专利名称：一种轧制过程轧机轧辊在线加热装置及方法
技术领域：
本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种轧制过程轧机轧辊在线加热装置及方法。
背景技术：
为克服传统温轧工艺存在轧件温度不均和降温较快等问题，CN102179404A中国专利公开了一种二辊轧机的热辊温轧工艺装置及方法；CN102430570A中国专利申请公开了一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法。二者的加热装置为对称安装在上下工作辊近距离处、由圆弧形金属管组构成的金属管架感应器，在金属板带材轧制过程中，通过感应电源和金属管架感应器使轧辊表面温度被加热到200 900°C，以实现热辊温轧。这种由圆弧形金属管组构成的金属管架感应器的缺点是，制作工艺复杂，维护成本较高；受感应器形状和安装位置的限制，不便于在线应用；感应加热区域不能根据工艺需要(热辊温轧和轧辊在线加热等)调整，功能单一。
发明内容
针对上述现有轧机轧辊在线加热装置的缺点，本发明的目的是提供一种结构简单、制做和维护成本低、感应加热区域可根据工艺需要进行调整的轧制过程轧机轧辊在线加热装置及方法。为实现上述目的，本发明提供的轧制过程轧机轧辊在线加热装置，包括安装在上轧辊和下轧辊入口处的方形金属管架，该金属管架的上直管和下直管对称设置在距离所述上轧辊和下轧辊表面2 IOmm处，每个直管的长度至少为轧辊轴向长度的95%，在上直管和下直管上分别镶嵌数量可调、分布位置可移动的U形导磁块，导磁块的开口朝向上轧辊和下轧辊的表面，上直管和下直管的一端由连通管连通，另一端分别通过相互绝缘、平行交错的上端管和下端管与进水管和出水管相接，进水管和出水管通过水泵与水箱相接，上端管和下端管分别与感应电源的两极相接。所述金属管架由无氧紫铜方管制成，无氧紫铜方管的边长为10 12mm，壁厚为
I L 5mm。所述导磁块由硅钢片、铁氧体或软磁复合粉末软磁材料制成，各导磁块间相互绝缘；所述导磁块的数量及分布位置根据工艺中轧件的宽度来确定。所述导磁块由硅钢片、铁氧体或软磁复合粉末等软磁材料制成，各导磁块间相互绝缘；导磁块的数量及分布位置可根据工艺中轧件的宽度来确定。所述感应电源的工作频率为50Hz IOOkHz，采用50Hz/3tp380V电源供电。采用上述本发明轧机轧辊在线加热装置进行金属板带材热辊温轧的方法是:先根据金属板带材的宽度调整安装在金属管架上直管和下直管上的导磁块的数量，使轧辊的感应加热区域的宽度稍大于金属板带材的宽度；然后通过感应电源对金属管架施加高频交流电，使金属管架产生交变磁场，同时启动轧机和水泵，轧辊旋转，通过磁场感应将轧辊表面加热至200 900°C，金属管架内通入循环冷却水以避免金属管架被烧坏；然后，将金属板带材送入轧棍中进行轧制，轧棍转速为10 4800rpm,轧制力为200 20000kN，轧制时通过控制磁场感应强度保持轧辊表面温度为200 900°C。上述方法中，金属板带材送入轧辊前的温度在再结晶温度以下，甚至为常温。上述方法中，金属板带材进入轧制后脱离轧机前的温度为180 680°C。上述方法中，金属板带材的厚度为1.5 2.55mm，轧制后变形率为33 95%。上述金属板带材热辊温轧的原理是，利用设置在轧辊表面、由金属管架及导磁块构成的感应加热装置，在轧制前先将轧辊加热，然后对金属板带材进行轧制，金属板带材进入辊缝后被加热导致组织软化，并发生晶粒回复，晶粒晶界产生滑移或孪晶变形，使位错等组织缺陷减少，保证轧制的顺利进行；实验表明，本发明装置及方法尤其适用于轧制难加工金属材料，如用于材质为高硅钢、镁及镁合金、钛及钛合金、钥及钥合金或马氏体不锈钢的板带材的轧制，可取得良好轧制效果。采用本发明轧机轧辊在线加热装置进行轧辊在线预热的方法是:在金属管架的整个上直管和下直管上布满导磁块，使感应加热区域尽量覆盖整个轧辊；通过感应电源对金属管架施加低功率工频交流电，使金属管架产生交变磁场；启动轧机，加载不超过额定轧制力20%的负荷，轧机运行时间20 30分钟，同时通过磁场感应将轧辊加热并保温于50 60°C，并保持金属管架内冷却水流动。轧辊在线预热的原理是，新辊投入使用前和轧辊每次磨削后，其表面存在应力，此时需要对轧辊进行预热以消除大部分表面应力。另外，新旧辊之间一般存在着约50 60°C的温度差，使新辊装入后重新开机时轧辊温度低，板材变形的尺寸精度和表面质量难以控制。相比于电阻丝、电热管以及高温乳化液喷淋预热方法，采用上述工频感应加热预热轧辊可获得轧辊轴向更好的 温度均匀性，以及合理的径向温度梯度。同时，由于感应热源产生于轧辊的内部，能耗更低。另外，由于本发明装置可在线工作，尤其适用于具备在线磨辊装置的轧钢生产线。与现有技术相比较，本发明的优点是:1、轧辊在线加热装置结构简单，制造成本低；2、装置操作简便，易维护；3、通过调整安装在金属管架上的导磁块的数量和分布区域，使感应加热区域可调，从而使轧辊在线加热装置不仅可以用于金属板带材的热辊温轧，而且还可用于轧辊的在线预热，功能得到拓宽。
图1为本发明轧机轧辊在线加热装置的结构示意图。图中:1_上轧辊，2-下轧辊，3-金属板带材，4-上直管，5-下直管，6-连通管，7-上端管，8-下端管，9-进水管，10-出水管，11-导磁块，12-水泵，13-水箱，14-感应电源。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述。实施例1
本实施例为利用二辊板带轧机分别轧制材质为Fe-6.5wt%Si高硅钢(其成分按重量百分比为 Si6.4 6.5%, C0.03 0.05%, Mn0.065 0.075%, S0.02 0.035%, A10.023
0.03%，N0.007 0.009%, Cu0.08 0.1%,余量为Fe)的金属板带材和材质为AZ31镁合金(其成分按重量百分比为 A12.7 2.9%, Zn0.94 1.14%, Mn0.311 0.331%, Si0.0163
0.0195%, Cu0.0017 0.0021%, Fe0.0023 0.0028%, Ni0.0006 0.0009%,余量为 Mg)的金属板带材。两种板带材的尺寸均为宽度140mm,厚度2.55mm,长度300mm。所用二棍板带轧机的轧棍轴向长度为300mm,直径为O 180mm,轧棍材质为9Cr2Mo锻钢，轧机的最大轧制力为500kN，轧制速度可控。在二辊板带轧机上加装如图1所示的轧机轧辊在线加热装置。该装置中对称安装在轧机上轧辊I和下轧辊2入口处的方形金属管架由边长为12mm、壁厚为Imm的无氧紫铜方管经退火后焊接制成，其上直管4和下直管5的长度分别为280mm，距离轧辊表面2mm，上直管4和下直管5的左端由长度为180mm的连通管6连通。根据所轧金属板带材3的宽度，在上直管4和下直管5对应金属板带材3的部位安装总长度为160mm、数量为16块的U形导磁块11，U形导磁块11的开口朝向轧棍的表面，U形导磁块11由软磁复合粉末粘结压制而成，厚度为IOmm,通过粘接镶嵌在上直管4和下直管5上，为减少涡流损失,各导磁块间相互绝缘。上直管4和下直管5的右端分别通过相互绝缘(可加绝缘垫片)、平行交错的上端管7和下端管8分别与进水管9和出水管10相接，进水管9和出水管10通过水泵12与水箱13相接，上端管7和下端管8分别与感应电源14的两极相接，感应电源的工作频率为IlkHZ,最大输出功率为50kW，输入功率为60kVA，采用50Hz/3(p380V电源供电。利用设有上述轧辊在线加热装置的二辊板带轧机对上述两种板带材轧制时，通过感应电源对金属管架施加高频交流电，使金属管架产生交变磁场；通过导磁块的驱流作用，将交变磁场汇集于U形导磁块的开口位置，通过磁场感应对轧辊表面进行感应加热；同时启动轧辊和水泵，通过进、出水管使冷却水在铜管内保持流动；将金属板带材在常温下送入轧辊中轧制，轧制共进行5道次。轧制所述高硅钢板带材时，保持轧辊表面温度855±5°C，第一道次轧制后的高硅钢板带材厚度为2.0mm,压下率21.6%，轧辊转速lOrpm，轧制力420kN，高硅钢板带材温度为470°C;第二道次轧制的高硅钢板带材厚度为1.5mm，压下率25%，轧辊转速lOrpm，轧制力475kN，高硅钢板带材温度为485°C;第三道次轧制后的高硅钢板带材厚度为1.15mm，压下率23.3%，轧辊转速12rpm，轧制力455kN，高硅钢板带材温度为490°C ;第四道次轧制后的高硅钢板带材厚度为0.9mm,压下率21.7%，轧辊转速15rpm，轧制力430kN，高硅钢板带材温度为4900C ;第五道次轧制后的高硅钢板带材厚度为0.72mm，压下率20%，轧辊转速20rpm，轧制力380kN，高硅钢板带材温度为495°C ;第五道次轧制后高硅钢板带材宽度为153mm，长度为972mm。轧制所述AZ31镁合金板带材时,保持轧棍表面温度655±5°C,第一道次轧制后的AZ31镁合金板带材厚度为2.0mm，压下率21.6%，轧辊转速lOrpm，轧制力357kN，AZ31镁合金板带材温度为280°C ;第二道次轧制的AZ31镁合金板带材厚度为1.5mm，压下率25%，轧辊转速lOrpm，轧制力410kN，AZ31镁合金板带材温度为285°C ;第三道次轧制后的AZ31镁合金板带材厚度为1.15mm，压下率23.3%，轧辊转速12rpm，轧制力391kN，AZ31镁合金板带材温度为290°C ;第四道次轧制后的AZ31镁合金板带材厚度为0.9mm，压下率21.7%，轧辊转速15rpm，轧制力371kN，AZ31镁合金板带材温度为295°C ;第五道次轧制后的AZ31镁合金板带材厚度为0.72mm，压下率20%，轧辊转速20rpm，轧制力329kN，AZ31镁合金板带材温度为300°C ;第五道次轧制后AZ31镁合金板带材宽度为149mm，长度为998mm。实施例2本实施例为利用四辊板带轧机分别轧制材质为TC4钛合金(其成分按重量百分比为 Al5.5 6.75%，V3.5 4.5%，Fe0.3 0.4%, C0.07 0.08%, N0.012 0.015%, H0.012
0.015%,00.18 0.2%，余量为Ti)的金属板带材以及Mo-1钥合金(其成分按重量百分比为C0.002 0.003%, 00.003 0.004%, Si0.002 0.0025%, Fe0.003 0.004%, A10.001
0.002%, Ni0.008 0.009%, Ca0.001 0.0018%,余量为Mo)的金属板带材。两种板带材的尺寸均为宽度1100mm，厚度1mm。所用四辊板带轧机的传动方式为工作辊传动，电机功率2000kW，工作辊直径Φ 420mm，工作辊轴向长度1450mm，工作辊材质为Cr5锻钢；支撑辊直径Φ 1050mm,支撑棍轴向长度1450mm,支撑棍材质为锻钢；轧机的最大轧制力为16000kN,车L制速度在0.5 20m/s内可调。在四辊板带轧机的上、下工作辊入口处安装如图1所示的轧辊在线加热装置。该装置与实施例1不同的是:构成金属管架的上直管4和下直管5的长度分别为1300_ ;连通上直管4和下直管5的连通管6的长度为420mm，对应金属板材安装在上直管4和下直管5上的U形导磁块11 (U形导磁块11的材质和结构与实施例1相同)的数量为115块，总长度为1150mm ;其感应电源14的工作频率为20kHZ，最大输出功率为llOkW，输入功率为120kVA，其余均与实施例1相同。轧制时，通过感应电源对金属管架施加高频交流电,使金属管架产生交变磁场,并通过导磁块的驱流作用，将交变磁场汇集于U形导磁体的开口位置；同时启动四辊轧机的上工作辊、下工作辊、上支撑 辊和下支撑辊，利用轧辊在线加热装置加热上、下工作辊表面；通过水泵、水箱和进出水管使金属管内冷却水保持流动。所述TC4钛合金板带材和Mo-1钥合金板带材在常温下进行轧制。其中轧制TC4钛合金板带材时，工作辊辊面温度为200 300°C，轧制道次为6，各道次轧制后金属带材的厚度分别为0.84mm、0.7mm、0.58mm、0.49mm、0.41mm、0.35mm,压下率分别为 16%、17%、17%、16%、16%、15%，工作辊转速分别为 0.8m/s、l.0m/s、l.2m/s、l.4m/s、
1.6m/s、l.8m/s,轧制力分别为 12450kN、12880kN、12750kN、12840kN、12760kN、12180kN，轧制过程TC4钛合金板带材在辊缝中的温度为180 280°C，最后轧制后得到的TC4钛合金薄带的厚度为0.35mm，轧制后的变形率为65%，轧制后的宽度为1140mm。轧制Mo-1钥合金板带材时，工作辊辊面温度为200 400°C，轧制道次为8，各道次乳制后金属带材的厚度分别为 0.87mm、0.76mm、0.66mm、0.57mm、0.50mm、0.44mm、0.39mm、
0.35mm,压下率分别为 13%、13%、13%、14%、12%、12%、11%、10%，工作辊转速分别为 0.8m/s、
1.0m/s、l.2m/s、l.4m/s、l.6m/s、l.8m/s、2.0m/s、2.2m/s，轧制力分别为 13845kN、13600kN、14937kN、14940kN、14614kN、14802kN、14224kN、12520kN,轧制过程 Mo-1 金属板带材在辊缝中的温度为180 380°C，最后轧制后得到的Mo-1金属薄带的厚度为0.35mm，轧制变形率为65%,轧制后宽度为1140mm。实施例3本实施例为利用本发明轧辊在线加热装置对四辊轧机的新换工作辊进行预热(旧辊每次磨削后的预热与之相同)。轧机的传动方式为工作辊传动，电机功率60kW，工作辊直径①100mm，工作辊轴向长度300mm，工作辊材质为9Cr2Mo锻钢；支撑辊直径O 300mm，支撑棍轴向长度300mm,支撑棍材质为锻钢；轧机的最大轧制力为1200kN,轧制速度在0.5 4m/s内可调。本实施例安装在四辊轧机上、下工作辊入口处的轧辊在线加热装置与实施例1轧辊在线加热装置的不同点是:根据轧辊辊身的长度，将安装在金属管架上、下直管上的U形导磁块的长度延长到260mm，使轧辊的感应加热区域尽量覆盖整个轧辊；另外，所用感应电源14的工作频率为工频50HZ，其最大输出功率为80kW，输入功率为90kVA，其余均相同。在新辊(或经磨削的旧辊)投入使用前，调整感应电源的输出功率，使其对金属管架施加低功率(约20kW)工频交流电，使金属管架产生交变磁场，并通过导磁块的驱流作用，将交变磁场汇集于U形导磁块的开口位置；启动轧机，调节辊缝至贴合，加载200kN轧制力，使轧机空轧运行20 30分钟，与此同时，通过磁场感应将工作辊加热并保温于50 60°C，通过水泵、水箱和进出水管使金属管内冷却水保持流动。新轧辊经预热后，轧制材质为9Crl8Mo马氏体不锈钢(其成分按重量百分比为C0.95 1.1%，Crl6 18%，Mo0.4 0.7%，余量为Fe)的金属带材。金属带材宽度为150mm，厚度为0.33mm，在常温下轧制。轧制道次为9，各道次轧制后金属带材的厚度分别为 0.27mm、0.224mm、0.188mm、0.159mm、0.135mm、0.115mm、0.099mm、0.086mm、0.075mm,压下率分别为19%、17%、16%、15%、15%、15%、14%、13%、13%，工作辊转速为1.0m/s，轧制力分别为592kN、555kN、529kN、521kN、534kN、557kN、537kN、523kN、543kN，轧制后总变形率为 87%，最后轧制得到的薄带厚度为0.075mm,宽度为154_。新轧棍经预热后轧制的薄带板形和表面质量较不经预热直接轧制明显改善。
权利要求
1.一种轧制过程轧机轧辊在线加热装置，其特征是:包括安装在上轧辊(I)和下轧辊(2)入口处的方形金属管架，该金属管架的上直管(4)和下直管(5)对称设置在距离所述上轧辊(I)和下轧辊(2)表面2 IOmm处，每个直管的长度至少为轧辊轴向长度的95%，在上直管(4 )和下直管(5 )上分别镶嵌数量可调、分布位置可移动的U形导磁块(11)，导磁块(11)的开口朝向上轧辊(I)和下轧辊(2 )的表面，上直管(4 )和下直管(5 )的一端由连通管(6)连通，另一端分别通过相互绝缘、平行交错的上端管(7)和下端管(8)与进水管(9)和出水管(10)相接，进水管(9)和出水管(10)通过水泵(12)与水箱(13)相接，上端管(7)和下端管(8)分别与感应电源(14)的两极相接。
2.根据权利要求1所述的轧制过程轧机轧辊在线加热装置，其特征是:所述金属管架由无氧紫铜方管制成，无氧紫铜方管的边长为10 12mm,壁厚为I 1.5_。
3.根据权利要求1所述的轧制过程轧机轧辊在线加热装置，其特征是:所述导磁块(11)由硅钢片、铁氧体或软磁复合粉末软磁材料制成，各导磁块间相互绝缘；所述导磁块的数量及分布位置根据工艺中轧件的宽度来确定。
4.根据权利要求1所述的轧制过程轧机轧辊在线加热装置，其特征是:所述感应电源(14)的工作频率为50Hz IOOkHz，采用50Ηζ/3 Φ 380V电源供电。
5.利用权利要求1所 述轧机轧辊在线加热装置进行金属板带材热辊温轧的方法，其特征是:先根据金属板带材(3)的宽度调整安装在金属管架上直管(4)和下直管(5)上的导磁块(11)的数量，使轧辊的感应加热区域的宽度稍大于金属板带材(3)的宽度；然后通过感应电源(14)对金属管架施加高频交流电，使金属管架产生交变磁场，同时启动轧机和水泵(12)，轧辊旋转，通过磁场感应将轧辊表面加热至200 900°C，金属管架内通入循环冷却水以避免金属管架被烧坏；然后，将金属板带材(3)送入轧辊中进行轧制，轧辊转速为10 4800rpm，轧制力为200 20000kN，轧制时通过控制磁场感应强度保持轧辊表面温度为 200 900 0C ο
6.根据权利要求5所述的利用轧机轧辊在线加热装置进行金属板带材热辊温轧的方法，其特征是:金属板带材(3)送入轧辊前的温度在再结晶温度以下，甚至为常温。
7.根据权利要求5所述的利用轧机轧辊在线加热装置进行金属板带材热辊温轧的方法，其特征是:金属板带材(3)进入轧制后脱离轧机前的温度为180 680°C。
8.根据权利要求5所述的利用轧机轧辊在线加热装置进行金属板带材热辊温轧的方法，其特征是:金属板带材(3)的厚度为1.5 2.55mm，轧制后变形率为33 95%。
9.利用权利要求1所述轧机轧辊在线加热装置进行轧辊在线预热的方法，其特征是:在金属管架的整个上直管(4)和下直管(5)上布满导磁块(11)，使感应加热区域尽量覆盖整个轧辊；通过感应电源(14)对金属管架施加低功率工频交流电，使金属管架产生交变磁场；启动轧机，加载不超过额定轧制力20%的负荷，轧机运行时间20 30分钟，同时通过磁场感应将轧辊加热并保温于50 60°C，并保持金属管架内冷却水流动。
全文摘要
一种由安装在轧辊入口近距离处的方形金属管架构成的轧机轧辊在线加热装置，其上、下直管的长度至少为轧辊轴向长度的95%，上、下直管上安装数量可调、分布位置可移动、开口朝向轧辊表面的U形导磁块，上、下直管分别与感应电源的两极相接，并通过进、出水管接冷却水。用该装置进行金属板带材热辊温轧时，调整上、下直管上导磁块的数量，使轧辊加热区域的宽度稍大于金属板带材的宽度，通过感应电源对金属管架施加高频交流电，使之产生交变磁场，通过磁场感应将轧辊表面加热至200～900℃，然后对板带材进行轧制。该装置结构简单，制造成本低；操作简便，易维护；由于轧辊的感应加热区域可调，不仅可用于金属板带材热辊温轧，而且可用于轧辊的在线预热。
文档编号B21B27/10GK103212580SQ20131012317
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者李长生, 蔡般, 李苗, 王浩 申请人:东北大学