王建杰

(中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471039)

在有色金屬加工領(lǐng)域,特別是寬幅鋁板帶的軋制過程中,尤其是鋁帶材厚度小于0.2mm時,就會在帶材邊部5mm左右范圍內(nèi),出現(xiàn)帶材邊部張緊的板形問題[1],導(dǎo)致斷帶頻發(fā),容易造成廢料,降低生產(chǎn)效率。出現(xiàn)緊邊現(xiàn)象的根本原因是工作輥軸向溫差梯度大,中間溫度高,邊部溫降過快。為改善板形,有些鋁加工企業(yè)采用彎輥、傾斜、竄輥、分段冷卻等技術(shù)手段,但效果均不理想。

目前,改善邊緊現(xiàn)象的可靠方法就是對工作輥進(jìn)行加熱。常用的工作輥加熱方法有兩種,一種是輥面噴熱油技術(shù),其利用熱油對工作輥進(jìn)行加熱,使工作輥溫度均勻,這種加熱方法耗電量大,加熱時間長。另一種是利用工作輥加熱爐裝置,對工作輥輥面整體加熱,工作輥加熱后開始軋制生產(chǎn),等工作輥溫度低于工作溫度后,需要重新利用加熱爐對工作輥進(jìn)行加熱;這種反復(fù)操作的加熱方式降低了軋機(jī)工作效率,增加了工作量且操作繁瑣。這兩種加熱方法很難控制工作輥溫度加熱精度,成本偏高。為了提高工作輥加熱溫度的控制精度,提升軋制效率,響應(yīng)國家綠色節(jié)能環(huán)保的號召,工作輥邊部電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 感應(yīng)加熱系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

如圖1所示,系統(tǒng)工作原理就是在工作輥的出口側(cè)增加一套電磁感應(yīng)加熱裝置。將低壓交流三相電源轉(zhuǎn)換為直流電源,然后通過PWM調(diào)節(jié)技術(shù)把直流電源再次轉(zhuǎn)換為高頻電源,利用渦流效應(yīng),在金屬物體中生成與磁場強(qiáng)度成正比的渦流,將電能轉(zhuǎn)換為熱能,利用磁場渦流產(chǎn)生熱量對工作輥邊部進(jìn)行加熱,使工作輥軸向上的工作溫度均勻,縮小帶材寬度方向上的梯度溫差,達(dá)到改善板形的目的。

圖1 工作原理圖

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工作輥邊部電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)由感應(yīng)加熱裝置、位置移動裝置、加熱電源及控制柜、加熱控制系統(tǒng)等組成,如圖2所示。

1-感應(yīng)加熱裝置;2-位置移動裝置;3-控制柜

(1)感應(yīng)加熱裝置。感應(yīng)加熱裝置主要由加熱器、防護(hù)罩、安裝架等組成。感應(yīng)加熱裝置分別布置在軋機(jī)下工作輥出口的兩側(cè),對稱安裝在位置移動裝置上。

(2)位置移動裝置。位置移動裝置主要由液壓缸、位移傳感器、直線導(dǎo)軌、接近開關(guān)及安裝支架等結(jié)構(gòu)組成。位置移動裝置用于調(diào)整感應(yīng)加熱裝置的位置,即感應(yīng)加熱裝置沿帶材寬度方向以及沿機(jī)列運(yùn)行方向的調(diào)整。通過兩個液壓缸對感應(yīng)加熱裝置沿帶材寬度方向上進(jìn)行調(diào)整,感應(yīng)加熱裝置的準(zhǔn)確停位依靠位移傳感器控制,確保停靠在工作輥需要加熱的部位。同樣采用兩個液壓缸來調(diào)整感應(yīng)加熱裝置與工作輥輥面的距離,隨著工作輥輥徑大小的變化,依靠位移傳感器準(zhǔn)確停位,確保工作輥輥面和加熱器之間的間隙始終定位在3mm到5mm,同時保證正常換輥時可完全退出。

(3)加熱電源及控制柜。位于控制柜中的加熱電源通過專用電纜與加熱器相連接,實現(xiàn)對加熱器的控制。加熱電源是熱量的來源,通過調(diào)整電流和功率的大小,來調(diào)節(jié)加熱速度快慢,使工作輥邊部受熱均勻。加熱電源的冷卻方式采用液體冷卻,通常以水或軋制油作為冷卻液。

(4)加熱控制系統(tǒng)。加熱控制系統(tǒng)由通訊模塊和可編程邏輯控制器(PLC)組成。加熱控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對加熱器的啟動與停止、加熱功率、加熱位置、操作聯(lián)鎖的控制。PLC可通過工作輥輥徑和帶材寬度計算,實現(xiàn)加熱器位置一鍵設(shè)定的自動控制。PLC根據(jù)不同來料寬度,調(diào)整感應(yīng)加熱裝置沿工作輥軸向位移;PLC根據(jù)進(jìn)入與退出的信號,調(diào)整感應(yīng)加熱裝置沿機(jī)列運(yùn)行方向上的位移。機(jī)組安全聯(lián)鎖控制,出現(xiàn)斷帶或者火災(zāi)時,PLC切斷感應(yīng)器加熱電源的輸出,感應(yīng)加熱器自動退回到初始位置,防止損壞加熱頭。

加熱控制器對內(nèi)通過485通訊與加熱電源模塊連接,通過編程實現(xiàn)對電源模塊的控制,電源模塊與加熱頭通過高頻專用電纜連接,電源模塊輸出高頻電流,加熱頭通過電磁感應(yīng)對軋輥進(jìn)行加熱。加熱控制器對外通過ModBus/TCP與PLC控制柜通訊連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與控制。

(5)加熱安全保護(hù)與防護(hù)。感應(yīng)加熱裝置具有快速退回功能,在軋機(jī)斷帶時起到保護(hù)加熱器的作用。根據(jù)安全性能的要求,通過與機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖條件保證工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)下系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)。加熱器位置調(diào)整裝置在退回非工作位置時不影響換輥操作,與軋機(jī)換輥操作進(jìn)行條件聯(lián)鎖控制,確保設(shè)備安全。加熱器采用耐高溫、耐煤油、耐磨損、阻燃樹脂進(jìn)行封裝,不與外界接觸。加熱器的電源采用專用閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻,防止電源模塊過熱,保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定可靠工作,冷卻管路上配備具有報警功能的信號開關(guān),保證冷卻系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。電源本身自帶過熱保護(hù),HMI畫面可顯示加熱電源的工作狀態(tài),超溫時報警。加熱電源柜配置冷卻風(fēng)扇,自帶溫度報警狀態(tài),可輸出至HMI進(jìn)行顯示。加熱器的冷卻供油回路上配備有電磁閥,用于斷帶連鎖,斷帶時關(guān)閉冷卻液供給。

2 實際應(yīng)用及意義

以工作輥邊部感應(yīng)加熱系統(tǒng)在某鋁廠1400mm精軋機(jī)中的應(yīng)用為例。改善了帶材邊部不良板形,不易斷帶,軋制速度從投入前的最高600m/min,提升到1000m/min,正常穩(wěn)定在800m/min,提高了生產(chǎn)效率。有效消除帶材邊緊問題,提高板形質(zhì)量,減小后續(xù)分切工序的難度,提升了帶材的成品率。10t卷材的切邊損失,由原來的200kg～300kg(約2%～3%的損失),減小到40kg～50kg(約0.4%～0.5%的損失),提高成品率約2%。

某大型鋁加工廠實際應(yīng)用中的精整切邊后離線板形對比,卷材經(jīng)電磁感應(yīng)加熱軋制的離線板形值主要集中在8.9I～28.1I;而卷材經(jīng)熱油噴射系統(tǒng)加熱軋制的離線板形值主要集中在17.9I～34.9I。相對熱油噴射系統(tǒng)加熱方式,電磁感應(yīng)加熱需要的功率低,節(jié)能降耗,占用空間小,效果顯著。

工作輥邊部電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)在寬幅鋁板帶箔軋機(jī)上的應(yīng)用,可以改變軋輥邊部區(qū)域的局部熱凸度,延緩工作輥邊部磨損。有效消除了帶材寬度方向上的溫差,解決了帶材緊邊的板形問題,帶材邊部質(zhì)量得到改善,無斷帶和邊部裂紋現(xiàn)象,冷軋后的帶材切邊量減少,大幅提高成品的合格率,為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

工作輥電磁感應(yīng)邊部加熱系統(tǒng)已在國內(nèi)多個大型鋁加工企業(yè)的寬幅鋁板帶冷軋機(jī)上使用。實踐證明,采用電磁感應(yīng)加熱方式對工作輥邊部加熱的效率高、能耗低,實現(xiàn)綠色節(jié)能生產(chǎn),提高軋制速度,改善帶材邊部板形的同時極大降低了生產(chǎn)成本,值得鋁加工企業(yè)的推廣和應(yīng)用。