侧。
进一步的，所述轧辊加热组件包括第一均温加热感应加热线圈、第二均温加热感应加热线圈、第三均温加热感应加热线圈和第四均温加热感应加热线圈；所述第一均温加热感应加热线圈和第二均温加热感应加热线圈对称设置在上工作辊外端面的左右两侧；所述第三均温加热感应加热线圈和第四均温加热感应加热线圈对称设置在下工作辊外端面的左右两侧。
进一步的，所述轧辊补温组件包括第五感应加热线圈、第六感应加热线圈、第七感应加热线圈和第八感应加热线圈；所述第五感应加热线圈和第六感应加热线圈对称设置在上工作辊底部的入口侧和出口侧；所述第七感应加热线圈和第八感应加热线圈对称设置在下工作辊顶部的入口侧和出口侧。
一种近等温轧制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、根据待轧制板坯材料、道次压下率以及板坯厚度，计算板坯最低适轧温度Tmin和最高适轧温度Tmax，确定加热炉加热温度T、保温炉最低保温温度Tbmin、保温炉最高保温温度Tbmax，确定控制系统预设轧辊加热目标温度Trt；
步骤S2、准备待轧制板坯，将板坯置入加热炉中加热；
步骤S3、将各测温仪进行平衡清零，准备开始记录数据；
步骤S4、启动轧辊进行空转，观测此过程中各测温仪是否异动，若发生异动则重新进行设备调平或初始参数重设，若无异动则进行轧辊预热；
步骤S5、启动感应加热线圈进行轧辊预热，控制系统根据轧辊测温仪反馈的温度数据计算轧辊表面平均温度T3；若轧辊表面平均温度T3高于轧辊预设目标温度Trt，则立刻关闭轧辊两侧感应加热线圈，待T3降至Trt时开始轧制；若轧辊表面温度T3低于轧辊预设目标温度Trt时，则提升轧辊两侧的轧辊加热线圈电流，待T3升至Trt时开始轧制；
步骤S6、待轧辊预热、板坯加热完成后，取出板坯，检测板坯出炉温度T1，若此时板坯出炉温度T1高于适轧最低温度Ttmin，则可直接轧制；若此时出炉温度T1低于适轧最低温度Ttmin，则需开启板坯补温组件；若此时出炉温度T1低于0.8倍适轧最低温度Ttmin，则需令板坯返回加热炉重新加热，直至加热到适轧温度再出炉；
步骤S7、轧制过程中，控制系统计算轧辊表面温差△T；当轧辊表面温差△T小于许可温差△Tr时，保持当前加热状态；若轧辊表面温差△T高于许可温差△Tr，开启轧辊补温组件；当轧辊表面温差△T低于许可温差△Tr时，关闭轧辊补温组件，以保持轧制过程温度稳定；
步骤S8、板坯经过轧制后，出口侧的板坯测温组件测轧件的轧后温度；若轧后温度T2高于保温加热最低温度Tbmin，立刻进入出口侧加热炉进行保温再升温操作；若轧后温度T2低于保温加热最低温度Tbmin，则开启出口侧板坯补温组件进行补温，以防止轧件在出口侧加热炉内温升过高而断裂，同时，提升轧辊温度；若轧后温度T2低于0.8倍保温加热最低温度Tbmin，则需立刻停止轧制并检查入口侧加热炉炉温是否异常。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明可在线检测板坯以及轧辊温度，可以对上下工作辊进行电磁感应加热并实现轧制区等温或轧辊等温、对板坯进行开轧前加热及轧后补热、最终实现对适轧温度区间比较小的金属材料加热、保温并往复轧制，为适轧温度区间小的金属材料加工提供了新的方案。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为上下工作辊辊端水环的结构示意图；
图3为上下工作辊的侧视结构示意图；
图4为上下工作轧辊的主视结构示意图。
其中，附图标记：1-加热炉；2-板带入口侧测温仪；3-上工作辊入口侧测温仪；4-第一感应加热线圈；5-第五感应加热线圈；6-第一均温加热感应加热线圈；7-上工作辊；8-上支撑辊；9-第二均温加热感应加热线圈；10-第六感应加热线圈；11-第三感应加热线圈；12-上工作辊出口侧测温仪；13-板带出口测温仪；14-保温炉；15-变频电源；16-下工作辊出口侧测温仪；17-第四感应加热线圈；18-第八感应加热线圈；19-第四均温加热感应加热线圈；20-下支撑辊；21-下工作辊；22-第三均温加热感应加热线圈；23-第七感应加热线圈；24-第二感应加热线圈；25-下工作辊入口侧测温仪；26-控制系统；27-轴端水环。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
参见附图1至4，给出了本发明所提出的一种近等温轧制装置的一个实施例的具体结构。本装置为用左右对称式结构，所述装置包括轧机主体、加热炉1、保温炉14、板坯测温组件、板坯补温组件、轧辊测温组件、轧辊加热组件和轧辊补温组件；
所述轧机主体包括上支撑辊8、上工作辊7、下支撑辊20、下工作辊21、变频电源15和控制系统26；所述上工作辊7和下工作辊21对称设置在板坯的上下两侧；所述上支撑辊8和下支撑辊20分别设置在上工作辊7和下工作辊21的外端；
所述加热炉1和保温炉14分别设置在轧机主体的入口端和出口端；所述板坯测温组件对称设置在加热炉1的出口侧和保温炉14的入口侧；所述板坯补温组件对称设置在板坯入口侧及出口侧的上下两端；所述轧辊测温组件分别对称设置在上工作辊7和下工作辊21的左右两侧；所述轧辊加热组件分别对称设置在上工作辊7和下工作辊21的外端两侧；所述轧辊补温组件分别对称设置在上工作辊7和下工作辊21的入口侧及出口侧；所述轧辊加热组件和轧辊补温组件分路连接至变频电源15，并由外置电源分别供电；所述轧辊测温组件连接至控制系统26。
其中，所述上工作辊7和下工作辊21的两端均设置有辊端水环27，用于降低辊面热量向轧辊轴承的扩散；所属辊端水环27为环状密封结构，且两侧分别设置有进水口和出水口，可由外部冷水源向其内部供水并在其环状结构内构成循环水路，持续为轧辊端部降温。
所述板坯测温组件包括板带入口侧测温仪2和板带出口侧测温仪13；所述板带入口侧测温仪2设置在加热炉1的出口端和上工作辊7的入口端之间，用于检测入口侧板带温度；所述板带出口侧测温仪13设置在保温炉14的入口端和上工作辊7的出口端之间，用于检测出口侧板带温度。
所述板坯补温组件包括第一感应加热线圈4、第二感应加热线圈24、第三感应加热线圈11和第四感应加热线圈17；所述第一感应加热线圈4和第二感应加热线圈24对称设置在板带入口侧的上表面和下表面；所述第三感应加热线圈11和第四感应加热线圈17对称设置在板带出口侧的上表面和下表面。
所述轧辊测温组件包括上工作辊入口侧测温仪3、上工作辊出口侧测温仪12、下工作辊入口侧测温仪25和下工作辊出口侧测温仪16；所述上工作辊入口侧测温仪3和上工作辊出口侧测温仪12对称设置在上工作辊7的左右两侧，分别用于检测上工作辊7的入口侧温度和出口侧温度；所述下工作辊入口侧测温仪25和下工作辊出口侧测温仪16对称设置在下工作辊21的左右两侧，分别用于检测下工作辊21的入口侧温度和出口侧温度。
所述轧辊加热组件包括第一均温加热感应加热线圈6、第二均温加热感应加热线圈9、第三均温加热感应加热线圈22和第四均温加热感应加热线圈19；所述第一均温加热感应加热线圈6和第二均温加热感应加热线圈9对称设置在上工作辊7上端面的左右两侧；所述第三均温加热感应加热线圈22和第四均温加热感应加热线圈19对称设置在下工作辊21下端面的左右两侧。
所述轧辊补温组件包括第五感应加热线圈5、第六感应加热线圈10、第七感应加热线圈23和第八感应加热线圈18；所述第五感应加热线圈5和第六感应加热线圈10对称设置在上工作辊7下端面的入口侧和出口侧；所述第七感应加热线圈23和第八感应加热线圈18对称设置在下工作辊21上端面的入口侧和出口侧。
本发明装置的工作原理在于：
入口侧的加热炉1出口处设有板带入口侧测温仪2，用于检测轧件出炉的温度。若此时出炉温度T1高于适轧最低温度Ttmin，则可直接轧制；若此时出炉温度T1低于适轧最低温度Ttmin，则需开启第一感应加热线圈4和第二感应加热线圈24；若此时出炉温度T1低于0.8倍适轧最低温度Ttmin，则需令轧件返回加热炉重新加热，直至加热适轧温度再出炉。出口侧的保温炉14入口处设有板带出口侧测温仪13，可检测轧件的轧后温度。若轧后温度T2高于保温加热最低温度Tbmin，则可立刻进入保温炉14进行保温再升温操作；若轧后温度T2低于保温加热最低温度Tbmin，则需开启第三感应加热线圈11和第四感应加热线圈17进行补温，以防止轧件在保温炉14内温升过高而断裂，同时，需提升轧辊温度；若轧后温度T2低于0.8倍保温加热最低温度Tbmin，则需立刻停止轧制并检查入口侧加热炉1炉温是否异常。
轧辊加热组件和轧辊补温组件可分路连接至外置变频电源15，并由外置电源分别供电。调控伊始，需优先开启轧辊旋转及轧辊加热组件，上工作辊7入口侧测温仪3和下轧辊入口侧测温仪25在轧辊旋转加热过程中检测轧辊表面多点的实时温度。轧辊测温组件连接至控制系统26，并实时向控制系统26提供温度数据。控制系统26通过计算旋转单周时间及单周轧辊测温组件反馈数据，可得出轧辊表面平均温度T3，若轧辊表面平均温度T3高于轧辊预设目标温度Trt，则立刻关闭第一感应加热线圈5、第七感应加热线圈23、第六感应加热线圈10和第八感应加热线圈18，待T3降至Trt时开始轧制；若轧辊表面温度T3低于轧辊预设目标温度Trt时，则需提升轧辊第一感应加热线圈5、第七感应加热线圈23、第六感应加热线圈10和第八感应加热线圈18电流。控制系统26在计算轧辊表面平均温度T3时，同时计算轧辊表面温差△T，当轧辊表面温差△T小于许可温差△Tr时，则保持当前加热状态；若轧辊表面温差△T高于许可温差△Tr，则需开启第一感应加热线圈5、第七感应加热线圈23、第六感应加热线圈10和第八感应加热线圈18，至轧辊表面温差△T低于许可温差△Tr时，关闭第一感应加热线圈5、第七感应加热线圈23、第六感应加热线圈10和第八感应加热线圈18。
一种近等温轧制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、根据待轧制板坯材料、道次压下率以及板坯厚度，计算板坯最低适轧温度Tmin和最高适轧温度Tmax，确定加热炉1加热温度T、保温炉14最低保温温度Tbmin、保温炉14最高保温温度Tbmax，确定控制系统26预设轧辊加热目标温度Trt；
步骤S2、准备待轧制板坯，将板坯置入加热炉1中加热；
步骤S3、将各测温仪进行平衡清零，准备开始记录数据；
步骤S4、启动轧辊进行空转，观测此过程中各测温仪是否异动，若发生异动则重新进行设备调平或初始参数重设，若无异动则进行轧辊预热；
步骤S5、启动感应加热线圈进行轧辊预热，控制系统26根据轧辊测温仪反馈的温度数据计算轧辊表面平均温度T3；若轧辊表面平均温度T3高于轧辊预设目标温度Trt，则立刻关闭轧辊两侧感应加热线圈，待T3降至Trt时开始轧制；若轧辊表面温度T3低于轧辊预设目标温度Trt时，则提升轧辊两侧的轧辊加热线圈电流，待T3升至Trt时开始轧制；
步骤S6、待轧辊预热、板坯加热完成后，取出板坯，检测板坯出炉温度T1，若此时板坯出炉温度T1高于适轧最低温度Ttmin，则可直接轧制；若此时出炉温度T1低于适轧最低温度Ttmin，则需开启板坯补温组件；若此时出炉温度T1低于0.8倍适轧最低温度Ttmin，则需令板坯返回加热炉1重新加热，直至加热到适轧温度再出炉；
步骤S7、轧制过程中，控制系统26计算轧辊表面温差△T；当轧辊表面温差△T小于许可温差△Tr时，保持当前加热状态；若轧辊表面温差△T高于许可温差△Tr，开启轧辊补温组件；当轧辊表面温差△T低于许可温差△Tr时，关闭轧辊补温组件，以保持轧制过程温度稳定；
步骤S8、板坯经过轧制后，板带出口侧测温仪13检测轧件的轧后温度；若轧后温度T2高于保温加热最低温度Tbmin，立刻进入出口侧保温炉14进行保温再升温操作；若轧后温度T2低于保温加热最低温度Tbmin，则开启出口侧的第三感应加热线圈11和第四感应加热线圈17进行补温，以防止轧件在保温炉14内温升过高而断裂，同时，提升轧辊温度；若轧后温度T2低于0.8倍保温加热最低温度Tbmin，则需立刻停止轧制并检查入口侧加热炉1炉温是否异常。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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