CN104148386A - 一种液压张力温轧机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由四辊可逆轧机、分布于四辊可逆轧机两侧的张力装置、试样加热装置、液压系统和电控系统组成的液压张力温轧机。该轧机采用张力装置对试样施加张力，采用电阻加热方式对试样进行在线加热，通过调功控制单元和加热温度的闭环控制可对不同常温难变形金属带材实现从室温至800℃温度范围内的带张力轧制实验，为开发不同的温轧工艺，实现工业化生产常温难变形金属薄带创造技术条件；其采用的试样为单片金属带材，与传统的卷取式轧机相比，可节省实验材料，降低实验成本。

Description

一种液压张力温轧机

技术领域

本发明涉及金属带材轧制，特别是一种用于对单片金属带材在线加热和施加张力进行轧制的液压张力温轧机。

背景技术

众所周知，对于常温下难变形的金属材料，通常其制备工艺复杂。

以黑色金属中的高硅电工钢为例，其室温塑性几乎为零，难以加工成使用所需的薄板。目前, 全世界只有JFE公司的CVD 法（化学气相沉积渗硅法）实现了高硅电工钢薄带的工业化规模生产。但该方法存在工艺流程长、环境负担重、生产效率低、成本高的缺点。通过加热提高高硅电工钢的塑性变形能力，在特定温度范围内进行带张力轧制是一种相对简洁高效的高硅电工钢薄带短流程制备新工艺，是目前国际上的研究热点。

再以有色金属中的镁合金为例。镁合金是密排六方晶体结构，塑性变形能力差，且对温度很敏感，这是制约镁合金应用的重要因素。在密排六方结构的镁合金中滑移系少，采用常规挤压和轧制技术制备的镁合金板材内存在强烈的（0002）基面织构，严重制约了其室温塑性和成形性能的提高。镁合金板材的成形通常需在高温下进行，如果不施加张力，则无法获得板型良好的镁合金薄板。

针对常温难变形金属，要实现工业化生产金属薄带，需针对不同金属制定不同的温轧工艺，用于温轧工艺研究的实验轧机要求具备两个功能：一是能够对试样施加张力；二是在轧制过程中试样能够实现在线加热，使试样始终保持加热状态（因通常试样终轧厚度较薄，最薄可达0.1mm，轧制过程中不始终保持加热状态温度会很快下降，温轧不能顺利进行）。目前，具有这种功能的温轧机未见报道。

“基于流量预估的直拉式冷轧机液压张力控制策略”（《材料与冶金学报》第12期第4卷，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点试验室张浩宇等，2013年12月）只公开了一种直拉式冷轧实验机。该轧机由四辊可逆轧机和位于轧机两侧的张力装置及液压和控制系统组成，其中张力装置由张力液压缸及其控制的液压夹钳构成。该实验轧机通过张力装置解决了对单片金属带材试样施加张力问题，但未考虑金属带材的加热问题，不能直接用于金属带材的温轧。

发明内容

本发明的目的是提供一种实验用液压张力温轧机，用该轧机可对单片金属带材试样进行在线加热和施加张力轧制，为开展常温难变形金属温轧工艺试验研究、实现金属薄带的工业化生产创造技术条件。

为实现上述目的，本发明在现有直拉式冷轧实验机的基础上通过对试样加热方法的研究，研制出一种液压张力温轧机。该液压张力温轧机包括与直拉式冷轧实验机结构基本相同的四辊可逆轧机、分布于四辊可逆轧机两侧的张力装置、液压系统和电控系统；其特点是还包括试样加热装置。

所述四辊可逆轧机包括：轧机牌坊、主电机、减速箱、传动轴承、支撑辊、工作辊、压下（或压上）油缸、换辊轨道和换辊液压缸；其中主电机与减速箱连接，传动轴承连接减速箱和支撑辊（或工作辊），压下油缸安装在上支撑辊轴承座上方（若采用压上油缸，则压上油缸安装在下支撑辊轴承座下方）；压下油缸（或压上油缸）采用伺服阀驱动，内置位移传感器；换辊液压缸将辊系在换辊轨道上进行拉入和推出； 

所述分布于四辊可逆轧机两侧的张力装置包括：张力液压缸、液压夹钳、滑轨和导链；其中张力液压缸和液压夹钳连接，其连接处安装有测量张力的张力计；张力液压缸采用伺服阀驱动，内置能测量张力液压缸位移和速度的高精度位移传感器；

所述液压系统由油箱、循环泵、主泵、蓄能器、滤油器和减压阀组成；液压系统分别为张力液压缸和压下油缸（或压上油缸）提供高压（＞16MPa）和低压（＜5MPa）油源，为液压夹钳的钳口、平衡装置、换辊液压缸提供中压（10MPa左右）油源；

所述电控系统包括：PLC（可编程控制器）、模拟量输入模板、特殊功能模板、模拟量输出模板、传动控制单元；模拟量输入模板采集张力计信号；特殊功能模板采集位移传感器的位置和速度信号；模拟量输出模板输出信号连接到伺服阀；传动控制单元用于完成主电机的速度控制。PLC根据张力液压缸的张力计信号和位移传感器的位置信号，通过控制伺服阀完成张力液压缸的位置闭环控制和张力闭环控制；PLC根据压下油缸（或压上油缸）的位移传感器的位置信号，通过控制伺服阀完成轧辊压下位置（或压上位置）闭环控制； PLC与传动控制单元进行通信连接，由PLC设定轧制速度，传动控制单元完成速度闭环控制；

所述试样加热装置包括：调功控制单元、变压器和连接电缆；调功控制单元的输出端与变压器的原侧相接，变压器的副侧通过导电铜排和两张力装置的液压夹钳的钳口相接，与夹持在两个液压夹钳钳口之间的试样形成导电回路；液压夹钳与张力液压缸之间及液压夹钳与滑轨之间分别有绝缘垫；张力液压缸采用绝缘胶管进出油；绝缘胶管和连接电缆置于导链内；与试样相对应，有测量试样温度的温度测量仪器；该温度测量仪器采集的试样温度信号输入所述电控系统的模拟量输入模板， PLC根据试样温度信号控制调功控制单元对变压器的输入电压进行调整，完成试样加热温度的闭环控制。

本发明液压张力温轧机的有益效果：

（1）本发明采用张力装置对试样施加张力，同时采用电阻加热的方式对试样进行在线加热，可实现带张力温轧目的；通过调功控制单元和加热温度的闭环控制对不同常温难变形金属带材可实现从室温至800℃温度范围内的带张力轧制实验，为开发不同的温轧工艺，实现工业化生产常温难变形金属薄带创造技术条件。

（2）本发明液压张力温轧机所采用的试样为单片金属带材，与传统的卷取式轧机相比，可极大地节省实验材料，降低实验成本。

附图说明：

图1是本发明液压张力温轧机的整体机械结构示意图；

图2 是图1的侧视图；

图3是图1中液压夹钳钳口的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明液压张力温轧机的试样加热装置原理图。

图中符号说明：1-左张力液压缸，2-左张力计，3-左液压夹钳，4-左滑轨，5-左导链，6-支撑辊，7-工作辊，8-轧机牌坊，9-平衡装置，10-压下油缸，11-右导链，12-右滑轨，13-右液压夹钳，14-右张力计，15-右张力液压缸，16-换辊轨道，17-悬臂操作箱，18-换辊液压缸，19-传动轴承，20-减速箱，21-主电机，22-绝缘垫，23-导链连接机构，24-导电铜排，25-调功控制单元，26-变压器，27-温度测量仪表，28-连接电缆，29-试样。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明液压张力温轧机包括四辊可逆轧机、分布于四辊可逆轧机两侧的两套张力装置、试样加热装置、液压系统和电控系统。

如图1和图2所示，该液压张力温轧机的四辊可逆轧机主要包括：轧机牌坊8、主电机21、减速箱20、传动轴承19、支撑辊6、工作辊7、压下油缸10、换辊轨道16、换辊液压缸18及悬臂操作箱17；其中主电机21与减速箱20连接，传动轴承19连接减速箱20和支撑辊6，压下油缸10安装在上支撑辊轴承座上方（若采用压上油缸，则压上油缸安装在下支撑辊轴承座下方）；压下油缸10采用伺服阀（未图示）驱动，内置位移传感器（未图示）；换辊液压缸18将辊系在换辊轨道16上进行拉入和推出，悬臂操作箱17安装在四辊可逆轧机的操作侧，能左右旋转，悬臂操作箱17上镶嵌有人机界面计算机(未图示)，所有操作在悬臂操作箱17上完成。

如图1和图2所示，该液压张力温轧机的两套张力装置分布在轧机左右两侧，主要包括：左张力液压缸1和右张力液压缸15、左液压夹钳3和右液压夹钳13、导电铜排24、左滑轨4和右滑轨12、左导链5和右导链11。其中左张力液压缸1和左液压夹钳3连接，其连接处安装左张力计2，用于测量左侧张力；右张力液压缸15和右液压夹钳13连接，其连接处安装右张力计14，用于测量右侧张力。如图3和图4所示，在左液压夹钳3和右液压夹钳13的侧面安装导电铜排24；在左液压夹钳3和左张力液压缸1之间及左液压夹钳3和左滑轨4之间分别采用绝缘垫22进行绝缘；在右液压夹钳13和右张力液压缸15之间及右液压夹钳13和右滑轨12之间分别采用绝缘垫22进行绝缘。驱动左液压夹钳3和右液压夹钳13开闭的左张力液压缸1和右张力液压缸15分别采用绝缘胶管（未图示）进出油，由导链连接机构23连接的左导链5和右导链11分别装有绝缘胶管（未图示）和连接电缆28。左张力液压缸1和右张力液压缸15内分别置有高精度位移传感器（未图示），用于测量张力液压缸的位移和速度，左、右张力液压缸分别采用伺服阀（未图示）驱动。

如图5所示，该液压张力温轧机的试样加热装置主要包括：调功控制单元25、变压器26、温度测量仪器27和连接电缆28。为保证安全，所选择变压器26的额定输出电压小于36V。调功控制单元25的输出端连接到变压器26的原侧；根据加热功率要求选择连接电缆28，将变压器26的副侧分别连接到左张力装置的导电铜排和右张力装置的导电铜排，导电铜排与液压夹钳的钳口导通；试样29夹持在左液压夹钳3和右液压夹钳13之间，形成导电回路，以试样为电阻进行加热。

该液压张力温轧机的液压系统（未图示）由油箱、循环泵、主泵、蓄能器、滤油器和减压阀组成；液压系统分别为张力液压缸和压下油缸（或压上油缸）提供高压（＞16MPa）和低压（＜5MPa）油源，为液压夹钳的钳口、平衡装置9、换辊液压缸18提供中压（10MPa左右）油源；

该液压张力温轧机的电控系统（未图示）主要包括：PLC（可编程控制器）、模拟量输入模板、特殊功能模板、模拟量输出模板、传动控制单元等。模拟量输入模板采集试样温度测量仪器27和张力计2、14的信号；特殊功能模板采集位移传感器的位置和速度信号；模拟量输出模板输出信号连接到伺服阀和调功控制单元25；传动控制单元用于完成主电机21的速度控制。PLC根据张力液压缸1和15的张力计2和14信号和位移传感器的位置信号，通过控制伺服阀完成张力液压缸的位置闭环控制和张力闭环控制；PLC根据压下油缸10的位移传感器的位置信号，通过控制伺服阀完成轧辊压下位置闭环控制；PLC根据试样温度测量仪仪器27的信号，控制调功控制单元25，对变压器26的输入电压进行调整，完成试样加热温度的闭环控制；PLC与传动控制单元进行通信连接，由PLC设定轧制速度，传动控制单元完成速度闭环控制。

实施例

下面以镁合金带张力温轧为例，说明利用本发明液压张力温轧机的实验过程。

液压张力温轧机设备主要参数：

支撑辊：Φ480×350 mm，工作辊：Φ200×370 mm；

左、右张力液压缸：行程2000mm，MOOG伺服阀D661；

压下油缸：行程80mm，MOOG伺服阀D761；

液压夹钳：可夹持试样最大厚度为10mm，最大宽度300mm；

工作辊传动，主电机为150kW直流电机；

变压器功率100kW，副侧最大输出电压20V，最大加热电流5000A，连接电缆为4根185mm²铜电缆；

液压系统高压为23.5MPa，中压为11MPa，低压为3.5MPa；

电控系统为西门子S7400系列PLC，传动控制单元为西门子6RA80；

镁合金温轧实验过程：

所选镁合金材质为AZ31，试样原料尺寸：3.95mm×200mm×1000mm（厚×宽×长），目标厚度为0.7mm。试样加热温度220℃，采用6道次轧制至目标厚度，板型良好无边裂。具体轧制规程如下表所示。

 

Claims (1)

1.一种液压张力温轧机，包括四辊可逆轧机、分布于四辊可逆轧机两侧的张力装置、液压系统和电控系统； 

所述四辊可逆轧机包括：轧机牌坊（8）、主电机（21）、减速箱（20）、传动轴承（19）、支撑辊（6）、工作辊（7）、压下油缸（10）、换辊轨道（16）、换辊液压缸（18）和悬臂操作箱（17）；其中主电机（21）与减速箱（20）连接，传动轴承（19）连接减速箱（20）和支撑辊（6），压下油缸（10）安装在上支撑辊轴承座上方；压下油缸（10）采用伺服阀驱动，内置位移传感器；换辊液压缸（18）将辊系在换辊轨道（16）上进行拉入和推出；悬臂操作箱（17）安装在四辊可逆轧机的操作侧，能左右旋转；

所述分布于四辊可逆轧机两侧的张力装置包括：张力液压缸（1、15）、液压夹钳（3、13）、滑轨（4、12）和导链（5、11）；其中张力液压缸和液压夹钳连接，其连接处安装有测量张力的张力计（2、14）；张力液压缸采用伺服阀驱动，内置能测量张力液压缸位移和速度的高精度位移传感器；

所述液压系统由油箱、循环泵、主泵、蓄能器、滤油器和减压阀组成；液压系统分别为张力液压缸和压下油缸提供高压和低压油源，为液压夹钳（3、13）的钳口、平衡装置（9）、换辊液压缸（18）提供中压油源；

所述电控系统包括：PLC、模拟量输入模板、特殊功能模板、模拟量输出模板、传动控制单元；模拟量输入模板采集张力计信号；特殊功能模板采集位移传感器的位置和速度信号；模拟量输出模板输出信号连接到伺服阀；传动控制单元用于完成主电机的速度控制；PLC根据张力液压缸的张力计信号和位移传感器的位置信号，通过控制伺服阀完成张力液压缸的位置闭环控制和张力闭环控制；PLC根据压下油缸的位移传感器的位置信号，通过控制伺服阀完成轧辊压下位置闭环控制； PLC与传动控制单元进行通信连接，由PLC设定轧制速度，传动控制单元完成速度闭环控制；

其特征在于：该液压张力温轧机还包括试样加热装置；该试样加热装置包括：调功控制单元（25）、变压器（26）和连接电缆（28）；调功控制单元（25）的输出端与变压器（26）的原侧相接，变压器（26）的副侧通过导电铜排（24）和两张力装置的液压夹钳（3、13）的钳口相接，与夹持在两个液压夹钳（3、13）钳口之间的试样（29）形成导电回路；液压夹钳（3、13）与张力液压缸（1、15）之间及液压夹钳（3、13）与滑轨（4、12）之间分别有绝缘垫（22）；张力液压缸（1、15）采用绝缘胶管进出油；绝缘胶管和连接电缆（28）置于导链（5、11）内；与试样相对应，有测量试样温度的温度测量仪器（27）；该温度测量仪器（27）采集的试样温度信号输入所述电控系统的模拟量输入模板， PLC根据试样温度信号控制调功控制单元对变压器的输入电压进行调整，完成试样加热温度的闭环控制。