CN104439143A - 一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于连铸技术领域，特别涉及一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法及装置，可防止浇注过程中结晶器窄边跑锥。本发明提供了一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法及装置，在发明通过在浇注过程中通过实时监控并动态补偿结晶器上口、下口宽度变化，确保窄面锥度始终保持在目标值附近，从而彻底解决板坯连铸结晶器窄边跑锥问题，从而对于提高铸坯质量、减少漏钢事故、增加铜板寿命、提高铸机作业率等有着极为重要的意义。

Description

一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法及装置

技术领域

本发明属于连铸技术领域，特别涉及一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法及装置，可防止浇注过程中结晶器窄边跑锥。 

背景技术

结晶器锥度是一个需要严格控制的参数，通常开浇前根据钢种和铸坯断面进行合理的设定，在正常的浇注过程中不允许锥度发生变化。如果锥度过小，结晶器铜板与坯壳之间的气隙增大，热阻显著增大，削弱了传热冷却效果，铸坯得不到足够冷却而导致坯壳厚度减薄，容易发生鼓肚，严重时还会漏钢；反之锥度过大，铸坯与结晶器窄面铜板间的作用力增大，摩擦阻力增加，导致质量缺陷、铜板磨损加快等后果。 

现代板坯连铸机通常采用组合式结晶器，即由宽面2块铜板夹着窄边2块铜板组合而成，现已广泛采用手动、电动或液压来调整结晶器宽度。由于机械间隙配合不到位、预紧力不够、加工误差等原因导致国内外结晶器窄边跑锥比较常见，浇注后发现结晶器窄边锥度常常变化±（2~6）mm，大大超过了设计允许偏差±0.3mm的要求，为了改善或者消除跑锥，有的钢厂采用“上下内推”或“上拉下推”等方式来调整结晶器宽度与锥度、也有钢厂采用提高调宽机构加工装配精度的方法（如夹紧碟簧装配必须到位以满足合适的预紧力要求、调整梯形螺纹副间隙小于0.03mm避免窄面锁固螺母滑动等）、还有钢厂采用上下均焊接一拉杆将窄边“固定焊死”等，然而上述避免跑锥的措施局限性大，难以推广。 

专利号为ZL200410006368.5的一种在线控制结晶器窄面锥度的技术，通过测量结晶器窄边热流与宽面热流的比值来判定结晶器锥度是否合适，但是不能在线改变结晶器上口、下口宽度来调整窄边锥度，而且该判据只适用于中碳亚包晶钢种，不能从根本上解决板坯连铸结晶器窄边跑锥问题。 

发明内容

针对背景技术的不足，本发明提供了一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法及装置，在发明通过在浇注过程中通过实时监控并动态补偿结晶器上口、下口宽度变化，确保窄面锥度始终保持在目标值附近，从而彻底解决板坯连铸结晶器窄边跑锥问题，从而对于提高铸坯质量、减少漏钢事故、增加铜板寿命、提高铸机作业率等有着极为重要的意义。 

本发明通过：板坯结晶器窄边比例伺服阀与微脉冲高精度位移传感器来闭环控制结晶器窄边上下两个油缸的动作，实时监控并补偿结晶器窄边铜板位置的变化，最终实现结晶器窄面锥度的动态保持。 

本发明的技术方案是：一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法，其特征在于：包括以下步骤， 

步骤一、利用位移传感器（12）监控实时绝对锥度B、结晶器上下口宽度，并判断是否发生跑锥现象，如发生跑锥现象则执行第二步，否则继续监视；

步骤二、减轻窄边铜板（4）运动过程中与宽面铜板（5）之间的摩擦阻力；

步骤三、通过四套独立的调窄机构按照测量结果推动窄边移动板（9），使窄边足辊（11）按照跑锥相反的方向运动，对结晶器上下口宽度进行实时补偿；

步骤四、如果实时绝对锥度B、结晶器上下口宽度恢复到设定值之内时，则关停调窄机构；

步骤五、恢复窄边铜板（4）运动过程中与宽面铜板（5）之间的摩擦阻力，确保宽面铜板（5）与窄边铜板（4）之间的角缝满足精度要求。

如上所述的结晶器窄面锥度的方法，其特征在于：所述的每一套调窄机构包括窄边调宽液压缸（7）、位移传感器（12）和比例伺服阀（13），通过位移传感器（12）测量距离以控制比例伺服阀（13）动作，进而实现窄边调宽液压缸（7）启动或关闭。 

本发明还公开了一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度装置，包括四套独立的调窄机构、宽面夹紧机构和结晶器本体，所述的结晶器本体设有窄边移动板（9），所述的宽面夹紧机构由夹紧拉杆（1）、外弧水箱（2）、夹紧油缸（3）、窄边铜板（4）、宽面铜板（5）和内弧水箱（6）组成，夹紧油缸（3）内含碟簧（31）、活塞杆（32），其特征在于：所述的夹紧拉杆（1）一端用螺母压在内弧水箱（6）的外壁上，另外一端通过碟簧（31）将外弧水箱（2）与宽面铜板（5）压紧，所述的每一套调窄机构包括窄边调宽液压缸（7）、位移传感器（12）和比例伺服阀（13），所述的窄边调宽液压缸（7）安装在窄边移动板（9）的背后。 

如上所述的结晶器窄面锥度装置，其特征在于：通过位移传感器（12）测量距离以控制比例伺服阀（13）动作，进而实现窄边调宽液压缸（7）启动或关闭。                                           

本发明的有益效果是：在浇注过程中依靠比例伺服阀与微脉冲高精度位移传感器来闭环控制结晶器窄边调宽液压缸的动作，构成了窄边铜板位置的变化，最终实现结晶器宽度与锥度的调整。

附图说明

图1  结晶器锥度示意图； 

图2  结晶器宽面夹紧示意图；

图3  结晶器沿A-A向视图。

具体实施方式

图2标记的说明：夹紧拉杆1，外弧水箱2，夹紧油缸3，碟簧31、活塞杆32、窄边铜板4、宽面铜板5、内弧水箱6。 

图3标记的说明：窄边调宽液压缸7，窄边移动板9、窄边背板10、窄边足辊11、位移传感器12、比例伺服阀13。 

以下结合附图对本发明做进一步的说明。 

如附图2所示，在线动态保持板坯结晶器窄面锥度装置包括调窄机构和宽面夹紧机构，其中宽面夹紧机构主要由夹紧拉杆1、外弧水箱2、夹紧油缸3、窄边铜板4、宽面铜板5和内弧水箱6组成，夹紧油缸3内含碟簧31、活塞杆32。其中夹紧拉杆1一端用螺母压在内弧水箱6的外壁上，另外一端通过碟簧31将外弧水箱2与宽面铜板5压紧，从而将窄边铜板4夹紧。 

将图2沿A-A方向剖分详见图3，在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的装置，包括四套独立的调窄机构（附图3中只画出其中一套），每一套调窄机构包括窄边调宽液压缸7、位移传感器12和比例伺服阀13，位移传感器12优选微脉冲高精度位移传感器12。本发明中位移传感器12与比例伺服阀13来闭环控制结晶器窄边调宽液压缸7，具体来说，通过位移传感器12来测量距离以控制比例伺服阀13动作，进而实现窄边调宽液压缸7启动或关闭。 

如图3所示，本发明的结晶器窄面包括窄边移动板9、窄边背板10、窄边铜板4和窄边足辊11，窄边铜板4背部设有窄边移动板9，窄边背板10。四套独立的调窄机构分别通过调宽液压缸7安装在窄边移动板9的背后。这样窄边调宽液压缸7的伸缩便可以推动窄边移动板9做相应的运动，进而使窄边铜板4运动，并带动窄边足辊11按照跑锥相反的方向运动。 

本装置的工作过程是：当需要调锥或调宽时，为减轻窄边铜板4运动过程中与宽面铜板5之间的摩擦阻力，通过夹紧油缸3的活塞杆32来推动夹紧拉杆1以抵消部分碟簧31预紧力。然后通过位移传感器12来测量距离，如需要调整，则控制比例伺服阀13动作，进而实现窄边调宽液压缸7启动或关闭，推动窄边铜板4运动。当调宽、调锥结束后或者液压***出故障时，活塞杆32后退，内弧水箱2、外弧水箱6恢复到碟簧31所预设的夹紧力状态，保证宽面铜板5与窄边铜板4之间的角缝小于0.3mm。该技术安全可靠，还可避免由于窄边铜板的热膨胀而使宽窄边之间的面压增大产生铜板蠕变变形。 

对于板坯结晶器，由于宽度方向的收缩量要比厚度方向大得多。为便于安装，结晶器的宽面一般都做成平行的。在实际生产中上口窄边给正偏差，下口窄边给负偏差，以实现厚度方向上的倒锥度。实践证明结晶器宽度方向上的锥度比厚度方向上的锥度更为重要。因此，通常所说的结晶器锥度就是指结晶器宽度方向上的锥度，可按公式(1)计算： 

$T=\frac{W_t-W_b}{W_b}\×100\%---\left(1\right)$

式中：T－结晶器锥度，％； 

W_t－结晶器上口宽度，mm； 

W_b－结晶器下口宽度，mm； 

结晶器宽度的设定要考虑从钢液的凝固以及冷却到常温所引起的收缩量，结晶器厚度的设定不仅要考虑收缩量还要附加轻压下量。根据钢种的成分以及连铸机型等因素，这种总的收缩取0.8％～2.5％为宜，普碳钢可取1.3％，因而结晶器下口宽度W_b可由公式(2)计算： 

W_b＝W_s×(1+1.3％)   (2) 

式中：W_s－冷态板坯宽度，mm； 

结晶器宽面上的锥度取决于板坯宽度与结晶器操作条件(如图1)，则结晶器绝对锥度B可由公式(3)计算： 

$B=W_b\×\frac{T}{2}---\left(3\right)$

本发明浇注过程中依靠微脉冲高精度位移传感器12与比例伺服阀13来闭环控制结晶器窄边调宽液压缸7动作，构成了窄边铜板位置的变化，最终实现结晶器宽度与锥度的调整。 

参见图3，开浇之前根据所需冷坯宽度，按照预定的锥度与收缩系数自动调整结晶器上口宽度W_t、下口宽度W_b、绝对锥度B到达公式（1）~（3）理论计算目标值即可。浇注过程中按照计算出合理的压力松开夹紧油缸3，实时监控绝对锥度B与上下口宽度（W_t、W_b）的变化，一旦偏差大于许可值，自动开启窄边调宽液压缸7的比例伺服阀13按照跑锥相反的运动方向（即“反向跑锥模式”）对上下口宽度进行补偿，独立利用窄面调宽液压缸7来推动窄边移动板9、窄边背板10、窄边铜板4、窄边足辊11再次达到绝对锥度B设定的目标位置，周而复始，从而保持浇注过程中结晶器锥度始终保持在误差范围内，这就是所谓的结晶器锥度动态保持技术。 

结晶器窄面锥度动态保持技术具体实施步骤如下： 

1、利用微脉冲高精度位移传感器12监控实时绝对锥度B、结晶器上下口宽度（Wt、Wb）与公式（1）~（3）理论计算值的偏差超出设定值，即发生跑锥现象；

2、夹紧油缸3打开活塞杆32来推动夹紧拉杆1以抵消部分碟簧预紧力，来减轻窄边铜板4运动过程中与宽面铜板5之间的摩擦阻力。

3、自动开启窄边调宽液压缸7比例伺服阀13，推动窄边移动板9、窄边背板10、窄边铜板4、窄边足辊11按照跑锥相反的方向运动，对结晶器上下口宽度进行实时补偿； 

4、如果实时绝对锥度B、结晶器上下口宽度（Wt、Wb）与公式（1）~（3）理论计算值的偏差重新恢复到设定值之内时，比例伺服阀13关闭，窄边调宽液压缸7停止运动；

5、夹紧油缸3关闭活塞杆32后退，内外弧水箱恢复到碟簧31所预设的夹紧力状态，保证宽面铜板5与窄边铜板4之间的角缝小于0.3mm。

浇注过程中，步骤1~5周而复始，因而可以将结晶器锥度始终保持在误差范围内。 

从2013年10月09日该技术正式在国内某厂投入使用至今，累计浇钢100万t，每个浇次平均连浇14炉，最大拉速可达1.4m/min，不管浇注断面如何变化结晶器左侧、右侧锥度偏差始终保持在±0.5mm内，铸坯内外部质量优良，实际使用效果令人满意。 

Claims (4)

1.一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一、利用位移传感器（12）监控实时绝对锥度B、结晶器上下口宽度，并判断是否发生跑锥现象，如发生跑锥现象则执行第二步，否则继续监视；

步骤二、减轻窄边铜板（4）运动过程中与宽面铜板（5）之间的摩擦阻力；

步骤三、通过四套独立的调窄机构按照测量结果推动窄边移动板（9），使窄边足辊（11）按照跑锥相反的方向运动，对结晶器上下口宽度进行实时补偿；

步骤四、如果实时绝对锥度B、结晶器上下口宽度恢复到设定值之内时，则关停调窄机构；

步骤五、恢复窄边铜板（4）运动过程中与宽面铜板（5）之间的摩擦阻力，确保宽面铜板（5）与窄边铜板（4）之间的角缝满足精度要求。

2.如权利要求1所述的结晶器窄面锥度的方法，其特征在于：所述的每一套调窄机构包括窄边调宽液压缸（7）、位移传感器（12）和比例伺服阀（13），通过位移传感器（12）测量距离以控制比例伺服阀（13）动作，进而实现窄边调宽液压缸（7）启动或关闭。

3.一种在线动态保持板坯结晶器窄面锥度装置，包括四套独立的调窄机构、宽面夹紧机构和结晶器本体，所述的结晶器本体设有窄边移动板（9），所述的宽面夹紧机构由夹紧拉杆（1）、外弧水箱（2）、夹紧油缸（3）、窄边铜板（4）、宽面铜板（5）和内弧水箱（6）组成，夹紧油缸（3）内含碟簧（31）、活塞杆（32），其特征在于：所述的夹紧拉杆（1）一端用螺母压在内弧水箱（6）的外壁上，另外一端通过碟簧（31）将外弧水箱（2）与宽面铜板（5）压紧，

所述的每一套调窄机构包括窄边调宽液压缸（7）、位移传感器（12）和比例伺服阀（13），所述的窄边调宽液压缸（7）安装在窄边移动板（9）的背后。

4.如权利要求3所述的结晶器窄面锥度装置，其特征在于：通过位移传感器（12）测量距离以控制比例伺服阀（13）动作，进而实现窄边调宽液压缸（7）启动或关闭。