CN104889354B - 一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，该方法为在连铸坯凝固过程中，各台变频器实时采集相应的驱动辊的实际输出扭矩，计算当前该铸流的总输出扭矩，当在连铸坯凝固过程中各拉矫机均等出力拉铸时，各台驱动辊的负荷因数按照拉矫机个数平均分配，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与其相应的负荷因数的乘积，当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，根据不同连铸坯压下区域设定各台驱动辊的负荷因数，确定各台驱动辊的设定输出扭矩，根据各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差，对各驱动辊转速进行调整。
Description
技术领域
本发明属于大方坯、板坯连铸生产领域，具体涉及一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法。
背景技术
连铸坯动态轻压下是改善连铸坯中心偏析与疏松的有效工艺技术，其实施原理在于：通过在连铸坯凝固末期附近施加压力(热应力和机械应力)以产生一定的压下量阻碍含富集偏析元素的钢液流动从而消除中心偏析，同时补偿连铸坯的凝固收缩量以消除中心疏松。压下区间是指轻压下的实施位置，多采用铸坯中心固相率表示；压下量是决定压下实施多少的重要参数，单位距离内的压下量一般用压下率表示。根据浇铸条件的不同，压下区间、压下量/压下率参数也不尽相同。
随着铸坯断面的增宽加厚，压下过程的坯壳抗力显著增加，因此为达到溶质偏析钢液挤压排除，提高铸坯致密度的压下效果，凝固末端压下量势必增加。然而，在压下过程中，除压坯力外，铸坯势必还会受到拉坯方向的力。铸坯表面压下量向固液界面传递过程中大部分被耗散在铸坯宽展与延展变形中。因此，控制铸坯延展应变，使铸坯处于“堆钢”压下状态，可有效提高压下工艺效果，确保压下量能有效传递至液芯，真正达到挤压液芯的工艺效果。实际生产过程中，通过控制各驱动辊转速，可实现驱动辊扭矩的间接控制。因此，驱动辊扭矩控制技术是实现铸坯“堆钢压下”，确保压下量有效传递至液芯的有效手段。
目前连铸过程中大多采用均衡载荷或均衡拉速方法控制驱动辊扭矩，即根据设定拉速均衡分配各拉矫机扭矩。部分专利也给出了扭矩控制的方法，如CN104001886A通过引入负荷分配系数实现了拉矫机组总负荷在各台拉矫机上的自由分配，通过闭环调节实现了拉坯力的自动控制；专利CN101648264A旨在解决大方坯轻压下过程中压下导致的扭矩分配不均。上述专利都提出了对连铸生产过程中驱动辊扭矩的控制方法，但均未从降低铸坯延展变形，提高压下工艺效果角度设计驱动扭矩分配方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法。
一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在连铸坯凝固过程中，连铸拉矫机***各台变频器实时采集相应的驱动辊的实际输出扭矩 为第i台驱动辊的实际输出扭矩，n为当前铸流参与负荷分配的驱动辊台数，计算当前该铸流的总输出扭矩
步骤2：根据当前该铸流的总输出扭矩确定各台驱动辊的设定输出扭矩
步骤2.1：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机均等出力拉铸时，各台驱动辊的负荷因数按照拉矫机个数平均分配，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与其相应的负荷因数的乘积；
步骤2.2：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，根据不同连铸坯压下区域设定各台驱动辊的负荷因数，确定各台驱动辊的设定输出扭矩；
步骤2.2.1：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，设定连铸坯不同区域的负荷因数：设定连铸坯压下区域前的负荷因数为占总载荷的50％～150％，设定连铸坯压下区域内的负荷因数为占总载荷的-50％～100％，设定连铸坯压下区域后的负荷因数为占总载荷的-50％～50％，连铸坯各区域的负荷因数总和为100％；
步骤2.2.2：在连铸坯压下区域内，根据各驱动辊压下量计算连铸坯压下区域内的各台拉矫机的设定输出扭矩：其中，μ＝1、2...m，m为连铸坯压下区域内的驱动辊台数，εμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机的设定输出扭矩，Gμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机的输出扭矩的控制增益；Rμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机或扇形段的压下量，Rall为连铸坯压下区域内压下总量；
步骤2.2.3：在连铸坯压下区域前和连铸坯压下区域后，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与各驱动辊负荷因数的乘积；
步骤2.3：设定最大设定输出扭矩Tmax，当驱动辊的设定输出扭矩大于最大设定输出扭矩Tmax时，则将最大设定输出扭矩Tmax作为该驱动辊的设定输出扭矩；
步骤3：根据各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差对各驱动辊转速进行调整：
步骤3.1：计算各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差根据该偏差对各驱动辊转速以设定微调转速进行逐步调整；
步骤3.2：判断调整后的驱动辊转速与初始设定拉速的偏差是否超过初始设定拉速的±20％，若是，则不再调整驱动辊转速，否则，执行步骤3.3；
步骤3.3：判断驱动辊的输出扭矩是否达到该驱动辊的设定输出扭矩，若是，不再调整驱动辊转速，否则，返回步骤3.1。
所述的设定微调转速为-0.20～0.20m/min。
本发明的有益效果是：
本发明提出应用于大方坯、板坯连铸生产领域的一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，在驱动辊与铸坯的接触位置上，铸坯受到摩擦力与压力的双重作用，如图1所示。其中摩擦力整体方向为拉坯方向，即摩擦力驱动铸坯前行；压力整体作用方向为压坯方向，即使固液界面变形而起到凝固末端压下的效果。当拉坯力过大时，此时铸坯受力方向趋于水平，铸坯以延展变形为主要变形方向。因此，降低拉坯力可显著降低铸坯延展变形，使铸坯更趋于压缩变形，从而提高压下效果。因此，本发明的优点在于通过改善各拉矫机输出扭矩，有效控制各驱动辊间铸坯张力，使压下过程中的铸坯更趋于压缩变形，从而提升铸坯内部质量。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的连铸坯凝固末端压下过程的铸坯变形与受力分析；
图2为本发明具体实施方式中的提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。
本发明应用于某钢厂380mm×490mm大方坯连铸机，其有12台拉矫机，其中可压下拉矫机10台，以生产轴承钢、冷镦钢等中、高碳合金钢为主。其中2#～9#、11#、12#拉矫机内弧安装有驱动辊，本实施例中，初始设定拉速为0.5m/min，浇铸钢种为GCr15轴承钢。
一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：在连铸坯凝固过程中，连铸拉矫机***各台变频器实时采集相应的驱动辊的实际输出扭矩 为第i台驱动辊的实际输出扭矩，n为当前铸流参与负荷分配的驱动辊台数，计算当前该铸流的总输出扭矩
本实施方式中，当前铸流参与负荷分配的驱动辊台数n为10，实时采集相应的驱动辊的实际输出扭矩数值为：21.8Nm、22.5Nm、22.2Nm、22.1Nm、22.7Nm、22.7Nm、21.6Nm、20.9Nm、23.2Nm、21.9Nm。
则该铸流某一时刻的总输出扭矩为221.6Nm。
步骤2：根据当前该铸流的总输出扭矩确定各台驱动辊的设定输出扭矩
步骤2.1：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机均等出力拉铸时，各台驱动辊的负荷因数按照拉矫机个数平均分配，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与其相应的负荷因数的乘积。
本实施方式中，当在连铸坯凝固过程中各拉矫机均等出力拉铸时，各台驱动辊的负荷因数按照拉矫机个数平均分配均为10％，考虑到生产过程波动等影响，各台驱动辊的设定输出扭矩约为20.0～25.0Nm。
步骤2.2：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，根据不同连铸坯压下区域设定各台驱动辊的负荷因数，确定各台驱动辊的设定输出扭矩。
步骤2.2.1：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，设定连铸坯不同区域的负荷因数：设定连铸坯压下区域前的负荷因数为占总载荷的50％～150％，设定连铸坯压下区域内的负荷因数为占总载荷的-50％～100％，设定连铸坯压下区域后的负荷因数为占总载荷的-50％～50％，连铸坯各区域的负荷因数总和为100％。
本实施方式中，当1486～1496℃的浇铸温度和以0.5m/min拉速条件下生产轴承钢GCr15时，连铸坯压下区域位于5#～8#拉矫机之间。
设定连铸坯压下区域前的2#～4#驱动辊的负荷因数为约占总载荷的75％，设定连铸坯压下区域内的5#～8#驱动辊的负荷因数为约占总载荷的19％，设定连铸坯压下区域后的9#、11#、12#驱动辊的负荷因数为约占总载荷的6％，连铸坯各区域的负荷因数总和为100％。
步骤2.2.2：在连铸坯压下区域内，根据各驱动辊压下量计算连铸坯压下区域内的各台拉矫机的设定输出扭矩：其中，μ＝1、2...m，m为连铸坯压下区域内的驱动辊台数，εμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机的设定输出扭矩，Gμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机的输出扭矩的控制增益，Rμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机或扇形段的压下量，Rall为连铸坯压下区域内压下总量。
本实施方式中，连铸坯压下区域位于5#～8#拉矫机之间，则连铸坯压下区域内的驱动辊台数m＝4，根据专利ZL200910187338.1《一种大方坯连铸动态轻压下压下量在线控制方法》计算连铸坯压下区域内拉矫机5#～8#的压下量，连铸坯压下区域内5#～8#拉矫机的输出扭矩的控制增益为-50～+50的比例放大系数，则根据各驱动辊压下量计算连铸坯压下区域内的5#～8#拉矫机的设定输出扭矩约为38.8Nm、37.9Nm、-12.4Nm、-14.3Nm。
步骤2.2.3：在连铸坯压下区域前和连铸坯压下区域后，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与各驱动辊负荷因数的乘积。
本实施方式中，在连铸坯压下区域前的2#～4#驱动辊的设定输出扭矩分别约为57.8Nm、54.5Nm、55.3Nm，在连铸坯压下区域后的9#、11#、12#驱动辊的设定输出扭矩分别约为2.2Nm、3.7Nm、3.7Nm，该铸流某一时刻的总输出扭矩为227.2Nm。
步骤2.3：设定最大设定输出扭矩Tmax，当驱动辊的设定输出扭矩大于最大设定输出扭矩Tmax时，则将最大设定输出扭矩Tmax作为该驱动辊的设定输出扭矩。
本实施方式中，最大设定输出扭矩Tmax为350Nm。
步骤3：根据各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差对各驱动辊转速进行调整。
步骤3.1：计算各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差根据该偏差对各驱动辊转速以设定微调转速进行逐步调整。
本实施方式中，设定微调转速为-0.10m/min～0.10m/min。
步骤3.2：判断调整后的驱动辊转速与初始设定拉速的偏差是否超过初始设定拉速的±20％，若是，则不再调整驱动辊转速，否则，执行步骤3.3。
步骤3.3：判断驱动辊的输出扭矩是否达到该驱动辊的设定输出扭矩，若是，不再调整驱动辊转速，否则，返回步骤3.1。
本实施方式中，进行调整以后，各拉矫机负荷分配因数、设定输出扭矩和设定拉矫机拉速如表1所示：
表1各拉矫机负荷分配因数、设定输出扭矩和设定拉矫机拉速
技术实施后，生产铸坯质量效果明显改进，中心疏松与缩孔缺陷降低1.0级左右。
Claims (3)
1.一种提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在连铸坯凝固过程中，连铸拉矫机***各台变频器实时采集相应的驱动辊的实际输出扭矩为第i台驱动辊的实际输出扭矩，n为当前铸流参与负荷分配的驱动辊台数，计算当前该铸流的总输出扭矩
步骤2：根据当前该铸流的总输出扭矩确定各台驱动辊的设定输出扭矩
步骤2.1：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机均等出力拉铸时，各台驱动辊的负荷因数按照拉矫机个数平均分配，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与其相应的负荷因数的乘积；
步骤2.2：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，根据不同连铸坯压下区域设定各台驱动辊的负荷因数，确定各台驱动辊的设定输出扭矩；
步骤2.2.1：当在连铸坯凝固过程中各拉矫机非均等出力拉铸时，设定连铸坯不同区域的负荷因数：设定连铸坯压下区域前的负荷因数为占总载荷的50％～150％，设定连铸坯压下区域内的负荷因数为占总载荷的-50％～100％，设定连铸坯压下区域后的负荷因数为占总载荷的-50％～50％，连铸坯各区域的负荷因数总和为100％；
步骤2.2.2：在连铸坯压下区域内，根据各驱动辊压下量计算连铸坯压下区域内的各台拉矫机的设定输出扭矩；
步骤2.2.3：在连铸坯压下区域前和连铸坯压下区域后，各台驱动辊的设定输出扭矩为总输出扭矩与各驱动辊负荷因数的乘积；
步骤2.3：设定最大设定输出扭矩Tmax，当驱动辊的设定输出扭矩大于最大设定输出扭矩Tmax时，则将最大设定输出扭矩Tmax作为该驱动辊的设定输出扭矩；
步骤3：根据各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差对各驱动辊转速进行调整；
步骤3.1：计算各驱动辊设定输出扭矩与实际输出扭矩的偏差根据该偏差对各驱动辊转速以设定微调转速进行逐步调整；
步骤3.2：判断调整后的驱动辊转速与初始设定拉速的偏差是否超过初始设定拉速的±20％，若是，则不再调整驱动辊转速，否则，执行步骤3.3；
步骤3.3：判断驱动辊的输出扭矩是否达到该驱动辊的设定输出扭矩，若是，不再调整驱动辊转速，否则，返回步骤3.1。
2.根据权利要求1所述的提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，其特征在于，所述的根据各驱动辊压下量计算连铸坯压下区域内的各台拉矫机的设定输出扭矩具体方法为：其中，μ＝1、2…m，m为连铸坯压下区域内的驱动辊台数，εμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机的设定输出扭矩，Gμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机的输出扭矩的控制增益，Rμ为连铸坯压下区域内第μ台拉矫机或扇形段的压下量，Rall为连铸坯压下区域内压下总量。
3.根据权利要求1所述的提高连铸坯凝固末端压下效果的拉矫机扭矩控制方法，其特征在于，所述的设定微调转速为-0.20～0.20m/min。
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