辊面温度精确测量装置以及测量方法与流程

本发明属于炼钢中的温轧工艺，尤其涉及一种辊面温度精确测量装置以及基于该装置的测量方法。

背景技术：

某些金属板材，例如镁合金和锌合金，在冷轧过程中存在变形抗力大和塑性差的问题。目前针对这种特性的金属板材，在轧制时均采用温轧的工艺方法。传统的温轧工艺多采用轧辊预热的方法，随着轧制的进行，轧辊温度降低，为了避免因金属板材与轧辊之间的温差导致板材出现表面和边部裂纹，提高板材的成材率，需要对轧辊进行重新加热，不利于连续的轧制生产。随着轧钢装备制造水平的提高，一些轧辊在线加热的技术和方法不断涌现，使用此类技术时往往需要对轧辊的温度进行实时测量，根据轧辊的实时温度来判断是否需要继续对轧辊进行加热，从而将轧辊温度控制在目标温度范围。因此，如何精确地在线测量轧辊的实时温度成为控制轧辊温度的关键。

专利号为CN201310123172.3、CN201110066204.1和CN201110349952.0的公开文本中分别分别提出了三种不同的感应加热装置，利用电磁场对轧辊进行在线感应加热，但是这三个专利都仅仅是阐明了轧辊的加热目标值，至于如何检测轧辊温度是否已经达到目标值未提出明确的方案。

专利号为CN200510086721.X的公开文本中提出了一种在轧辊芯部安装加热棒的方法来对轧辊进行在线加热，同时在轧辊芯部布置了一根热电偶，通过测量轧辊芯部的温度，再根据轧辊芯部的温度来推测轧辊表面的温度。由于轧辊表面与芯部温度的关系并不明确，此方法并不能直观准确的反应轧辊的表面温度。

专利号为CN200810088216.2的公开文本中提出了一种中频感应加热式热双辊可逆轧机及轧制方法，在加热过程中，采用红外测温仪对轧辊的表面温度进行实时在线地测量。受红外测温仪自身特点的限制，使用红外测温仪时必须要垂直对准被测物体表面，对于红外测温仪的安装精度提出了较高的要求；另外，对于光亮或者抛光的金属表面，红外测温仪的测量误差较大，而轧辊一般具有光亮的表面；更需要指出的是，红外测温仪是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，在感应加热过程中，中高频的电磁场往往会对信号传输造成干扰。这些多方面的因素导致了红外测温仪在实际的使用过程中存在较大的误差。

专利号为CN201310074864.3的公开文本中提出了一种轧辊在线感应加热装置，通过在轧辊附近安装一个温度传感器，使温度传感器的感温触点与轧辊接触，温度传感器将轧辊温度传给控制系统，控制系统控制加热线圈电流的闭合和断开。在轧制的过程中，轧辊处于不停的转动状态，温度传感器与轧辊之间会不可避免的出现接触不牢甚至脱落的现象，这对轧辊表面温度的控制是十分不利的。

以上专利文件中，无论是在轧辊芯部安装热电偶、使用红外测温仪进行非接触式测温，还是使用温度传感器进行接触式测温都无法对轧辊的表面温度进行实时的准确的测量，无法使用该测量温度来对轧 辊的表面温度进行闭环控制。因此，有必要开发一种方法和装置，能对轧辊的表面温度进行精确的测量，从而确保轧辊表面温度始终处于最佳的工作温度范围，使得温轧生产能够连续高效的进行。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种炼钢温轧工艺中辊面温度精确测量装置以及方法，能够对轧辊的表面温度进行精确的测量。

本发明提供一种辊面温度精确测量装置，包括：

测温仪，安装于轧辊的轴承座上，所述测温仪与所述轧辊的辊面相接触，用于测量所述轧辊的温度；

感应加热器，安装于所述轴承座上，用于根据所述测温仪所测得的温度，对所述轧辊进行加热调整；

可编程控制器，所述可编程控制器与所述测温仪以及所述感应加热器相连接，用于控制所述测温仪与所述轧辊的辊面之间的相对位置，以及控制所述感应加热器的功率。

具体的，所述测温仪包括：

温度传感器，所述温度传感器与所述辊面相接触，且所述温度传感器与所述可编程控制器相连接，用于检测所述辊面即时温度，并将温度信号发送给所述可编程控制器；

控制杆，所述控制杆通过连接机构与所述温度传感器相连接，用于带动所述温度传感器的移动，所述控制杆同时与所述可编程控制器 相连接，用于接受并根据所述可编程控制器传来的位移控制信号，带动所述温度传感器移动；以及，

应力应变片，所述应力应变片与所述连接机构相接触，并与所述可编程控制器相连接，用于检测所述测温仪与所述辊面之间的即时接触力，并将所述即时接触力信号发送给所述可编程控制器。

优选的，所述测温仪还包括壳体，用于收纳所述温度传感器、所述弹簧、所述控制杆以及所述应力应变片。

优选的，所述连接机构为弹簧，所述弹簧的一端与所述温度传感器相连接，另一端与所述控制杆相连接，所述应力应变片设置在所述弹簧与所述控制杆之间。

优选的，所述控制杆具备步进电机，所述步进电机与所述可编程控制器相连接，用于接受所述可编程控制器的控制。

优选的，所述测温仪集成在所述感应加热器内部，用于保证所述测温仪与所述轧辊相对位置恒定。

本发明还涉及一种辊面温度精确测量方法，基于上述的辊面温度精确测量装置，具备以下步骤：

步骤一，标定，轧制开始前，将标准热电偶固定在所述辊面上，并测量温度，手动调节所述测温仪与辊面之间的接触，当所述测温仪所测得的温度与所述标准热电偶读数一致时，所述可编程控制器记录所述应力应变片所测得的接触力，并记为标准接触力；

步骤二，动态接触力调节，轧制开始后，所述可编程控制器将所述应力应变片所测量的即时接触力与所述标准接触力进行比较，并根据比较结果控制所述控制杆带动所述温度传感器移动；

步骤三，动态温度调节，轧制开始后，所述可编程控制器将根据温度传感器所检测的所述辊面的即时温度，调节所述感应加热器的功率。

具体的，步骤二具体包括以下步骤：

步骤2.1，所述可编程控制器获取所述应力应变片所检测的即时接触力；

步骤2.2，所述可编程控制器将所述即时接触力与所述标准接触力相比较，若所述即时接触力大于所述标准接触力，则执行步骤2.3，若所述即时接触力小于所述标准接触力，则执行步骤2.4，若所述即时接触力等于所述标准接触力，则回到步骤2.1；

步骤2.3，所述可编程控制器控制所述控制杆向远离所述辊面方向移动，从而带动所述温度传感器向远离所述辊面方向移动；

步骤2.4，所述可编程控制器控制所述控制杆向靠近所述辊面方向移动，从而带动所述温度传感器向靠近所述辊面方向移动。

优选的，所述控制杆具备步进电机，所述可编程控制器控制所述步进电机从而控制所述控制杆带动所述温度传感器移动。

本发明的一种炼钢温轧工艺中辊面温度精确测量装置以及方法，采用自动控制技术，保证紧凑式测温仪与轧辊之间始终处于最佳的接触状态，确保测温仪测得的温度值能准确的反应轧辊表面的温度大小。 使用测温仪测得的辊面实时温度作为参考值对感应加热器进行闭环控制，能保证轧辊的表面温度始终维持在目标温度范围内。可稳定温轧工艺，提高金属板材的成材率。测温仪结构紧凑，体积小巧，可直接集成在感应加热器内部，不会对轧机造成干涉，增加了轧机操作的灵活性。本发明提出的测温技术应用范围较广，适用于任何测温仪与被测物体之间具有相对运动的场合.。

附图说明

图1为本发明的辊面温度精确测量装置的立体图；

图2为本发明的辊面温度精确测量装置的结构框图；

图3为图1中测温仪的实施方式的结构示意图；

图4为图1的测温仪的优选实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1～图2所示，本发明的辊面温度精确测量装置安装在轧辊2的轴承座1上，包括与轧辊2的辊面接触，用于检测轧辊2的辊面温度的测温仪4，以及用于根据检测温度对轧辊2进行加热的感应加热器3。本实施方式中，测温仪4集成在感应加热器3内部，从而确保了测温仪4与轧辊2的相对位置固定。另外还具备可编程控制器10，如图2所示，可编程控制器10同时与测温仪4和感应加测器3相连接，用于对测温仪4的温度检测进行精确控制，同时控制感应加热器3的轧机温度控制系统，从而调节感应加热器3的加热功率。

结合图2～图3对测温仪4的结构进行进一步说明。

测温仪4包括温度传感器6，温度传感器6直接与轧辊2的辊面接触，检测辊面即时温度，温度传感器6与可编程控制器10相连接，将检测的即时温度发送至可编程控制器10。

控制杆9与作为连接机构的弹簧7用于对温度传感器6进行为位移动作，通过控制杆9的前进后退带动温度传感器6的移动，从而影响温度传感器6与轧辊2的辊面的接触力。

在弹簧7与控制杆9之间设置有应力应变片8，应力应变8与可编程控制器10，测得弹簧7的应力应变量，该应力应变量表征温度传感器6与辊面之间的即时接触力F，并将该即时接触力F发送至可编程控制器10。

同样，控制杆9内具备步进电机，与可编程控制器10相连接，可编程控制器10根据该即时接触力F，对控制杆9的步进电机进行控制，从而带动温度传感器6的移动。

另外，如图4所示，测试仪4还具备壳体5，用于收纳温度感应器6、弹簧7、控制杆9，方便测试仪4的安装。

另外，本发明还涉及一种辊面温度精确测量方法，基于以上装置，以下对该方法进行详细说明。

步骤一，标定，轧制开始前，将标准热电偶固定在轧辊2的辊面上，并测量温度，手动调节测温仪4与辊面之间的接触，当测温仪4所测得温度与标准热电偶读数一致时，可编程控制器10记录应力应变片8所测得的接触力，并记为标准接触力F0；

步骤二，接触力动态调节，轧制开始后，可编程控制器10将应力应变片8所测量的即时接触力F与标准接触力F0进行比较，并根据比较结果控制控制杆带动温度传感器移动；

具体包括以下步骤：

步骤2.1，可编程控制器10获取应力应变片8所检测的即时接触力F1；

步骤2.2，可编程控制器10将即时接触力F1与标准接触力F0相比较，若即时接触力大于标准接触力，F1>F0，则执行步骤2.3，若即时接触力小于标准接触力，F1<F0，则执行步骤2.4，若即时接触力等于标准接触力，F1＝F0，则回到步骤2.1；

步骤2.3，可编程控制器10控制控制杆9向远离辊面方向移动，从而带动温度传感器6向远离辊面方向移动；

步骤2.4，可编程控制器10控制控制杆9向靠近辊面方向移动，从而带动温度传感器6向靠近辊面方向移动

步骤三，动态温度调节，轧制开始后，可编程控制器10将根据温度传感器6所检测的辊面的即时温度，调节感应加热器3的功率。

可编程控制器10控制控制感应加热器3的温度控制系统，根据测温仪4测得的即时温度对感应加热器3的加热功率进行闭环调节，当即时温度高于目标温度时，适当降低电源功率，而当即时温度小于目标温度时则适当提高电源功率，从而保证、轧制生产时辊面温度能始终维持在目标温度范围内。进而保证温轧生产工艺的稳定和产品成材率的提高。

采用本发明提出的轧辊感应加热辊面温度测量方法和装置，可实现对轧辊辊面温度的精确测量，解决了对作圆周运动的轧辊表面进行温度测量的难题。使用该方法和装置测得的辊面实时温度作为参考值对感应加热器进行闭环控制，能确保轧辊的表面温度始终维持在轧制所需的目标温度范围内。紧凑式测温仪4结构紧凑，体积小巧，可直接集成在感应加热器3内部，有利于实现金属板带温轧工艺的顺行，以及金属板带的轧制质量和成材率的提高。另外，该方法和装置能应用于任何测温仪与被测物体之间具有相对运动的场合，具有广阔的应用前景

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。