一种智能轧辊在线温控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能轧辊在线温控系统，包括无线工控系统、内嵌式轧辊和多功能装配体，本发明专利技术根据当前轧制参数和特定工艺要求，利用工控系统的温控模型在线优化电热参数序列，并以无线方式传输至多功能装配体，进而实现内嵌组合式轧辊横向温度及局部热膨胀的精细定量控制，以获得不同曲线形式的热辊缝形状，显著提高带材轧制过程的热辊效率和辊缝稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种智能轧辊在线温控系统
本专利技术涉及带材轧制设备的自动化测控领域，尤其涉及到一种智能轧辊在线温控系统，适用于高等级带钢、铝带、铜带等带材产品轧制过程中轧辊温度及其热膨胀量的在线智能调控。
技术介绍
随着现代轧制技术的快速发展，陆续出现了不同样式的轧机机型，如HC、CVC、PC等系列轧机。无论哪种机型，最终目的都是通过调整轧制过程中负载辊缝的横向规律，达到改善辊系受力状态及带材截面形状的目的，进而解决带材浪形缺陷、局部高点、边缘降或边部减薄等工程问题。在生产过程中，能够有效改变负载辊缝的在线手段多种多样，其中最常见的如倾辊、弯辊、轧辊横移、辊系交叉和分段冷却这几种。对于前四种调控手段，属于传统的机械型运动方式，特点是调控响应快，辊缝改变明显，最为常用，相关数学模型和工程技术也基本成熟，但是对于越来越宽越来越薄的大宽厚比带材来说，局部浪形异常突出，机械型手段调控范围受限，对这类局部浪形或细微隐性缺陷的改善效果有限。对于分段冷却来说，属于典型的柔性控制方式，各冷却单元相对独立，调控效果空间很大，尤其适合局部浪形或细微缺陷的精细调整，但是因其需要通过改变轧辊的热膨胀量来改变辊缝形状，具有明显的时间滞后特性和温控参数的不确定性，需要准确获得辊缝热源状态、导热特性和温度演变规律，在轧制过程中，受空冷、水冷、接触导热以及辐射等周期性动态边界条件的耦合影响非常明显，导致很多情况下温度分布处于不均匀或不稳定的状态，这在很大程度上影响了分段冷却的建模精度和应用效果。综合来看，随着冷轧带材日趋更宽更薄、更特更专，工业中对其尺寸精度和表面质量的指标要求也越来越高，这就对轧机的调控手段提出了更苛刻的要求。目前，尽管机械型的调控手段能够解决大多数的典型板形问题，但是对于细微的局部浪形和细微隐性缺陷的控制，调控效果并不好。而分段冷却不仅可以配合机械型调控方式改善宏观复合浪形的调控效果，而且运用得当，还能够对复杂局部浪、隐性板形缺陷以及带钢表面质量实施精细微调。然而，受边界条件、时滞特性、监测仪表及相关温控数学模型等因素的限制，温控参数难以检测和定量控制，导致分段冷却很难达到立竿见影的调控效果，并没有达到其理想状态，功能受限或高配低用。目前，绝大多数轧机没有或很少配置分段冷却的原因就在于此，且大多数分段冷却在实质上依旧是定性粗调而非定量精调，这在很大程度上限制了分段冷却的工程化进程。总体来看，实现分段冷却的效果最大化或精细定量调控，最关键的是其高精度温控模型构建和在线温控装置研制两个方面，其中高精度温控模型是基础，在线温控装置是关键，两者缺一不可。无论是高精度温控模型还是在线温控装置，轧制过程中在线轧辊温度分布的准确检测和控制非常关键，不仅直接影响边界条件和导热参数的变化，而且间接影响负载辊缝的横向形状。传统的轧辊温控过程，主要是根据测量的离线轧辊温度来估计在线温度分布状况，然后通过冷却介质改变轧辊热膨胀量，达到调整轧辊热辊型的目的。然而，这种方式通常有两个问题，一是边界条件动态变化，瞬态温度分布难以准确估计和实时检测，影响温控模型的计算精度，容易与实际温度分布出现较大偏差；二是轧辊升温或降温慢，热膨胀量变化缓慢，与机械类调控方式，响应严重滞后，调整周期过长，理想的热辊型条件难以满足。
技术实现思路
针对上述提高分段冷却的应用效果和工程化进程，实现在线轧辊局部热膨胀量的精细控制的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种智能轧辊在线温控系统，通过无线工控系统和多功能装配体等部件，快速改变内嵌式轧辊内部导热组件的瞬时温度，达到在线动态调整轧辊横向不同位置局部热膨胀量的目的。为实现上述目的，本专利技术是根据以下技术方案实现的：一种智能轧辊在线温控系统，其特征在于，包括无线工控系统(1)、内嵌式轧辊(2)、多功能装配体(3)和通讯板卡(25)，所述通讯板卡(25)通过螺钉固定设置在轴承端盖(29)内侧，所述通讯板卡(25)与所述无线工控系统(1)进行即时通讯，所述无线工控系统(1)通过内置的工控机(4)、第一无线收发器(5)、第二无线收发器(6)、第三无线收发器(7)分别完成轧制参数、精冷参数和电热参数的发送和接收过程，同时利用温控模型优化调整电热参数序列，继而以无线方式将其传输至多功能装配体(3)；所述内嵌式轧辊(2)包括左轴头(8)、主辊体(9)、导热组件(10)、右轴头(11)及轴头组件(14)，轴头组件(14)用螺钉固定在右轴头(11)的右端面，左轴头(8)、导热组件(10)、右轴头(11)采用过盈装配，装配时先加热主辊体(9)再依次装配导热组件(10)、右轴头(11)、左轴头(8)，通过螺钉将左轴头(8)和右轴头(11)固定在主辊体(9)上；在所述内嵌式轧辊(2)的内部依次镶嵌不同数量的导热组件(10)；所述内嵌式轧辊(2)根据无线工控系统(1)设定的电热参数序列，利用轴头组件(14)精确控制轧辊横向不同位置处的各导热组件(10)的瞬态温度，从而实现轧辊横向不同位置局部热膨胀或横向热辊缝的精确在线控制；所述多功能装配体(3)包括轴承座(12)、轴承(13)、端盖组件(15)，所述轴承(13)与所述轴承座(12)过盈装配，通过绝缘顶环(30)顶住所述轴承(13)，通过沉头螺钉将绝缘顶环(30)固定在轴承座(12)上，所述轴承端盖(29)通过螺钉固定在所述绝缘顶环(30)上，所述端盖组件(15)中的第四无线收发器(26)用于接收无线工控系统(1)的电热参数序列信号，然后将其传输至所述轴头组件(14)，同时以无线方式发送温度序列信号至无线工控系统(1)，从而完成在线轧辊的闭环温控过程。上述技术方案中，所述导热组件(10)包括绝缘环件(16)、多芯线缆(17)、线圈骨架(18)、电阻线圈(19)、导热环(20)和温度传感器(21)，其中，所述绝缘环件(16)用于隔离相邻组件的热量传递；所述多芯线缆(17)穿过所述线圈骨架(18)内孔传递高能电流至电阻线圈(19)，同时采集所述温度传感器(21)的温度信号；所述电阻线圈(19)缠绕在所述线圈骨架(18)上，通电时的电阻线圈(19)根据电流值产生相应的电阻热，并通过所述导热环(20)实现热量的快速导热从而改变轧辊的瞬时温度和局部热膨胀。上述技术方案中，所述轴头组件(14)包括滑环(22)、滑环架(23)和导电板卡(24)，其中所述滑环架(23)上固定滑环(22)和导电板卡(24)，多芯线缆(17)穿过内孔后通过滑环(22)与端盖组件(15)上的碳刷(28)相连接并进行传输电流序列和温度信号。上述技术方案中，所述端盖组件(15)还包括导电线缆(27)、碳刷(28)，所述导电线缆(27)穿过所述轴承端盖(29)内孔并通过所述碳刷(28)与所述滑环(22)连接并用于稳定传输高能电流和温度信号。上述技术方案中，所述电热参数序列的初始值根据轧制工艺要求在线设定，以获得满足特定辊缝形状的初始热辊缝形状。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术在线温控系统可根据当前轧制工况和工艺要求，精细调整轧辊横向不同位置处的局部温度和热膨胀量，同时还可根据负载辊缝形状或轧制前后横向厚差变化情况，快速获得满足特定工艺要求的在线热辊型，另外还可以大大缩短轧机热辊周期。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能轧辊在线温控系统，其特征在于，包括无线工控系统(1)、内嵌式轧辊(2)、多功能装配体(3)和通讯板卡(25)，所述通讯板卡(25)通过螺钉固定设置在轴承端盖(29)内侧，所述通讯板卡(25)与所述无线工控系统(1)进行即时通讯，所述无线工控系统(1)通过内置的工控机(4)、第一无线收发器(5)、第二无线收发器(6)、第三无线收发器(7)分别完成轧制参数、精冷参数和电热参数的发送和接收过程，同时利用温控模型优化调整电热参数序列，继而以无线方式将其传输至多功能装配体(3)；所述内嵌式轧辊(2)包括左轴头(8)、主辊体(9)、导热组件(10)、右轴头(11)及轴头组件(14)，轴头组件(14)用螺钉固定在右轴头(11)的右端面，左轴头(8)、导热组件(10)、右轴头(11)采用过盈装配，装配时先加热主辊体(9)再依次装配导热组件(10)、右轴头(11)、左轴头(8)，通过螺钉将左轴头(8)和右轴头(11)固定在主辊体(9)上；在所述内嵌式轧辊(2)的内部依次镶嵌不同数量的导热组件(10)；所述内嵌式轧辊(2)根据无线工控系统(1)设定的电热参数序列，利用轴头组件(14)精确控制轧辊横向不同位置处的各导热组件(10)的瞬态温度，从而实现轧辊横向不同位置局部热膨胀或横向热辊缝的精确在线控制；所述多功能装配体(3)包括轴承座(12)、轴承(13)、端盖组件(15)，所述轴承(13)与所述轴承座(12)过盈装配，通过绝缘顶环(30)顶住所述轴承(13)，通过沉头螺钉将绝缘顶环(30)固定在轴承座(12)上，所述轴承端盖(29)通过螺钉固定在所述绝缘顶环(30)上，所述端盖组件(15)中的第四无线收发器(26)用于接收无线工控系统(1)的电热参数序列信号，然后将其传输至所述轴头组件(14)，同时以无线方式发送温度序列信号至无线工控系统(1)，从而完成在线轧辊的闭环温控过程。...

【技术特征摘要】
1.一种智能轧辊在线温控系统，其特征在于，包括无线工控系统(1)、内嵌式轧辊(2)、多功能装配体(3)和通讯板卡(25)，所述通讯板卡(25)通过螺钉固定设置在轴承端盖(29)内侧，所述通讯板卡(25)与所述无线工控系统(1)进行即时通讯，所述无线工控系统(1)通过内置的工控机(4)、第一无线收发器(5)、第二无线收发器(6)、第三无线收发器(7)分别完成轧制参数、精冷参数和电热参数的发送和接收过程，同时利用温控模型优化调整电热参数序列，继而以无线方式将其传输至多功能装配体(3)；所述内嵌式轧辊(2)包括左轴头(8)、主辊体(9)、导热组件(10)、右轴头(11)及轴头组件(14)，轴头组件(14)用螺钉固定在右轴头(11)的右端面，左轴头(8)、导热组件(10)、右轴头(11)采用过盈装配，装配时先加热主辊体(9)再依次装配导热组件(10)、右轴头(11)、左轴头(8)，通过螺钉将左轴头(8)和右轴头(11)固定在主辊体(9)上；在所述内嵌式轧辊(2)的内部依次镶嵌不同数量的导热组件(10)；所述内嵌式轧辊(2)根据无线工控系统(1)设定的电热参数序列，利用轴头组件(14)精确控制轧辊横向不同位置处的各导热组件(10)的瞬态温度，从而实现轧辊横向不同位置局部热膨胀或横向热辊缝的精确在线控制；所述多功能装配体(3)包括轴承座(12)、轴承(13)、端盖组件(15)，所述轴承(13)与所述轴承座(12)过盈装配，通过绝缘顶环(30)顶住所述轴承(13)，通过沉头螺钉将绝缘顶环(30)固定在轴承座(12)上，所述轴承端盖(29)通过螺钉固定在所述绝缘顶环(30)上，所述端盖组件(15)中的第四无线收发器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利坡，商好强，刘耕良，刘云鹏，于华鑫，张永顺，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13