[发明专利]一种智能轧辊在线温控系统

说明书

本发明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信号序列，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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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，本发明是根据以下技术方案实现的：