一种高硅钢的卷取式温轧装置及其方法与流程

本发明属于金属带材轧制技术领域，特别涉及一种高硅钢的卷取式温轧装置及其方法。

背景技术：
高硅钢在能量转换和信息处理领域具有举足轻重的地位，已成为电力工业、电讯工业和电子工业中不可缺少的软磁材料，也是用途最广、用量最大的软磁材料。但是由于含硅量高，出现结构有序化，难于机械加工，大大影响了高硅钢在工业领域的应用。尤其是含Si约6.5％的高硅电工钢具有严重脆性，其室温塑性几乎为零，难以加工成使用所需的薄板。目前已有多种高硅钢制备方法,但只有日本JFE公司的CVD法(化学气相沉积渗硅法)实现了高硅电工钢薄带的工业化规模生产。该方法在渗硅过程中需要长时间维持在高温状态下，耗能极高，而且渗硅介质为有毒且腐蚀性强的四氯化硅，易造成环境污染。

技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种高硅钢的卷取式温轧装置及方法。该方法是利用铸轧带钢的余热和通过各种加热装置补温，使带钢在特定的温度范围内进行温轧，随着轧制道次的增加，带钢厚度越来越薄，组织从铸轧态向热轧态和冷轧态逐步转变，轧制温度可以逐步降低。本发明目的是提供一种用于高硅带钢材在微张力条件下，进行多道次温轧加工的卷取式温轧方法。本发明的高硅钢的卷取式温轧装置，包括左炉底辊道、左炉卷导板、左炉卷箱、左卷取机、左夹送辊、左带钢感应加热装置、温轧机、右带钢感应加热装置、右夹送辊、右卷取机、右炉卷箱、右炉卷导板、右炉底辊道、热油加热装置、防氧化保护装置和PLC控制系统，其中，左炉底辊道、左夹送辊、左带钢感应加热装置、温轧机、右带钢感应加热装置、右夹送辊和右炉底辊道，从左到右依次相连接；左卷取机设置在左炉底辊道之上，左卷取机外设置左炉卷箱，左炉卷箱的左侧设置有第一热金属检测器，右卷取机设置在右炉底辊道之上，右卷取机外设置右炉卷箱，所述左卷取机上设有左卷筒导料槽，右卷取机上设有右卷筒导料槽；左带钢感应加热装置的入口处设置有第一测温仪，右带钢感应加热装置的入口处设置有第四测温仪；所述左夹送辊包括左上辊、左上辊液压缸、左伺服阀、左上辊轴承座、左上辊直流电机、左下辊、左下辊液压缸和左下辊直流电机；其中，在左夹送辊的右侧设置有第二热金属检测器，左上辊通过第一旋转接头与热油加热装置相连接，左上辊通过左伺服阀与左上辊液压缸相连接，左上辊与左上辊轴承座连接，左上辊轴承座设置有左环形测力压头，左上辊与左上辊直流电机相连接，左上辊直流电机设置有左上辊增量编码器，左伺服阀、左环形测力压头、左上辊增量编码器和热油加热装置，分别与PLC控制系统相连接；左下辊通过第二旋转接头与热油加热装置相连接，左下辊液压缸的供油液压管上，从靠近左下辊液压缸侧依次设置有左液压比例阀和左电磁换向阀，左电磁换向阀与左下辊相连接，左下辊与左下辊直流电机相连接，左下辊直流电机设置有左下辊增量编码器，左电磁换向阀、左液压比例阀和左下辊增量编码器分别与PLC控制系统相连接；所述右夹送辊包括右上辊、右上辊液压缸、右伺服阀、右上辊轴承座、右上辊直流电机、右下辊、右下辊液压缸和右下辊直流电机；其中，在右夹送辊的左侧设置有第五热金属检测器；右上辊通过第三旋转接头与热油加热装置相连接，右上辊通过右伺服阀与右上辊液压缸相连接，右上辊与右上辊轴承座连接，右上辊轴承座设置有右环形测力压头，右上辊与右上辊直流电机相连接，右上辊直流电机设置有右上辊增量编码器，右伺服阀、右环形测力压头和右上辊增量编码器，分别与PLC控制系统相连接；右下辊通过第四旋转接头与热油加热装置相连接，右下辊液压缸的供油液压管上，从靠近右下辊液压缸侧依次设置右液压比例阀和右电磁换向阀，右电磁换向阀与右下辊相连接，右下辊与右下辊直流电机相连接，右下辊直流电机设置有右下辊增量编码器，右电磁换向阀、右液压比例阀和右下辊增量编码器分别与PLC控制系统相连接；所述左炉卷导板设置在左炉底辊道的下方；左炉卷导板与PLC控制系统相连；所述右炉卷导板设置在右炉底辊道的下方；右炉卷导板与PLC控制系统相连；所述温轧机采用四辊轧机，包括上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，其中，温轧机的上工作辊和温轧机的上支撑辊为温轧机的上辊系，统称为温轧机上辊，温轧机的上工作辊和下工作辊，统称为温轧机工作辊，轧机辊缝控制采用压下液压缸全液压控制，温轧机的上工作辊通过第五旋转接头与热油加热装置相连，温轧机的下工作辊通过第六旋转接头与热油加热装置相连；温轧机的左侧设置有第二测温仪和第三热金属检测器，温轧机的右侧设置有第三测温仪和第四热金属检测器；温轧机的前端设置第一导卫装置，温轧机的后端设置第二导卫装置；温轧机与PLC控制系统相连；所述左炉卷箱、右炉卷箱、左带钢感应加热装置和右带钢感应加热装置均设置有防氧化保护装置，防氧化保护装置与PLC控制系统相连；所述的第一导卫装置和第二导卫装置，分别与PLC控制系统相连；所述的第一至第四测温仪，分别与PLC控制系统相连；所述的第一至第五热金属检测器，分别与PLC控制系统相连。其中：左炉卷箱组成包括保温材料、耐火材料和左电加热器；通过左电加热器可以将左炉卷箱内温度控制在一定范围，保证了带钢在左卷取机中的温度；左卷取机和右卷取机用于轧制过程中带钢的存储和张力控制；左卷取机卷筒上的左卷筒导料槽，通过穿带时左卷取机卷筒的自动定位，使带钢头部进入左卷筒导料槽内；右卷取机卷筒上的右卷筒导料槽，通过穿带时右卷取机卷筒的自动定位，使带钢头部进入右卷筒导料槽内；左夹送辊的左上辊升降由左上辊液压缸控制，左上辊设置有左伺服阀，进行位置闭环控制，用于穿带时左夹送辊的辊缝开闭和左夹送辊轧线高度调整；左上辊轴承座安装左环形测力压头，用于夹送压力检测和卷取张力检测；左上辊均采用左上辊直流电机驱动，电机后安装左增量编码器，由直流调速器控制速度和转矩；左上辊均采用左上辊直流电机驱动，电机后安装右增量编码器，由直流调速器控制速度和转矩；左电磁换向阀与左液压比例阀组合控制左下辊液压缸，左下辊液压缸进行左下辊的升降动作和压力闭环控制；右夹送辊的右上辊升降由右上辊液压缸控制，右上辊设置有右伺服阀，进行位置闭环控制，用于穿带时右夹送辊的辊缝开闭和右夹送辊轧线高度调整；右上辊轴承座安装右环形测力压头，用于夹送压力检测和卷取张力检测；右上辊均采用右上辊直流电机驱动，电机后安装右增量编码器，由直流调速器控制速度和转矩；右上辊均采用右上辊直流电机驱动，电机后安装右增量编码器，由直流调速器控制速度和转矩；右电磁换向阀与右液压比例阀组合控制右下辊液压缸，右下辊液压缸进行右下辊的升降动作和压力闭环控制；所述温轧机采用四辊轧机，轧机辊缝控制采用压下液压缸全液压控制的方法为，在所述上支撑辊的操作侧及驱动侧，分别安装一个压下液压缸，压下液压缸通过温轧机伺服阀控制实现温轧机的辊缝闭环控制和压力闭环控制；所述的压下液压缸为上挂式压下液压缸；采用热油对温轧机工作辊进行加热，目的是为减小温轧机工作辊对带钢的接触热损失，防止带钢降温过大；所述热油加热装置高加热温度为300℃，左夹送辊和右夹送辊的辊面最高温度为270℃，温轧机工作辊辊面最高温度为250℃；为防止温轧机工作辊轴向温度不均造成辊凸度的波动，导致轧制过程中出现板型问题，通过在旋转接头出油杆上设置多个出油口，控制轴向温度分布曲线；所述防氧化保护装置，具有高温氮气正压密封防氧化功能，随着带钢轧制减薄而终轧温度不断降低，通过控制系统设定，带钢温度在350℃以下时，不启动防氧化保护装置。所述的第一至第六旋转接头，每个旋转接头的出油杆上设置2～4个出油口。本发明的高硅钢的卷取式温轧的方法，流程简述为：首先，经平整和切头/尾之后的铸轧带钢进入卷取机穿带，在穿带时，上辊速度大于下辊速度，使带钢头部微翘，便于卷取；其次，建张力：通过调整夹送辊的速度和转矩限幅值，参与微张力控制；再次，温轧：通过炉卷箱加热装置及带钢感应加热装置对带钢进行补温，在特定的温度范围内进行多道次带张力温轧，直到达到目标厚度；温轧过程中，采用特殊设计的夹送辊，根据左、右夹送辊的速度，计算温轧机入口和出口带钢的长度，在此基础上进行秒流量厚度计算和厚度控制；根据夹送辊辊缝和夹送压力的变化，综合带钢长度跟踪和卷径计算值，判断停车位置和实现薄带微张力控制；最后，成品运送。具体包括以下步骤：步骤1，穿带：(1)高硅钢铸轧带钢到达左夹送辊前，左夹送辊、温轧机和右夹送辊的辊缝打开，均以铸轧出带速度向右转动；左卷取机卷筒、右卷取机卷筒定位完成并保持静止，左炉卷导板落下，右炉卷导板抬起；左上辊抬起至最高位置，左下辊上抬至最高位置，高于轧线标高2～5mm；温轧机上辊抬起，保持10～20mm辊缝；右夹送辊的右上辊抬起至最高位置，右夹送辊的右下辊上抬至最高位置，高于轧线标高2～5mm；(2)当带钢头部进入左夹送辊后，左夹送辊的左上辊压下至轧线标高位置，左夹送辊的左下辊根据夹送压力设定值进行压力闭环控制，其中，夹送压力使带钢的变形率≤3％，左夹送辊辊缝闭合，进行夹送控制；左夹送辊的左上辊、左夹送辊的左下辊均以铸轧的出带速度向右转动，向温轧机输送带钢；(3)当带钢头部进入温轧机后，左夹送辊的左上辊位置保持在轧线标高位置，左夹送辊的左下辊落下至最低位置，左夹送辊辊缝打开，温轧机上辊压下，根据压力设定值进行压力闭环控制，温轧机辊缝闭合并进行夹送控制；左夹送辊的左上辊和温轧机工作辊均以铸轧出带速度向右转动，向右夹送辊输送带钢；(4)当带钢头部进入右夹送辊后，温轧机上辊抬起，保持10～20mm辊缝；右夹送辊的右上辊压下至轧线标高位置，右夹送辊的右下辊根据夹送压力设定值进行压力闭环控制，右夹送辊辊缝闭合，进行夹送控制；左夹送辊的左上辊、温轧机工作辊和右夹送辊的右下辊均以铸轧的出带速度向右转动；右夹送辊的右下辊：右夹送辊的右上辊速度比为1.05～1.1，使带钢头部微翘；(5)计算右卷取机的右卷径DCR(n)和进入右卷取机的带钢长度LCR(n)：右炉卷导板抬起，带钢头部经右炉卷导板引导，在右夹送辊的作用下推动右卷取机开始转动，据此判断带钢头部进入右卷取机的右卷筒导料槽，右卷取机转矩限幅设定为额定转矩的2～5％，右卷取机开始卷取，当带钢头部进入右卷取机后，调整右夹送辊的右下辊：右夹送辊的右上辊速度比为1，调整右卷取机转矩限幅设定为额定转矩的10～20％，带钢在右卷取机卷筒上缠绕3～5圈后，右炉卷导板落下，根据高硅钢温轧工艺进行设定，通过调整右卷取机转矩限幅，使张应力为2～20MPa，进入张力闭环模式，同时开始计算右卷取机的右卷径计算DCR(n)，并根据右夹送辊速度计算进入右卷取机的带钢长度LCR(n)，具体计算公式如下：DCR(n)＝DCR(n-1)+δ(1)α＝2×h×NCR(n)×TS(3)LCR(n)＝LCR(n-1)+π×NGR(n)×DGR×TS(5)其中，LCR(n)的初始值为0；DCR(n)为第n时刻的右卷取机卷径；DCR(n-1)为第n-1时刻的右卷取机卷径；DGR为右夹送辊直径；NGR(n)为第n时刻的右夹送辊转速；NCR(n)为第n时刻的右卷取机转速；h为温轧机出口带钢厚度；TS为计算周期；LCR(n)为第n时刻进入右卷取机的带钢长度；LCR(n-1)为第n-1时刻进入右卷取机的带钢长度；(6)当带钢尾部到达左夹送辊时，左夹送辊、温轧机、右夹送辊和右卷取机停止转动，左炉卷导板抬起，左夹送辊辊缝闭合，温轧机辊缝打开，右夹送辊辊缝打开；左夹送辊、温轧机、右夹送辊、右卷取机均同步向左转动，左夹送辊和右卷取机之间进行微张力控制；左夹送辊的左上辊速度：左夹送辊的左下辊速度比为1.05～1.1，使带钢尾部微翘；在左夹送辊的作用下推动左卷取机开始转动，据此判断带钢头部进入左卷取机的左卷筒导料槽，左卷取机转...