电磁加热解决冷轧铝板带边紧肋松板形缺陷

刘延斌，闫学良

(南山集团 轻合金冷轧厂，山东 龙口 265706)

1 电磁加热及边部板形问题概述

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。

2 电磁加热的构成

2.1 加热头定位装置

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)。

图1 加热头定位装置示意图Fig.1 Schematic diagram of heating head positioning device

2.2 加热头横向液压控制

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。

图2 液压控制原理图Fig.2 Hydraulic control principle diagram

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。

2.3 加热头纵向气动控制

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。

图3 气动控制原理Fig.3 Pneumatic control principle

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。

2.4 加热头的功率控制硬件介绍

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。

2.5 操作箱及操作台布置

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。

2.6 加热系统自动控制

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。

3 电磁加热实验数据及效果验证

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。

图4 热油轧制在线板形Fig.4 On-line shape of hot oil rolling

图5 电磁加热在线板形Fig.5 On-line shape of electromagnetic heating

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。

4 结束语

(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。