一种感应线圈加热平面自适应智能调节方法及装置与流程

本发明涉及感应加热技术，尤其是指一种感应线圈加热平面自适应智能调节方法及装置。

背景技术：

镁合金材料由于具有质轻、比强度高、减震性好、机械加工性能好、抗电磁干扰性能好以及易回收等优点，被称为“21世纪的绿色工程结构材料”，在航天和汽车材料行业具有广阔的应用前景，美国、德国、澳大利亚、日本等国已启动多项镁合金材料的研究，并加大镁合金研究项目的资助力度。中国镁资源储量丰富，鉴于镁合金材料广阔的应用前景，已出台了一系列发展计划，资助了多项镁合金板带铸轧项目。

目前，镁合金板带连续高强度轧制有较大难度，镁合金板带在常温下极易出现横道纹而导致板带断裂，对于镁合金板卷，室温条件下开卷和卷曲过程极易出现微裂纹而导致板卷断裂，并且板卷轧制中也会出现横道纹，产生诸多缺陷甚至板卷断裂等现象。镁合金室温成型性较差，只在温热状态下具有良好的塑性成形性能，在一定温度下轧制镁合金板带或板卷，可获得良好的拉伸性能，因此，镁合金板带轧制过程的温度控制对其质量具有至关重要的影响。

目前，对镁合金板带或板卷加热的方法主要是介质炉或电阻炉加热。us20110100083中采用多个加热炉，对轧辊和镁合金板带进行加热，保证轧制过程满足温轧工艺温度，该技术涉及多个加热炉，占用了较多轧制生产线空间，可能对生产工艺产生一定的干涉，加热效率较低。cn200620022896.4中提出了采用加热保温装置，将轧辊和镁合金板带都置于加热保温箱内，保证轧制工艺的顺行，这种将轧辊和板带均置于炉内的方法，不利于轧制操作和现场观察，对轧机维护也带来了较大的难度，对板带温度分布缺乏调节措施和手段。

以上现有的专利文件中，对轧辊加热采用介质炉或电阻炉加热，其中介质炉采用燃气燃烧加热，对镁合金而言不宜采用；采用电阻炉加热效率较低，加热时间较长，难以对镁合金板带或板卷温度实现即时精确控制，不利于连续快速生产。此外，轧制生产线安装有诸多装置和检测设备、探测器等，在满足加热、均热功能的前提下，应尽可能简化加热设备结构。因此，有必要开发一种镁合金加热的方法和装置，能够满足镁合金快速加热和实时温度精确控制的要求，保证镁合金板带或板卷顺利温轧的工艺要求。

在现有技术中尚未见镁合金板带或板卷感应加热方法和装置的报道，而镁合金板卷或板带温轧过程中感应加热平面的精确控制对精确加热和轧制工艺的顺行至关重要，尤其是镁合金开卷和卷取过程中，板卷的加热位置与加热线圈的相对位置不断发生变化，若线圈位置固定不变，则板卷的加热工艺难以保持稳定，板卷加热温度难以长时间维持在目标温度区域。此外，加热过程中，镁合金板板宽两侧可能出现加热温度不均匀的现象，对于一套整体加热的线圈，无法通过调整功率来达到均匀加热的目的。因此，需开发一种新的感应加热方法和装置，可根据加热工艺要求实时调整加热平面，使加热线圈与加热板卷位置保持相对稳定，从而达到较好的加热效果。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，采用感应加热的方法对镁合金板带或板卷进行加热，提出了一种感应线圈加热平面自适应智能调节方法及装置，可实现镁合金板卷开卷前、轧制前和卷曲前的加热，有利于实现镁合金板卷顺利开卷、板带的顺利连续轧制和轧制后的顺利卷曲，满足镁合金连续温轧的工艺要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种感应线圈加热平面自适应智能调节装置，其由开卷机、开卷感应加热系统、轧前感应加热系统、轧机、卷取机、卷取感应加热系统组成；

所述开卷机、轧机及卷取机组成板带的轧制设备；

所述开卷感应加热系统安装在开卷机上并与板带有一间距；所述轧前感应加热系统安装在轧机前的框架上并与板带有一间距；所述卷取感应加热系统安装在卷取机上并与板带有一间距；

所述开卷感应加热系统、轧前感应加热系统和卷取感应加热系统的结构相同，统称为感应加热系统；

所述感应加热系统由感应加热线圈、第一线圈横向间距调节模块和第二线圈横向间距调节模块、线圈纵向间距调节模块、线圈与板带间距调节模块、间距调节模块集成板以及感应加热系统安装板组成；

所述感应加热线圈、第一线圈横向间距调节模块和第二线圈横向间距调节模块、线圈纵向间距调节模块、线圈与板带间距调节模块及间距调节模块集成板均与智能处理单元通讯连接；

所述感应加热线圈安装在线圈框架上；在线圈框架中间的宽度方向上安装有3个测温仪：在感应加热线圈的中央位置安装中心测温仪，在感应加热线圈的宽度方向的两个端部中间位置分别安装第一端部测温仪和第二端部测温仪；在线圈框架上安装5个测距仪：在感应加热线圈的中央位置安装中心测距仪，在感应加热线圈宽度方向的两个端部中间位置分别安装第一横向测距仪和第二横向测距仪，在感应加热线圈的前后向的两个端部中间位置分别安装第一纵向测距仪和第二纵向测距仪；

所述测温仪与测距仪均与所述智能处理单元通讯连接。

所述板带是镁合金板带。

所述第一线圈横向间距调节模块、第二线圈横向间距调节模块、线圈纵向间距调节模块和线圈与板带间距调节模块均是可伸缩调节的丝杆，通过伺服电机驱动，实现丝杆的伸长和缩短，进行间距长短调节。

所述第一线圈横向间距调节模块、第二线圈横向间距调节模块、线圈纵向间距调节模块的底端分别安装于感应加热线圈上，顶端分别安装于间距调节模块集成板上；所述线圈与板带间距调节模块的底端安装于所述间距调节模块集成板上，顶端安装于感应加热系统安装板上。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

一种感应线圈加热平面自适应智能调节方法，上述的感应线圈加热平面自适应智能调节装置，其包括以下步骤：

s1，在轧制设备上安装开卷感应加热系统，轧前感应加热系统及卷取感应加热系统，板带完成穿带准备后，将各感应加热系统的感应线圈平面与板带的间距调节至设定值，并设定开卷温度、轧制温度、卷取温度以及板带两侧允许的最大温差值；

s2，启动各感应加热系统，对板带进行加热；开卷机、轧机和卷取机对板带进行连续温轧；

s3，安装于线圈框架上的各测温仪对板带中心温度和两侧温度进行实时测量，中心测温仪测得的温度数据进行温度闭环控制，第一端部测温仪和第二端部测温仪对板带两侧温度进行检测，温度数据传送至智能处理模块，智能处理模块计算板带两侧温差，判别板带两侧温差是否在设定的允许的最大温差值内；

s4，如果判定板带两侧温差值超过设定的最大温差值，则通过第一线圈横向间距调节模块与第二线圈横向间距调节模块对两侧感应加热系统的线圈平面与板带的间距实时进行调节，增大高温侧的间距，同时缩小低温侧的间距，使板带两侧温差值在设定的最大温差值内；

s5，当判定板带两侧温差值在设定的最大温差值内时，由中心测距仪实时检测感应加热线圈平面与板带中间的间距，判别感应加热线圈与板带的间距是否超过设定值；

s6，如果判定感应加热线圈平面与板带中间的间距超过设定值时，则通过板带间距调节模块将该间距调整至设定值，从而维持感应加热线圈与板带中间的间距，使该间距保持恒定；

s7，当判定感应加热线圈平面与板带中间的间距在设定值内时，由两个纵向测距仪检测板带前后方向与感应加热线圈平面的间距是否一致，智能处理模块计算该前后向间距值；

s8，当板带前后方向与感应加热线圈平面的间距值不一致时，通过纵向间距调节模块将板带前后向与感应加热线圈平面的间距调成一致；

s9，在判定板带前后方向与感应加热线圈平面的间距一致时，由两个横向测距仪实时监测被加热的板带区域两侧与感应加热线圈平面的间距，判别板带两侧与感应加热线圈平面的间距是否在设定值内；

s10，在判定板带区域两侧与感应加热线圈平面的间距不一致时,需判别板带两侧温度是否一致；如果判定板带两侧温度一致或温差值没有超过板带两侧允许的最大温差值时，两侧间距不作调整，流程进入下列步骤s11；

s101，若此时判定板带两侧的温度存在温差值，且温差值超过板带两侧允许的最大温差值时，通过第一线圈横向间距调节模块和第二线圈横向间距调节模块对两侧间距进行同步调节，增大高温侧板带与感应加热线圈平面的间距，减小低温侧板带与感应加热线圈平面间距，使板带两侧温差值在设定的最大温差值内，然后流程进入下列步骤s11；

s11，在卷取过程中，由中心测距仪实时检测感应加热线圈平面与板带中间的间距，判别感应加热线圈与板带的间距是否超过设定值；

s12，如果判定感应加热线圈平面与板带中间的间距超过设定值时，则通过板带间距调节模块将该间距调整至设定值，从而维持感应加热线圈与板带中间的间距，使该间距保持恒定，直至实现卷取机的卷取作业结束。

所述板带的开卷温度和卷取温度范围为100～400℃，板带轧制温度范围为150～500℃。

板卷感应加热过程中，板带两侧允许的最大温差值为5～20℃。

感应加热线圈平面到板带的间距设定值在2～10mm范围内选择，板带两侧到感应加热线圈平面的间距最大差值在1～8mm内选择。

所述第一线圈横向间距调节模块和第二线圈横向间距调节模块在1～50mm范围内调节，并且在间距调节过程中，第一线圈横向间距调节模块和第二线圈横向间距调节模块调节的距离大小相等，方向相反。

本发明的有益效果：

(1)可满足镁合金板卷开卷前、轧制前和卷曲前的在线连续感应加热，具有较高加热效率，有利于提高生产效率。

(2)可根据工艺要求实现感应线圈在宽度方向与纵向的自适应调节以及感应线圈与板带间距的适应调节，提高感应线圈加热效率及保证加热温度的均匀性。

(3)本发明的调节装置结构简单，调节方法的操作过程也相对简单，易在连续作业的生产线上应用，并实现自动化控制。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明感应线圈加热平面自适应智能调节装置的结构示意图；

图2为图1中感应加热系统的结构示意图；

图3为图2中感应加热线圈的结构示意图；

图4为本发明的感应线圈加热平面自适应智能调节方法的流程示意图；

图5为图4流程图中流程继续的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见图1，本发明的感应线圈加热平面自适应智能调节装置由开卷机1、开卷感应加热系统21、轧前感应加热系统22、轧机4、卷取机5、卷取感应加热系统23组成。

所述开卷机1、轧机4及卷取机5组成板带(镁合金板带)3的轧制设备；

所述开卷感应加热系统21安装在开卷机1上并与板带3有一间距；所述轧前感应加热系统22安装在轧机4前的框架上并与板带3有一间距；所述卷取感应加热系统23安装在卷取机5上并与板带3有一间距；

所述开卷感应加热系统21、轧前感应加热系统22和卷取感应加热系统23的结构相同，统称为感应加热系统2(如图2所示)。

感应加热系统2的结构参见图2，感应加热系统2由感应加热线圈9、第一线圈横向间距调节模块61和第二线圈横向间距调节模块62、线圈纵向间距调节模块7、线圈与板带间距调节模块8、间距调节模块集成板10以及感应加热系统安装板11组成。

所述第一线圈横向间距调节模块61、第二线圈横向间距调节模块62、线圈纵向间距调节模块7和线圈与板带间距调节模块8均是可伸缩调节的丝杆，通过伺服电机(未图示)驱动，实现丝杆的伸长和缩短，从而达到所需间距长短调节的目的。

所述第一线圈横向间距调节模块61、第二线圈横向间距调节模块62、线圈纵向间距调节模块7的底端分别安装于感应加热线圈9上，顶端分别安装于间距调节模块集成板10上；所述线圈与板带间距调节模块8的底端安装于所述间距调节模块集成板10上，顶端安装于感应加热系统安装板11上，这样实现整个感应加热线圈9和三个维度间距调节模块的整合，实现整体装配。

所述感应加热线圈9、两个线圈横向间距调节模块61和62、线圈纵向间距调节模块7、线圈与板带间距调节模块8及间距调节模块集成板10均与智能处理单元(未图示，其是一种控制器)通讯连接。

感应加热线圈9的结构参见图3，感应加热线圈9安装在线圈框架12上；在线圈框架12中间的宽度方向上安装有数个测温仪(均采用红外测温仪)，本实施例中，安装3个测温仪：在感应加热线圈的中央位置安装中心测温仪131，在感应加热线圈的宽度方向的两个端部中间位置分别安装第一端部测温仪132和第二端部测温仪133；在线圈框架12上安装数个测距仪(均采用红外测距仪)，本实施例中，安装5个测距仪：在感应加热线圈的中央位置安装中心测距仪141，在感应加热线圈宽度方向的两个端部中间位置分别安装第一横向测距仪142和第二横向测距仪143，在感应加热线圈纵向(线圈的前后向)的两个端部中间位置分别安装第一纵向测距仪144和第二纵向测距仪145。

所述数个红外测温仪与数个测距仪均与所述智能处理单元通讯连接。

本发明中，各感应加热线圈9与板带3保持一定间距，无需接触即可实现对板带3的加热。

在加热过程中，各测温仪实时检测板带3的温度，当板带3温度低于目标温度时，智能处理单元自动增大感应加热线圈9的加热功率；当板带3温度高于目标温度时，降低感应加热线圈9的加热功率；当板带3温度稳定达到目标温度时，维持加热功率。通过以上控制方法实现板带温度和加热功率的闭环控制。

在加热过程中，各测距仪实时测量各部位的感应加热线圈9与板带3的间距，并通过智能处理单元计算出线圈各部位的调节值，发送至线圈与板带间距调节模块8实现感应加热线圈9与板带3的间距调整。其中，中心测距仪141用于检测线圈中心与板带3的间距，当间距偏离设定范围时，智能处理单元通过线圈与板带间距调节模块8将间距调至设定范围内；第一横向测距仪142和第二横向测距仪143，用于检测感应加热线圈两侧与板宽两侧的间距，当两侧间距差别超过设定值时，智能处理单元分别通过第一线圈横向间距调节模块61和第二线圈横向间距调节模块62将间距调至设定范围内；第一纵向测距仪144和第二纵向测距仪145，用于检测线圈前后位置与板带3的间距，当前后间距差别超过设定值时，智能处理单元通过线圈纵向间距调节模块7将线圈前后与板带的间距保持一致。这里需说明：纵向测距仪设2个，分别为第一纵向测距仪144和第二纵向测距仪145，而纵向间距调节模块7只设一个，这是因为三个点就可确定一个平面，当第一线圈横向间距调节模块61、第二线圈横向间距调节模块62已确定了线圈平面两个点的位置，则纵向间距调节模块7对纵向线圈平面的一侧进行间距调整时，另一侧线圈平面与板带的间距自动向相反方向调节，纵向间距调节模块7是确定线圈平面的第三点。

本发明通过安装于感应加热线圈两侧的测温仪第一端部测温仪132和第二端部测温仪133对板宽两侧温度进行实时测量，当板带两侧温差高于设定值时，则智能处理单元对线圈两侧的第一线圈横向间距调节模块61和第二线圈横向间距调节模块62，将高温侧的间距增大，同时同步减小低温侧线圈与板带的间距，直到板带两侧温差小于设定值。

本发明中，温度控制是优先级别，线圈两侧的间距调整为次要级别。若板带中心温度达到目标温度，且板带两侧温差小于设定值时，即使板带两侧的间距差值超过设定值，智能处理单元无需对线圈位置调节系统发出指令。

本发明的采用上述结构的感应线圈加热平面自适应智能调节装置进行调节的方法如图4-5所示，其包含如下步骤：

s1，在轧制设备上安装开卷感应加热系统，轧前感应加热系统及卷取感应加热系统，板带完成穿带准备后，将各感应加热系统的感应线圈平面与板带的间距调节至设定值，并设定开卷温度、轧制温度、卷取温度和板带两侧允许的最大温差值。

s2，启动各感应加热系统，对板带进行加热；开卷机、轧机和卷取机对板带进行连续温轧。

s3，安装于线圈框架上的各测温仪对板带中心温度和两侧温度进行实时测量，中心测温仪测得的温度数据进行温度闭环控制，第一端部测温仪和第二端部测温仪对板带两侧温度进行检测，温度数据传送至智能处理模块，智能处理模块计算板带两侧温差，判别板带两侧温差是否在设定的允许的最大温差值内。

s4，如果判定板带两侧温差值超过设定的最大温差值，则通过第一线圈横向间距调节模块与第二线圈横向间距调节模块对两侧感应加热系统的线圈平面与板带的间距实时进行调节，增大高温侧的间距，同时缩小低温侧的间距，使板带两侧温差值在设定的最大温差值内。

s5，随着轧制过程的进行，板带的板卷直径逐渐减小，当判定板带两侧温差值在设定的最大温差值内时，由中心测距仪实时检测感应加热线圈平面与板带中间的间距，判别感应加热线圈与板带的间距是否超过设定值。

s6，如果判定感应加热线圈平面与板带中间的间距超过设定值时，则通过板带间距调节模块将该间距调整至设定值，从而维持感应加热线圈与板带中间的间距，使间距保持基本恒定。

s7，随着轧制过程中板带开卷的进行，板带平面与初始平面会发生一定变化，可能与初始平面呈现一定的夹角，当判定感应加热线圈平面与板带中间的间距在设定值内时，此时，需由两个纵向测距仪检测板带前后方向与感应加热线圈平面的间距是否一致，智能处理模块计算该前后向间距值。

s8，当板带前后方向与感应加热线圈平面的间距值不一致时，通过纵向间距调节模块将板带前后向与感应加热线圈平面的间距调成一致；

s9，在判定板带前后方向与感应加热线圈平面的间距一致时，由两个横向测距仪实时监测被加热的板带区域两侧与感应加热线圈平面的间距，判别板带两侧与感应加热线圈平面的间距是否在设定值内；

s10，在判定板带区域两侧与感应加热线圈平面的间距不一致时,需判别板带两侧温度是否一致；如果判定板带两侧温度一致或温差值没有超过板带两侧允许的最大温差值时，两侧间距可不作调整，流程进入下列步骤s11；

s101，若此时判定板带两侧的温度存在温差值，且温差值超过板带两侧允许的最大温差值时，通过第一线圈横向间距调节模块和第二线圈横向间距调节模块对两侧间距进行同步调节，增大高温侧板带与感应加热线圈平面的间距，减小低温侧板带与感应加热线圈平面间距，使板带两侧温差值在设定的最大温差值内，然后流程进入下列步骤s11。

s11，随着轧制过程，板带在卷取过程中其板卷直径逐渐增大，需由中心测距仪实时检测感应加热线圈平面与板带中间的间距，判别感应加热线圈与板带的间距是否超过设定值。

s12，如果判定感应加热线圈平面与板带中间的间距超过设定值时，则通过板带间距调节模块将该间距调整至设定值，从而维持感应加热线圈与板带中间的间距，使间距保持基本恒定，直至实现卷取机的卷取作业结束。

上述过程中，板带3(镁合金板卷)的开卷温度和卷取温度范围为100～400℃，板带轧制温度范围为150～500℃。板卷感应加热过程中，板带两侧允许的最大温差值为5～20℃。感应加热线圈9平面的中心到板带的间距设定值在2～10mm范围内选择，板带两侧到感应加热线圈平面的间距最大差值为2mm，可根据实际工况在1～8mm内选择。

上述板卷感应加热过程中，第一线圈横向间距调节模块61和第二线圈横向间距调节模块62可在1～50mm范围内调节，并且在间距调节过程中，第一线圈横向间距调节模块61和第二线圈横向间距调节模块62调节的距离大小相等，方向相反。通过纵向间距调节模块7，最大可实现加热线圈9的平面±90°的转动，从而可使加热线圈9平面在0～180°范围内转动。板带间距调节模块8可根据中心测距仪141的测量数据，在0～1000mm范围内进行间距调节。

上述板卷感应加热过程中，感应加热线圈9为横磁线圈，在板卷单侧对板带3进行加热。

采用本发明提出的板卷感应加热方法，可应用于镁合金连续轧制产线，对镁合金板卷快速感应加热，实现镁合金板卷的连续开卷、温轧轧制和连续卷取，有利于提高镁合金板卷轧制质量、生产效率和产品市场竞争力，并且易于实现自动化生产。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。