CN1136984A - 双辊连铸控制工艺 - Google Patents

Abstract

双辊连铸控制工艺，其中，浇铸时测量辊的分离力(RSF)并且调整至少一个辊的轴承的位置以增减上述双辊的中心距，其特征在于，为了基本保持上述力不变，预先设定一个包括理想的名义力(RSF_o)的力值范围(△RSF)，测量力值超出上述范围时的轴承位置变化比测量力值在上述范围内时的位置变化大。本工艺特别适用于薄钢带的双辊连铸。

Description

双辊连铸控制工艺

本发明涉及薄金属制品，特别是钢制品的双辊连铸。

根据已知技术制造的产品，例如几毫米厚的薄带钢是通过浇铸熔融金属于辊轴平行的双辊间的浇铸空隙而得到的，上述双辊受到冷却并且异向驱动转动。金属一接触辊的冷的辊身就凝固了，由于辊的旋转而带入的凝固金属皮在辊间的辊颈区域连接形成了向下牵引而出的薄带。

实施双辊连铸技术受到诸多限制，它同时要考虑铸造产品和铸造设备的配置情况。

特别是在连铸板带在尺寸与形状方面必须有要求的那样的横截面。

这意味着辊颈间的缝隙，即双辊间距离实际上应该等于板带要求厚度。实践中，由于所得板带通常经受后续的轧制操作，所以厚度的精确性不如板带的厚度在整个长度的均匀性重要。因此，相对要求厚度有十分之几毫米的偏差在轧制操作后就变得无损于生产出的终产品质量了，然而尽管轧制，铸造的板带在长度上的厚度的剧变也将对终产品有影响。

从实施连铸工艺的观点出发，最大的限制当然是获得连续的板带，因此必须牵引出板带并且在牵引过程中充分固化板带。当延展性较好的金属如铝连铸时，在辊颈上游侧的金属的过渡凝固没有必然的影响，但是对于硬质金属如钢，这是不允许的。因为这样的过渡凝固导致在辊颈处形成V形金属块而阻止了牵引的进行，或者过渡凝固的金属通过辊时对辊造成破坏。

相反，凝固不充分时将导致辊颈下游侧的板带断裂或撕裂。

为了避免上述两种缺陷发生，众所周知地可以调节辊间距离，当凝固不充分时将两辊移近或过渡凝固时将两辊远离，于是成型与辊身接触的凝固金属皮之间的凝固凹口的底部与辊颈齐平。

当由于各种原因使铸造中的凝固条件变化时，特别是在开始，辊开始转动的第一转和辊接近稳定温度时，不可避免地导致产品厚度在长度方向上的变化。然而从板带的铸造质量出发，这种变化是不可接受的。

但是除了上述问题外还有其他的问题，特别是涉及辊的凸度问题，由于实际中无法得到纯圆形的辊，这意味着当辊的支撑轴承位置固定时，辊间距离随辊的旋转而周期性变化。值得注意的是，辊在冷态下的凸度要加上热变形产生的环向缺陷，该热变形是由每个周期中的辊面的周期性加热、冷却引起的。

已经知道有各种方法都在试图解决上述中的若干问题。

例如，从EP-A-123059和EP-A-194628专利文件中可以知道一种铸造工艺，其中，为了防止铸造的金属过渡凝固对铸造造成破坏，通过铸件对铸辊施加分离力而使辊间距离变化，该分离力被认为表示金属凝固状态。但是该方法如上述那样，导致所得板带的厚度在长度方向上发生变化。

从上述文件中还知道一种方法，其中，辊的转速(相应的铸造速度)随距离或力的变化而变化。该方法基于以下事实，如果速度增加，与辊接触的熔融金属的凝固时间缩短，于是凝固不充分(反之亦然)，但是该方法不能足够快地反应以避免突发的过渡凝固或不充分凝固问题，该方法实际中也只能与上述用于调整以分离力为函数的距离的方法联合使用。

还知道一种铸造工艺，其中为考虑辊的环向缺陷问题，轴的轴承位置是通过测量上述凸度以及相应地改变作为辊转角函数的轴承位置而变化的。但是很容易理解该方法不可能解决与铸造金属的凝固状态有关的问题。

本发明的任务是综合解决上述问题，目的特别是让以下情况成为可能：

-铸造中没有板带断裂或撕裂的危险；

-防止破坏辊；

-消除辊上所谓的＂亮斑＂，它是分离力高度集中的标志，并且反映出是辊表面光洁度(粗糙度)局部修整的地方，它对后续的第一凝固金属皮的均匀性有影响。

-最特别的是，生产出的金属板带在其全长上的厚度尽可能不变，并且在铸造开始后尽可能快地达到这样的均匀厚度。

基于上述目的，本发明的主题是一种双辊连铸控制工艺，其中，连铸时测量辊的分离力并且调整至少一个辊的轴承位置来增减辊的中心距，其特征是，为了保持上述力基本不变，事先设定一个包括理想的名义力的力值范围，测量力值超出该范围时的轴承位置的变化比测量力值在该范围内时的轴承位置的变化大得多。

因此根据本发明，为了调整辊的轴承位置，要考虑分离力的测量值与理想的名义力值之间的偏离范围：只要力在设定范围内，即测量力与名义力的差比较小，使用移动辊轴承以补偿力的变化这种手段的反应是微弱的(甚至是零)，但是如果力值超出了上述范围，反应将剧烈得多。

根据本发明的一个特别实施例，轴承位置调整到一个设定位置，该设定位置由位置参数决定，在轴承位置的初始设定值上以修正值而产生了上述位置参数，该修正值是分离力的测量值与名义力的差值函数，测量力超出上述范围时的该修正值比测量力在上述范围内时的修正值大。

特别是根据分离力的设定值与实际测量值的偏差，通过对该偏差的代表信号E进行修定而控制上述的修正作用的幅度。该修定值用函数如此限定，当测量力值在设定范围内时，信号强度降低，修定的E′＝F(E)信号用于控制环路中产生修正值Δd，将修正值加到轴承位置的初始设定值d_o上产生了位置参数d_r，该位置参数又用作控制轴承位置的通用控制环路的设定点。

在这样的控制环路中的轴承位移速度传统上和轴承实际位置与设定位置的差值成比例的。它的原则是，位置参数与实际测量值相当越大，轴承位置的变化速度越快。

此外，由于修定的结果是设定位置超出了初始设定位置，并且是朝扩大轴承设定位置与实际位置的偏差方向发展，因此偏差越大，测量力值与名义力值相差越大，它的原则是，测量力值超出上述范围时，轴承位置的控制的性加强了。

换而言之，该修定导致假想位置参数的产生，该参数确定了一个设定位置，该设定位置相对初始设定位置通常是向着补偿分离力的变化之方向而变化，即由于分离力的增大而导致两辊离开的方向，反之亦然。此外，由于作为主控制轴承位置的设定点的位置参数与轴承位置实际测量相差很多，为了移动轴承，该控制反应比设定位置保持在初始设定位置时的反应快得多。

根据一个特殊实施例，修定信号E′作为分离力测量值与名义力值的差值函数而增强。这时，测量力与名义力相差越大，反应越强烈。特别是，测量力超出上述范围时的修定信号比测量力在上述范围内的信号增强得快。它的原则是，反应不仅随测量力与名义力的差值增强，而且偏差越大，反应的速度越快。

根据另一个实施例，当测量力值在上述范围内时，修定信号是零，当测量力值超出上述范围时，它作为测量力与名义力有差值函数而增强。这时，只要测量力在上述范围内，就照常进行轴承位置的控制以保证轴承在初始设定位置，这时容许力的变化以及不用移动轴承以补偿力的变化。相反，测量力一超出上述范围，测量力超出得越远，轴承位置变化越大。

根据另一个实施例，在预定开始阶段后的修正值减小。这样将一个根据浇铸阶段的辅助调整上述的根据测量力的修正作用的幅度调整上。这样的调整使得浇铸初期的控制反应进一步加强，以尽快地达到稳定态，并且实际上稳定态一达到，该反应就减弱，以防止在浇铸初期后发生的力的短暂巅峰期可能导致的实际中的辊距变化，该辊距的变化就如同在上述浇铸初期中的那样。应该注意到，无论测量力是否超出上述范围，都独立地实施上述第二调整。

以同样的方式和基本相同的效果，上述力的范围在浇铸初期较窄而随后扩宽。

上述最后的两个实施例的目的是：

-保证在浇铸初期的控制反应有很高的反应性，以尽可能地补偿浇铸参数的变化，这样的变化发生在设备接近稳定态时，辊的加速时，辊接近稳定温度时，辊的变形时，以利于浇铸的连续性，尽管这改变了辊间距。

-随后，尽可能容许现有的力的巅峰值存在而不用或轻微地改变轴承位置，减弱反应性以保证铸造产品厚度的稳定性。

其它特点和优点将通过薄钢带的双辊连铸工艺的实施例予以阐述。

参考附图，其中：

-图1是公知类型的双辊连铸机的正视图；

-图2是根据本发明的、用来控制辊的分离力的控制环路图；

-图3代表的是图2控制环路中使用的分离力测量值的修正曲线；

-图4和5代表的是浇铸开始时，牵引速度-时间函数变化曲线，辊表面一点的转角-时间函数变化曲线，可动辊的轴承位置-时间函数变化曲线，铸件施加的辊分离力-时间函数变化曲线。

-图6和7是两个不同形式的力的修正函数E′＝f(E)。

图1中局部示出的铸造调和顾名思义地通常包括两个辊1、2，该双辊有平行轴以及相应于铸带要求厚度的彼此间的距离。该双辊1、2同速异向驱动，由圉示的安装在机架7上的两个支撑件5、6的轴承3、4装载。支撑件5和相应的辊1的辊轴相对机架7是固定的。另一个支撑件6可在机架7上作横向移动。支撑件6的位置可调并由移近或分开两支撑件的推力气缸9来确定。用来测量辊的分离力的元件和负载传感器8设置在固定的支撑件5与机架7之间。传感器10能够用来测量可动支撑件6的位置以及相对由板带要求厚度决定的初始设定位置的位置变化。

在一个浇铸周期里，熔融金属浇入双辊间并且在接触到冷的辊身时开始凝固，形成的凝固层由辊转动带入并且基本上在辊间的辊颈区域11连接起来形成了向下牵引出的凝固板带。这时，金属对辊施加分离力RSF，该力由负载传感器8测量并且它特别是根据金属的凝固程度而变化。

为了控制该力以保证铸造的连续性，使用了推力气缸9。例如，为了减小分离力RSF，气缸9向分离双辊的方向动作，相反的，为了增大该力，气缸9向移近双辊的方向动作。

根据本发明，上述动作是自动控制的，该控制能够在浇铸开始后很快地获得基本上不变的分离力和不变的板带厚度。

图2是控制辊分离力的控制环路的方框图。在该环路中，负载传感器8测量出的分离力值RSF与设定力值RSF。的差值E在计算器20中运算。差值E输入到修正仪22中，其根据一个关系式产生一个作为E的函数的修定值E′，该关系式将在以后详细阐述。E′输入到可变放大率的放大器24后被转换成与E成比例的速率V，而V本身在积分器26中积分以产生一个修正值Δd。

在加法器28中输入修正值Δd、初始位置设定值d_o和凸度补偿值C_fr后产生了位置参数d_r。

在比较器30中输入作为控制轴承位置的设定点的位置参数d_r和传感器10测量出的轴承位置测量值d_m后，产生了代表轴和实际位置和设定位置之间的差值的信号E_p。该信号输入到传统控制环路(PID)中后，提供给推力气缸9的伺服控制阀34。推力气缸对铸造工序(代以符号＂工艺＂框36)施加影响，在该工序中测量出分离力值RSF。

值得注意的是，控制推力气缸9的位置的控制环路的循环时间(该环路如虚线框36所示)如果是2×10^-3秒，那么整个的周期时间(虚线框38)就是10×10^-3秒。

图3所示是修正仪22的修正函数f，相应于该图的实施例的E与E′的数值是以吨计算的。

在该实施例中，分离力名义值RSF是6吨(大约是6000dan)而力的范围值ΔRSF是4吨。只要分离力的测量值在4-8吨之间，差值E的修定函数公式如下，E′＝0.3E，当分离力的测量值小于4吨或大于8吨时，公式是E′＝E-1.4吨。

可以看出，在如图2所示的该实施例中，由E′值产生的修正值Δd作为测量力RSF与名义力RSF的差值函数而持续地增长，但是当分离力刚超出上述范围ΔRSF时，修正值就增长得更多。结果是，只要分离力测量值在上述范围内，轴承位置的控制反应象原来一样被减弱，而超出上述范围时增强。

我们注意到，上述E′的表示是相对的，这是因为E′值随后经放大器24增益处理并在一个周期内被积分，以便产生修正值Δd。

此外，值得注意的是，通过将差值E直接输入放大器24并且改变作为E的函数的放大器的增益系数，即通过分离力超出上述范围时的增益系数相对于分离力还在上述范围时的增益系数的增大，就Δd的计算来说可以达到同样的效果。

但是随后可以看到，增益系数变化还是浇铸初期后的时间的函数，因此，增益系数是两个参数的函数，时间与分离力，这实际上使实施的控制复杂化了。

作为E的函数的E′的变化也是不同的，例如只要分离力在上述范围内，那么E′为零或实际值为零。当超出上述范围时，如图3虚线所示，E′作为E的函数而增大。

在上述后一种情况中，假如分离力超出上述范围，将仅修正位置参数d_r，力的变化在上述范围内将不会导致辊轴承的移动。

特别是，在设定的浇铸周期后，轴承位置参数的修正值是减小的，这是可以方便地通过减小增益系数和Δd值为达到的。

另外，范围宽度可以扩大。这两种手段容许在浇铸初期内有很控制反应性。但是，在上述浇铸初期后出现力值周期巅峰时，它们不会导致辊轴承的移动。

为了显示据本发明实质而得的结果，图4显示的浇铸开始后四种参数作为时间函数的变化：

-图形40代表辊速；

-图形50代表一个转角位置，以及对应于辊的一个周期的曲线两个峰值间的距离；

-图形60代表分离力RSF的变化，以吨值计算(刻度尺在图的左方)；

-图形70代表轴承位置的变化，以毫米计算(刻度尺在右方)。

该图形对应于根据本发明的工艺实施的一个浇铸周期，设定名义力为6吨，在大约35秒内的范围宽度ΔRSF为2吨，随后扩大到4吨。

可以看到，在开始时的高峰值61以后，在辊的第一旋转周期内的力始终在变化，只有少数曲线超出5-7吨的范围。图形70相应地示出，在同一周期内，分离力的大的变化对应于可动辊轴承的移动补偿上述力的变化。但是可以看出，在辊的第一旋转周期以后，分离力始终在上述范围内。

当范围扩大到4-8吨后，初期后的力的变化很小，此外实际上辊的轴承不再移动，这可以解释为分离力处于上述范围中间，它的变化被上述的修正值减弱了，实际上对轴承位置的控制没有了影响。

因此可以说，根据本发明实施的工艺能够快速达到并且保持分离力和辊轴间距基本不变。

图5所示是在名义力初始设定为15吨，范围宽度是4吨的情况下得到的相应的记录，它显示出分离力与轴承位置变得稳定了，但是这需要较长的时间才通达到这种稳定，因此显示出以下优点，如图4那样，在开始时尽可能小的设定名义力和范围宽度。

我们注意到，除了上述控制外，根据本发明的工艺结合了凸度控制，这是考虑了辊的环向缺陷和为了补偿这种缺陷，避免了铸带厚度产生周期性变化。为此，测量作为辊转角函数的分离力的变化以确定辊的环向偏差，该测量在浇铸开始时的辊的第一旋转周期内进行，随后，将轴承位置参数修正为转角的函数，以补偿上述环向偏差。

环向缺陷是由一台计算机来确定的，该计算机从分离力测量变化曲线中提取出表示有环向缺陷的周期性变化，并产生一个修正值C_fr，该修正值加入到初始设定值d_o和修正值Δd中以形成位置参数d_r。

图6和7中图形所示是可在修正仪22中使用的两个不同形式的修正函数f。

在图6所示的不同的形式中，该范围不再象图3中那样以名义力不中心分布，而是向右偏离，即增加力的方向。只有当分离力测量值RSF大于设定值RSF_o时，使用这样的修正值，轴承位置的反应控制如前所述地那样被减弱了。相反，测量力小于设定值时，控制照常进行，即更加剧烈，这样以防止力的剧减和力值过小情况的发生。当设定值RSF_o本身很小，例如设为2吨时，该方法特别有效。

在图7所示的不同方式中，当分离力与设定值相离很近时施加的修正值和图3中的情况类似，即只要测量力RSF在设定范围ΔRSF内，该修正值就减弱控制的反应性。相反，当测量力超出一定的临界值(图7中，由E_s定义)时，修正值E′达到最大值E′_max。于是，当测量力超出上述范围时控制的反应性尽管仍然很高，但避免了对应于虽高但很短的力值巅峰的过度的辊分离，从而当力值巅峰一过去，辊就很快地返回了它们的正常位置。

当然，可以综合最后两个不同方式的修正。

Claims (11)

1.双辊连续控制工艺，其中，浇铸时测量辊的分离力(RSF)并且调整至少一个辊的轴承的位置以增减上述双辊的中心距，其特征在于，为了基本保持上述力不变，预先设定一个包括理想的名义力(RSF_o)的力值范围(ΔRSF)，测量力值超出上述范围时的轴承的位置变化比测量力值在上述范围内时的位置变化大。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，轴承的位置被调整到一个设定位置，该设定位置由位置参数(d_r)确定，位置参数是由轴承位置的初始设定值(d_o)与修正值(Δd)之和确定，该修正值(Δd)是随分离力测量值(RSF)与名义力值(RSF_o)的差值而变化的，测量力值超出上述范围时的修正值比测量力值在上述范围内时的修正值大。

3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，修正值(Δd)是基于修定信号(E′)而计算所得，该修定信号是由分离力测量值(RSF)与名义力值(RSF_o)的差值(E)的函数(f)而修正所得。

4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，修定信号(E′)随分离力测量值(RSF)与名义力值(RSF_o)的差值的变化而增强。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，分离力测量值(RSF)超出上述范围(ΔRSF)时的修定信号(E′)比测量力值在上述范围内时的修定信号增强得快。

6.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，当测量力值(RSF)在上述范围(ΔRSF)内时，修定信号(E′)为零，当测量力值超出上述范围时，修定信号随分离力测量值与名义力值的差值的变化而增强。

7.如权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，上述范围(ΔRSF)相对名义力(RSF_o)朝增大方向变化。

8.如权利要求5或6或7所述的工艺，其特征在于，当测量力值(RSF)超出临界值(E_s)时，修定值(E′)有最大值(E′_max)。

9.如权利要求2-8中任一项所述的工艺，其特征在于，修正值(Δd)在预定的开始阶段后减小。

10.如权利要求2-9中任一项所述的工艺，其特征在于，上述力的范围(ΔRSF)在预定的开始阶段后扩宽。

11.如权利要求2-10中任一项所述的工艺，其特征在于，辊的环向偏差是通过测量作为辊转角函数的分离力(RSF)的变化来确定的，在浇铸开始阶段的辊的第一周期内进行上述测量，随后将上述轴承位置的参数值(d_r)修正为转角的函数，以补偿上述环向偏差。

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