钢坯电磁感应加热系统及控制方法、钢坯生产线技术方案

本发明专利技术公开了一种钢坯电磁感应加热系统及控制方法、钢坯生产线，所述系统包括n个区域加热单元，每个区域加热单元均包括电源模块、控制模块、测温模块、用于传送钢坯的输送机构、以及多个感应加热器；多个感应加热器等间距地设于输送机构上，且每个感应加热器上均设有供被加热钢坯穿过的通孔；控制模块用于根据被加热钢坯的表面温度和对应的表面目标温度、端面中心温度和对应的端面中心目标温度来控制感应加热器的运行功率，以实现对钢坯的加热，以及用于在加热过程中控制对应的输送机构动作，以实现钢坯的往复运动以及将钢坯往下一工序环节的传送。本发明专利技术可以在实现冷坯加热且满足连续生产节奏的前提下，保证钢坯截面以及轴向温度的均匀性。温度的均匀性。温度的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
钢坯电磁感应加热系统及控制方法、钢坯生产线


[0001]本专利技术属于电磁感应加热轧制
，尤其涉及一种高端合金钢坯的电磁感应加热系统及控制方法、钢坯生产线。

技术介绍

[0002]电磁感应加热钢坯的原理为：在感应线圈中通入一定频率的交流电后，感应线圈周围生成交变磁场，处于交变磁场中的钢坯内部自身形成感应电流，感应电流在钢坯中流动形成回路的同时产生热量——焦耳热，从而使钢坯的温度升高。从电磁感应加热的原理可知，这一技术具有绿色、环保、零碳排放的优势。除此之外，与传统的加热方法相比较，电磁感应加热技术还具有加热效率高、升温速度快、加热质量好、温度控制精度高、加热温度均匀性好、设备占地面积小、系统自动化程度高等一系列优势。基于此，电磁感应加热技术已在轧钢、热处理、热加工等众多行业广泛应用。
[0003]电磁感应加热根据磁场形式一般分为：纵向磁场加热(纵磁加热)和横向磁场加热(横磁加热)。纵磁加热的感应器线圈一般为螺旋状，线圈的截面形状与被加热钢坯横截面相匹配，被加热钢坯位于线圈通道内部，纵磁加热主要用于方圆钢坯、钢轨、型钢等钢材的加热；加热时，钢材自身中的感应电流在趋肤效应的作用下，大部分集中在表层，属于表面加热。横磁加热的感应器线圈一般分布在被加热钢坯的上下表面，加热过程中，感应电流在被加热钢坯整个厚度截面形成环流，主要用于不同厚度规格钢板的加热，加热时，钢板的厚度截面整体温度升高，属于整体加热。
[0004]高端合金钢坯，如钛合金钢坯，一般生产为截面为圆形的钢坯，经加热后进行轧制或热加工。钛作为稀有金属及其特有的物理化学性能，在航空航天、生物医药、军工、汽车等高端前沿的
应用较为广泛，通常用其生产制作优质耐蚀轻型的结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料等。钛合金钢坯初期的材料成本已经相对较高，其产能不同于连铸钢坯的生产，能达到每小时一两百吨，钛合金钢坯的生产产能一般在每小时十吨左右，主要以保证钢坯的质量。
[0005]在钛合金钢坯的加工过程中，钢坯整体的温度控制精度要求较高，为保证加工质量、减少高成本原材料的浪费，电磁感应加热对钛合金钢坯加工前的加热是不可或缺的。基于钛合金钢坯圆形截面形状，可采用纵磁磁场进行加热，但由于纵磁加热属于表面加热，保证钢坯加热的过程中整个截面温度以及钢坯长度方向通体温度的均匀性较为困难，尤其是冷坯加热时，钢坯中心温度需要表面温度升高后通过热传导使其升高，且钢坯中心热传导的升温过程相对表面直接加热的升温过程相对缓慢；另外，尤其是在要满足连续生产的情况，在需要保证钢坯加工的生产节奏时，一套加热设备更是无法满足要求。
[0006]目前，采用燃气炉和感应加热相结合的方法保证连续生产——钢坯通过燃气炉加热到一定温度后传动到感应加热炉，通过感应加热炉的补热，使钢坯达到轧制加工前的温度，但此方法仍需配置一个庞大的燃气炉，面临着碳排放的压力，长远而言仍存在不可持续性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种钢坯电磁感应加热系统及控制方法、钢坯生产线，以解决纵磁加热方式难以保证钢坯截面温度以及轴向温度的均匀性问题，以及传统加热方式需配备燃气炉导致成本高、体积大和碳排放压力问题。
[0008]本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种钢坯电磁感应加热系统，包括n个沿着钢坯传送方向依次排列的区域加热单元，其中n≥1；
[0009]每个所述区域加热单元均包括电源模块、控制模块、测温模块、用于传送钢坯的输送机构、以及m个沿着钢坯传送方向依次排列的感应加热器；m个所述感应加热器等间距地设于所述输送机构上，且每个所述感应加热器上均设有供被加热钢坯穿过的通孔；
[0010]所述测温模块、电源模块、输送机构分别与所述控制模块电性连接，所述电源模块与每个所述感应加热器电性连接；所述测温模块，用于测量被加热钢坯的表面温度和端面中心温度；所述控制模块，用于根据被加热钢坯的表面温度和对应的表面目标温度、端面中心温度和对应的端面中心目标温度来控制所述电源模块输出的电气参数，进而控制所述感应加热器的运行功率，以实现对钢坯的加热，以及用于在加热过程中控制对应的输送机构动作，以实现钢坯的往复运动，在所述钢坯达到对应的表面目标温度和端面中心目标温度时控制对应的输送机构动作，以将所述钢坯传送至下一个区域加热单元或下一生产工序。
[0011]进一步地，单个所述区域加热单元的整体布置长度L1大于单根被加热钢坯的长度L2，其中所述整体布置长度L1是指首个感应加热器的第一端与末个感应加热器的第二端之间的距离，首个和第一端均对应来料端，末个和第二端均对应出料端。
[0012]优选地，单个所述区域加热单元的整体布置长度L1等于单根被加热钢坯的长度L2与单个感应加热器的加热区域长度B2之和；
[0013]单个所述感应加热器的加热区域长度B2与相邻两个感应加热器的加热区域之间的间隙S相等；
[0014]在往复运动中钢坯的单向行程等于单个所述感应加热器的加热区域长度B2的两倍。
[0015]进一步地，所述区域加热单元的数量n等于加热总时长t
f
与连续生产的节奏时长t
s
之比，其中，加热总时长t
f
是指将钢坯从常温加热至最终目标温度所需时间。
[0016]进一步地，所述输送机构包括m+1个输送单元，每个输送单元均包括传送辊道和变频电机，所述变频电机的输入端与所述控制模块电性连接，其输出端与所述传送辊道连接；每个所述感应加热器均位于相邻两个传送辊道之间。
[0017]优选地，每个所述传送辊道的传送部为V型，所述传送部是指与钢坯相接触的部位。
[0018]进一步地，所述测温模块包括第一测温模块和第二测温模块，所述第一测温模块设于加热中心线上且用于测量钢坯的端面中心温度；所述第二测温模块设于加热中心线的一侧且有m+1个，其中m
‑
1个第二测温模块用于测量相邻两个感应加热器之间的钢坯的表面温度，剩余两个第二测温模块分别用于测量首个感应加热器第一端的钢坯的表面温度、末个感应加热器第二端的钢坯的表面温度。
[0019]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种如上所述钢坯电磁感应加热系统的控制方法，包括以下步骤：
[0020]步骤S101：控制第一个区域加热单元对钢坯进行加热，当所述钢坯达到第一表面目标温度和第一端面中心目标温度时，将所述钢坯传送至下一个区域加热单元；
[0021]步骤S102：重复步骤S101，当通过第n个区域加热单元将所述钢坯加热至第n表面目标温度和第n端面中心目标温度时，将所述钢坯传送至下一生产工序；
[0022]其中，每个所述区域加热单元对所述钢坯进行加热的具体控制过程包括：
[0023]获取钢坯的表面温度以及端面中心温度；
[0024]根据所述表面温度以及对应的表面目标温度、端面中心温度以及对应的端面中心目标温度控制电源模块输出的电气参数，进而控制m个感应加热器的运行功率，以实现对所述钢坯的加热；在加热过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢坯电磁感应加热系统，包括n个沿着钢坯传送方向依次排列的区域加热单元，其中n≥1；其特征在于：每个所述区域加热单元均包括电源模块、控制模块、测温模块、用于传送钢坯的输送机构、以及m个沿着钢坯传送方向依次排列的感应加热器；m个所述感应加热器等间距地设于所述输送机构上，且每个所述感应加热器上均设有供被加热钢坯穿过的通孔；所述测温模块、电源模块、输送机构分别与所述控制模块电性连接，所述电源模块与每个所述感应加热器电性连接；所述测温模块，用于测量被加热钢坯的表面温度和端面中心温度；所述控制模块，用于根据被加热钢坯的表面温度和对应的表面目标温度、端面中心温度和对应的端面中心目标温度来控制所述电源模块输出的电气参数，进而控制所述感应加热器的运行功率，以实现对钢坯的加热，以及用于在加热过程中控制对应的输送机构动作，以实现钢坯的往复运动，在所述钢坯达到对应的表面目标温度和端面中心目标温度时控制对应的输送机构动作，以将所述钢坯传送至下一个区域加热单元或下一生产工序。2.根据权利要求1所述的钢坯电磁感应加热系统，其特征在于：单个所述区域加热单元的整体布置长度L1大于单根被加热钢坯的长度L2，其中所述整体布置长度L1是指首个感应加热器的第一端与末个感应加热器的第二端之间的距离，首个和第一端均对应来料端，末个和第二端均对应出料端；优选地，单个所述区域加热单元的整体布置长度L1等于单根被加热钢坯的长度L2与单个感应加热器的加热区域长度B2之和；单个所述感应加热器的加热区域长度B2与相邻两个感应加热器的加热区域之间的间隙S相等；在往复运动中钢坯的单向行程等于单个所述感应加热器的加热区域长度B2的两倍。3.根据权利要求1所述的钢坯电磁感应加热系统，其特征在于：所述区域加热单元的数量n等于加热总时长t
f
与连续生产的节奏时长t
s
之比，其中，加热总时长t
f
是指将钢坯从常温加热至最终目标温度所需时间。4.根据权利要求1所述的钢坯电磁感应加热系统，其特征在于：所述输送机构包括m+1个输送单元，每个输送单元均包括传送辊道和变频电机，所述变频电机的输入端与所述控制模块电性连接，其输出端与所述传送辊道连接；每个所述感应加热器均位于相邻两个传送辊道之间；优选地，每个所述传送辊道的传送部为V型，所述传送部是指与钢坯相接触的部位。5.根据权利要求1～4中任一项所述的钢坯电磁感应加热系统，其特征在于：所述测温模块包括第一测温模块和第二测温模块，所述第一测温模块设于加热中心线上且用于测量钢坯的端面中心温度；所述第二测温模块设于加热中心线的一侧且有m+1个，其中m
‑
1个第二测温模块用于测量相邻两个感应加热器之间的钢坯的表面温度，剩...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜滔，袁鹏，刘顺，刘勇，李伟红，蒋晓奇，彭鹏，易兵，肖红，兰芳，廖芸，杨宏，
申请(专利权)人：湖南中科电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：