一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法
阅读说明：本技术 一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法 (Roller abrasion self-healing device and control method thereof ) 是由 许志强 海杨 杨庭松 陈启发 白宇航 张驰 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法,所述装置包括工作辊、导热硅脂、TEC电子温控片、水冷器、温度传感器导线、直流电源导线和温度传感器；所述温度传感器设置在TEC电子温控片的冷端和热端；TEC电子温控片热端与工作辊之间通过导热硅脂接触；TEC电子温控片冷端通过导热硅脂与水冷器接触固定；水冷器直接水泵和循环水槽；TEC电子温控片连接直流电源。将工作辊进行分区处理,每个区段进行独立调整控制；根据现有辊形磨损预报技术实时对辊形监测,通过信号采集系统,温度控制系统等在线对TEC电子温控片的温度进行调控,进而对磨损辊形进行动态在线补偿。本发明板形调控能力强、灵活多变且易于控制,可用于轧辊磨损辊形的补偿以延长换辊生命周期。(The invention relates to a roller abrasion self-healing device and a control method thereof, wherein the device comprises a working roller, heat-conducting silicone grease, a TEC electronic temperature control sheet, a water cooler, a temperature sensor lead, a direct-current power supply lead and a temperature sensor; the temperature sensors are arranged at the cold end and the hot end of the TEC electronic temperature control sheet; the hot end of the TEC electronic temperature control sheet is contacted with the working roll through heat-conducting silicone grease; the cold end of the TEC electronic temperature control sheet is fixedly contacted with a water cooler through heat-conducting silicone grease; a water cooler is connected with a direct water pump and a circulating water tank; the TEC electronic temperature control chip is connected with a direct current power supply. The working roll is processed in a partition mode, and each section is independently adjusted and controlled; the roll shape is monitored in real time according to the existing roll shape wear prediction technology, and the temperature of the TEC electronic temperature control sheet is regulated and controlled on line through a signal acquisition system, a temperature control system and the like, so that the worn roll shape is dynamically compensated on line. The method has strong plate shape regulation and control capability, is flexible and changeable and easy to control, and can be used for compensating the worn roll shape of the roll so as to prolong the life cycle of roll replacement.)
技术领域
本发明涉及轧辊辊形曲线调控技术领域，尤其涉及一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法。
背景技术
轧辊是轧制工艺的主要执行元件，承担了金属塑性加工成形的主要任务。在金属压延加工过程中，轧辊能够以自身变形抵抗轧件变形，继而实现压延件的成形。但在这一过程中，轧辊需承受轧制压力、弯辊力、横向摩擦力及辊间非均匀接触压力等作用，进一步产生轧辊自身减材，即产生磨损。当磨损达到一定程度后，轧机辊缝受轧辊辊形变化的影响而难以控制，最终诱发板形板厚问题。为了确保轧机稳定排产，需轧制一定公里数后对轧辊进行下机修磨，以打薄轧辊的形式来恢复轧辊原有的辊形，而后再上线。由此，轧辊需经过多次“上线-打磨-再上线-再打磨”的过程，直至轧辊辊径减薄到难以上线为止。同时，磨损又是一个非线性过程，当轧辊产生初步磨损后，轧制过程会导致轧辊在初步磨损的基础上进一步加速磨损，使得辊形情况随生产进程而愈发恶劣。为了解决这一问题，现有的解决方法主要有设计耐磨轧辊、设计耐磨轧辊材料和设计在线修磨装置。专利CN112095053A提出了“一种高耐磨冷轧辊及其制备方法”，该发明通过提高Mo、V、Ti等元素的含量，使轧辊具备较高的粗糙度保持能力，进而提高轧辊的耐磨性。专利CN03230784.5提出了一种“工作辊在线修磨装置”，该发明是在不卸载轧辊的状态下，使用轧机上的修磨装置，实现对工作辊表面的修磨，在保证产品质量的前提下，以减少更换轧辊的次数。
但是上述的解决方法都存在相应的问题：无论是设计耐磨轧辊还是耐磨轧辊材料，轧辊始终会因为轧制力、接触力、摩擦力、轧制过程中产生大量的热、冷却液的化学作用等一系列因素而产生磨损，最终导致下线，而且设计过程需要具备较高的生产经验，并且设计具有周期性，需要耗费大量时间。另一方面，设计出的一种辊形往往只适用于特定轧机特性和特定工况，付出与收益不成正比。而在线修磨装置会增加轧机系统结构的复杂性，增加设备的故障率。此外，在线修磨虽然避免了下机修磨的过程，但是会打乱生产节奏，导致生产不连续。专利CN03230784.5提出了一种“工作辊在线修磨装置”但由于结构限制，其修磨灵活性及修磨深度较差，只能一定程度的延长轧辊的换辊周期。综上，现有技术中均存在一定的缺陷和不足之处，其能否在实际应用中产生理想的效果还有待于进一步探讨。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法，在工作辊发生磨损的初期及时进行辊形补偿，形成一种随磨随补的动态补偿效果，进而延长工作辊的生命周期。另一方面，克服现有技术中调整辊凸度灵活性不足、控制结构复杂，以及在线修磨时间过长、连续性差等技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种轧辊磨损自愈装置及其控制方法，所述装置包括工作辊、导热硅脂、TEC电子温控片、水冷器、温度传感器、温度传感器导线和直流电源导线；所述温度传感器分别设置在TEC电子温控片的热端和冷端，用于直接测量热端和冷端的温度；所述TEC电子温控片沿工作辊的轴向等间距布置n个，沿工作辊的周向等间距布置m列，并与工作辊轴向平行；所述TEC电子温控片的一端面与工作辊内壁之间通过导热硅脂相互接触；所述TEC电子温控片的另一端面通过导热硅脂与水冷器相接触并固定，所述水冷器沿工作辊周向等距布置m列，且每个水冷器可承载轴向的多个TEC电子温控片；所述TEC电子温控片均如此布置并通过m个水冷器承载；所述水冷器外接至水泵和循环水槽；所述TEC电子温控片通过直流电源导线外接至直流电源；所述温度传感器通过温度传感器导线外接至数据采集系统，数据采集系统将收集到的温度数据传递给温度控制系统。
进一步的，所述TEC电子温控片作为内热源可对工作辊进行局部加热或者局部冷却。
进一步的，所述TEC电子温控片均为独立控制，多片协调配合。
一种轧辊磨损自愈的控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：将所述装置按上述顺序连接，测试冷却循环系统工作是否正常；测试数据采集系统和温度控制系统工作是否正常并进行平衡清零；对直流电源进行短接测试；对TEC电子温控片进行短暂通电测试，检测各个温度传感器是否有异常；
步骤S2：各温度传感器无异常后，开始对TEC电子温控片通电，同时利用数据采集系统采集各个传感器数据并记录；
步骤S3：获取工作辊径向变化量随加热时间的变化曲线；
步骤S4：将工作辊进行分区处理，划分为N段，每段长l/N mm；根据步骤S2、步骤S3和现有的磨损辊形预报系统可得到工作辊径向变化量εy随电流大小I、通电时间t和温度T的函数关系εy＝F(I，t，T)；根据函数关系确定合理的磨损临界值εy0；
步骤S5：根据步骤S2可获得任意区段的径向变化量εk和温度Tk随时间t的函数εk＝f(t)、Tk＝g(t)，其中t为加热时间；
步骤S6：(1)根据现有的磨损预报系统对工作辊辊形进行预报，当第k区间出现局部磨损时，启动第k区间控制系统开始对TEC电子温控片通电；
(2)当磨损量达到磨损临界值εy0时，根据辊形预报系统给出的磨损数据和数据采集系统采集的温度数据，结合步骤S5的函数关系，可得到热补偿或冷却回缩所需的工作功率；其控制手段为控制TEC电子温控片的电流大小进而控制输出功率；
(3)若磨损区域出现在两区段之间，即出现在第k区间和k+1区间边界处，则根据磨损的程度和偏移量，加大磨损偏移一侧的TEC电子温控片的电流，使补偿的辊凸度向磨损偏移的区间偏向；
(4)当工作辊达到一定轧制公里数出现大面积磨损时，如典型猫耳状磨损，可根据磨损辊形预报系统确定少数高点所在区间k，亦或在k区间与k+1区间边界处；根据步骤(3)利用TEC电子温控片制冷功能使工作辊辊形中的少数高点回缩，使得工作辊辊形重归正常；
步骤S7：温度传感器实时监测每个TEC电子温控片的温度，并将温度信号转换为电信号，沿输出导线传递给温度控制系统；温度控制系统根据温度传感器传递的信号以及步骤S5所得到的函数关系对电源的输出电流进行调整，以保证调控的辊形曲线的稳定性。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明采用多片控制，每一个TEC电子温控片均可作为独立的单元控制，可以适应复杂辊形曲线，尤其是多因素产生磨损造成的复杂辊形；
2、本发明采用的TEC电子温控片既能够对工作辊辊形曲线进行加热补偿，又能做到冷却回缩，极大地提升了辊形曲线调控的灵活性，可以较好的应对复杂的磨损辊形；
3、本发明采用的TEC电子温控片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、计算机控制，便于组成自动控制系统；
4、本发明采用的TEC电子温控片热惯性非常小，制热时间很快，在冷却效果良好的情况下，通电不到一分钟，温控片就能达到最大温差；
5、本发明相比于VC辊和DSR辊，调控效果更加灵活多变，在磨损初期进行动态补偿，延长换辊周期；
6、本发明采用的TEC电子温控片结构简单，制备价格低廉，可以有效减少制造成本。
附图说明
图1是本发明的主视剖面结构示意图；
图2是本发明的左视剖面示意简图；
图3是图1中的局部放大结构示意图；
图4是本发明的工作流程示意图。
其中，附图标记：1-工作辊；2-导热硅脂；3-TEC电子温控片；4-水冷器；5-温度传感器导线；6-直流电源导线；7-温度传感器。
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3，给出了本发明所提出的一种轧辊磨损自愈装置一个实施例的具体结构。所述装置包括工作辊1、导热硅脂2、TEC电子温控片3、水冷器4、温度传感器导线5、直流电源导线6和温度传感器7；所述温度传感器7分别设置在TEC电子温控片3的热端和冷端，用于直接测量热端和冷端的温度；所述TEC电子温控片3作为内热源可对工作辊1进行局部加热或者局部冷却，所述TEC电子温控片3沿工作辊1的轴向等间距布置n个，并沿工作辊1的周向等间距布置m列，且与工作辊1的轴向平行，所述TEC电子温控片3均为独立控制，多片协调配合；所述TEC电子温控片3的热端面与工作辊1内壁之间通过导热硅脂2相互接触，可显著提高换热系数；所述TEC电子温控片3的冷端面通过导热硅脂2与水冷器4相接触并固定；所述水冷器4在工作辊1内部沿工作辊1周向等距布置m列，分别与m列TEC电子温控片3相互对应，且所述水冷器4的尺寸可根据需要调整，每个水冷器4可承载轴向布置的多个TEC电子温控片3；所述TEC电子温控片3均如此布置并通过m个水冷器4承载；所述水冷器4外接至水泵和循环水槽；所述TEC电子温控片3通过直流电源导线6外接至直流电源；所述温度传感器7通过温度传感器导线5外接至数据采集系统，数据采集系统将收集到的温度数据传递给温度控制系统。
一种轧辊磨损自愈装置的控制方法，如图4所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：将所述装置按上述顺序连接，测试冷却循环系统工作是否正常；测试信号采集系统和温度控制系统工作是否正常并进行平衡清零；对直流电源进行短接测试；对TEC电子温控片3进行短暂通电测试，检测各个温度传感器7是否有异常；
步骤S2：各温度传感器7无异常后，开始对TEC电子温控片3通电，同时利用数据采集系统采集各个温度传感器7的数据并记录；
步骤S3：获取工作辊1的径向变化量随加热时间的变化曲线；
步骤S4：将工作辊1进行分区处理，划分为N段，每段长l/N mm；根据步骤S2、步骤S3和现有的磨损辊形预报系统可得到工作辊1的径向变化量εy随电流大小I、通电时间t和温度T的函数关系εy＝F(I，t，T)；根据函数关系确定合理的磨损临界值εy0；
步骤S5：根据步骤S2可获得任意区段的径向变化量εk和温度Tk随时间t的函数εk＝f(t)、Tk＝g(t)，其中t为加热时间；
步骤S6：(1)根据现有的磨损预报系统对工作辊辊形进行预报，当第k区间出现局部磨损时，启动第k区间控制系统开始对TEC电子温控片3通电；
(2)当磨损量达到磨损临界值εy0时，根据辊形预报系统给出的磨损数据和数据采集系统采集的温度数据，结合步骤S5的函数关系，可得到热补偿或冷却回缩所需的工作功率；其控制手段为控制TEC电子温控片3的电流大小进而控制输出功率；
(3)若磨损区域出现在两区段之间，即出现在第k区间和k+1区间边界处，则根据磨损的程度和偏移量，加大磨损偏移一侧的TEC电子温控片3的电流，使补偿的辊凸度向磨损偏移的区间偏向；
(4)当工作辊1达到一定轧制公里数出现大面积磨损时，如典型猫耳状磨损，可根据磨损辊形预报系统确定少数高点所在区间k，亦或在k区间与k+1区间边界处；根据步骤(3)利用TEC电子温控片3制冷功能使工作辊1辊形中的少数高点回缩，使得工作辊1辊形重归正常；
步骤S7：温度传感器7实时监测每个TEC电子温控片3的温度，并将温度信号转换为电信号，沿温度传感器导线5传递给温度控制系统；温度控制系统根据温度传感器7传递的信号以及步骤S5所得到的函数关系对电源的输出电流进行调整，以保证调控的辊形曲线的稳定性。
本发明的工作原理在于：在工作辊1发生磨损的初期及时进行辊形补偿，形成一种随磨随补的一种动态补偿效果，进而延长工作辊1的生命周期；当磨损情况超出动态补偿能力时，利用冷却回缩磨损高点的方式调整工作辊1的辊形。接通电源后，TEC电子温控片3开始工作，TEC电子温控片3热端的热量通过导热硅脂2传递给工作辊1，对工作辊1的局部进行加热或者冷却，再通过多个TEC电子温控片3的协同配合，实现辊形曲线按辊形要求进行相应调节。现有的磨损辊形预报系统可以及时监测工作辊1的磨损情况；所述温度传感器7可以实时监测每个TEC电子温控片3的温度，并将温度信号转换为电信号，沿输出导线传递给温度控制系统；温度控制系统根据温度传感器7传递的信号对电源的电压电流进行调整。
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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