CN100409975C - 用于确定连铸坯中凝固末端的位置的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于在对液体金属尤其是钢材料进行连续铸造时确定凝固末端(1a)在连铸坯(1)中的位置的一种方法和一种装置,这种方法和装置可产生更为精确的结果,方法是:通过在固定式或者可调节式支撑辊对(7a)上的力信号和/或位移信号对调节的工艺参数进行间接测量,以此间接测量出每个长度单位的或者在整个连铸坯长度范围内的心部液体体积,并且根据这些测量值完成凝固末端(1a)的当前位置的模型计算(15),而后据此对变化的铸造参数进行连续匹配。

Description

用于确定连铸坯中凝固末端的位置的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种方法和一种装置,它们用于在对液体金属尤其是液体钢材料进行连续铸造时确定连铸坯中凝固末端(Sumpfspitze)的位置,其中在连续铸造结晶器中作为钢坯、钢锭、初轧坯、预轧型材、薄板坯或板坯坯件生产的连铸坯在支撑辊区段中导引、冷却并且通过支撑辊区段与被驱动的支撑辊对一起被拉出。
背景技术
在按照连续铸造法生产前述长形产品时,对浇铸的预制材料的内部质量提出很高的要求。在整个连铸坯横断面内尽可能均匀分配合金元素而且没有出现有害的偏析现象,这一点具有重要意义。这里的偏析现象可能出现在连铸坯中心及内部裂纹中。
已知一种电磁搅拌法,其中如果期望搅拌器的作用应该到达液态的心部熔液,这样的连铸搅拌器在最终凝固区起作用,并由此取决于凝固末端位置。因为凝固末端位置未知或者不确定,所以在任何情况下该装置可以沿连铸坯移动方向移动都是有必要的。
此外,还已知这种所谓的轻压下方法(Soft-Reduction-Verfahren),使用这种方法时,在最终凝固区减小连铸坯的厚度,以此将富集合金元素的残余熔液往回挤压。
这些已知的方法旨在使心部熔液滚动或挤出。
因此有必要尽可能准确确定凝固末端的长度。与此相关联的是,过去已经在重要的数据如铸造速度、冷却水量、钢的类型或进钢温度的基础上建立了一个计算模型。计算模型的精度取决于所提供的这些工艺数据有多大的可靠性以及未模型化的工艺参数产生何种影响。此外,还要考虑到连铸坯的物理性能的变化或其它工艺参量的变化。一个完全固化的连铸坯与一个仅仅局部固化的连铸坯在弹塑性性能方面是有区别的。同样,也有其它确定凝固程度的方法可供使用,如通过连续铸造机的支撑辊系统产生的连铸坯的拔出力以及在扇形辊或驱动辊上测量支承力(EP 1 193 007 A1)。
发明内容
本发明以此任务为基础,即与所有已知的方法相比,更加精确地确定连铸坯中凝固末端的位置。
按照本发明,所提出的任务通过此方法得以解决,即通过在固定式或者可调节式单个支撑辊或者固定式或可调节式支撑辊对组上的力信号和/或位移信号来直接测量出调节的工艺参数,以此对每个长度单位的心部液体体积的可移动量进行间接测量,并且根据这些测量值完成凝固末端的当前位置的模型计算,据此不断对变化的铸造参数进行匹配。在沿着从连铸结晶器下方的区域一直到连铸坯完全固化的最大理论点的连铸坯导向装置的不同点上,铸造条件通常保持恒定,与此同时,通过支撑辊区段或者单个支撑辊或者其它元件的有针对性的运动来探测到液体体积的变化或移动,前述原理就建立在此基础上。在此,尤其可以确定,连铸坯是在一个特定的时刻在特定的地方还有一个液心、还是具有较低程度或较高程度的部分凝固、或是已完全固化。
在本发明的改进方案中,测量信号以连铸坯厚度的局部变化为基础。该措施在许多应用情况下都很有优势:
在涉及用于板坯、钢锭和钢坯连铸坯的锭模时,可以由一个或多个驱动辊在一个部分凝固的连铸坯范围内的移动来指示锭模厚度的局部变化。
对于CSP设备(致密带坯)、带有区段结构类型的驱动机架的钢坯连铸机以及板坯浇铸机(带有Cyberlink区段)来说,可以通过支撑辊区段(无独立调节的驱动辊)以足够的速度在部分凝固的连铸坯的范围内进行的运动指示锭模厚度的变化。
对板坯连铸机而言,锭模厚度的变化通过一个区段(带有独立调节的单个驱动辊)以足够的速度在部分凝固的连铸坯的范围内进行的运动显示出液心体积的位移。
通过下列方法对另一个铸造参数加以考虑,也就是测量信号以在连铸结晶器前面的一个中间容器中堵头位置或滑块位置的变化为基础。堵头位置的变化同样引起体积位移(Volumenverschiebung),而体积位移是可以探测的。
测量信号以连铸结晶器中的熔池液面的变化为基础,由此产生了另一种测量方案。通过这种措施同样可以指示体积位移。
此外,在中间容器与连铸结晶器之间的液体金属的体积供给会有变化,测量信号以这种变化的反作用为基础。由此就会产生相应的对连铸坯及铸造池的反作用。
在此如此对体积位移进行间接测量,即测量信号以在支撑辊对或者支撑辊区段侧之间的夹紧力的变化为基础。在此可以推断出体积位移,尽管支撑辊区段或者支撑辊对并没有主动参与心液体积的位移。
另一种改进方案是,根据模型计算对一个支撑辊区段或者一个已调节的支撑辊进行自动调节。由此就可以对变化的铸造参数进行前述匹配。
对作为对调节活动的反作用的测量结果进行充分利用,其表现形式是,采取一定方向上的位置变化或力的变化的次序,此方向是指在连铸坯上统一的从下到上或相反的系统方向。
这种用于确定凝固末端在由液体金属、尤其由液体钢材料制成的连铸坯中的位置的装置,以一种已经得到公开的中间容器为基础,它带有一个用于钢坯、钢锭、初轧坯、预轧型材、薄板坯或连铸板坯锭模的连铸结晶器以及带有被驱动的支撑辊的支撑辊区段或辊对。
按照本发明,所提出的任务通过此方法得以解决,即在中间容器上、在连铸结晶器中、在支撑辊区段或可调节式空转的或被驱动的单个支撑辊的液压活塞-液压缸-单元中设置了信号发送器,这些信号发送器与一个中央存储器和计算器单元保持连接,并且在其中对测量结果进行处理,并且使用模型计算以测定在内部仍为液态的连铸坯的心液体积的当前位置。由此就提供了用于间接测量铸造参数及直接完成模型计算的手段。
在本装置的改进方案中,一个未配备独立调节的、被驱动的单个支撑辊的支撑辊区段在松动侧根据空间上及时间上的凝固末端的位置和宽度在下面或上面借助于两个在连铸坯移动方向上间隔开的活塞-液压缸-单元调节到与连铸坯移动方向倾斜。
另一种改进方案产生于以下方法,作为对有关的支撑辊区段进行调节的补充,根据空间上及时间上的连铸坯液心的位置和宽度借助于一个活塞-液压缸-单元对独立调节的被驱动的支撑辊对在松动侧进行调节。由此可以通过从反应到非反应的过渡对凝固末端进行定位。
附图说明
在附图中对本发明的实施例进行描述,根据这些实施例对本方法进行了详细说明。
附图示出:
图1示出了带有信号发送器的板坯连铸机的侧视图;
图2A示出了支撑辊区段、带有液体心部及凝固末端的连铸坯,无独立调节的驱动辊;
图2B示出了支撑辊区段在松动侧的自由度;
图3A示出了支撑辊区段、带有液体心部及凝固末端的连铸坯,具有独立调节的驱动辊;
图3B示出了带驱动辊的支撑辊区段在松动侧的自由度;
图4示出了一个在部分凝固的连铸坯上带有或者不带驱动机构的单个支撑辊;以及
图5示出了一个未被驱动的或者被驱动的单个支撑辊的自由度,支撑辊单独及支撑辊组合。
具体实施方式
按图1的板坯连铸机用作解释确定凝固末端1a在连铸坯1中的当前位置的方法的基础。液体钢材料从一个浇铸桶2受控制地排放到一个中间容器3中,钢材料从这个中间容器流入一个连铸结晶器4中。锭模4a可以是钢坯、钢锭、初轧坯、预压型材、薄板坯或连铸板坯锭模。浇铸的连铸坯1穿过支撑辊区段5且穿过二次冷却区,此冷却区其实就是不带调整部件的支撑辊区段5b。紧跟着这个支撑辊区段5的是其它的支撑辊区段5,它们相对于水平线呈弧形分布。这些支撑辊区段5可以设计为不同造型。
其中,借助于驱动的支撑辊对6、单个支撑辊6a来输送连铸坯1,这些支撑辊可以调节、驱动或者不驱动。支撑辊对6同样形成支撑辊组7(图2A和2B)或者支撑辊对7a。此外,通过不同的堵头位置8可以对液体钢材料的流量进行调节。在此调节连铸结晶器4中的熔池液位9。所描述的所有元件、构件或功能都拥有信号发送器10。通过液压活塞-液压缸-单元11对辊子间距进行调节,在前者的缸室中同样布置了这种信号发送器。信号发送器10的信号被输送到一个中央存储器和计算器单元12中。此外,支撑辊区段5还形成一个固定侧13a(左侧)和一个松动侧13b(右侧)。
连铸坯1沿着连铸坯移动方向穿过系列支撑辊机架5移出连铸结晶器4。
该方法基于对连铸坯液心1d中的心液体积的可位移的量进行的间接测量,在图2A和3A中,连铸坯液心在连铸坯厚度1b范围内在凝固末端1a中以宽度1c变化,且在连铸坯液心1d(并且在看不见的垂直于图纸平面的宽度)内关于厚度1b变化。信号发送器10发送测量信号(每个长度单位或者在可测量的连铸坯液心1d的整个长度范围内)并且测量信号被作为工艺参数传送到中央存储器和计算器单元12(图1)中。信号主要是通过在固定式或可调节式单个支撑辊6a上或者在固定式或可调节式支撑辊对7a组7上进行的力测量和/或位移测量而产生。基于这些单个或多个信号发送器10发出的信号,就完成了用于凝固末端1a的当前位置的模型计算15(计算机程序),如果有必要,据此再次单个地或者有依赖地通过过程调节器16对所测量的位置进行校正,使铸造参数与变化的情况相匹配。在此,一个测量信号相应于连铸坯厚度1b的局部变化。其它的测量信号可以基于堵头位置8的变化或者在连铸结晶器4之前的中间容器3中的滑块位置的变化。更多的测量信号则通过在连铸结晶器4中的熔池液面8的变化而产生。至于连铸结晶器4中的冷却介质温度的测量信号也可以通过相同的方法而产生。在中间容器3和连铸结晶器4之间的液体钢材料的体积供给会出现变化,在此同样可以对关于这种体积供给变化的反作用的测量信号加以考虑。主要的测量信号通过支撑辊对7a之间的或者支撑辊区段侧面5a之间的夹紧力的变化而产生。根据模型计算15,通过过程信号17对支撑辊区段5或者已调节的支撑辊6a进行自动调节。最后可以采取按连铸坯1上统一的从下到上的系统方向或者(相反的)沿连铸坯移动方向的位置变化或力变化的次序。
可以将那些有待用于模型计算15的测量信号作为单个的测量信号、成组的所选择的测量信号或者所有测量信号的总体数目来进行选择。
根据图2A,支撑辊区段5被设置在固定侧13a上及松动侧13b上,其辊子间距构成了连铸坯厚度1b。在沿连铸坯移动方向14移动的连铸坯1中,连铸坯液心1d的宽度1c持续减小,直至凝固末端1a。在支撑辊区段侧面5a上,支撑辊区段5通过作用于端部的若干对液压活塞-液压缸-单元11分别根据测量信号进行摆动,按照图2B作为支撑辊组7在下面向里或向外摆动,在此也会出现平行调节(左图),一个在连铸坯1变冷时在下面向内摆动的位置(中图)以及一个在下面向外摆动的位置(右图)。
在图3A和3B中,记录了所提到的连铸坯厚度1b的局部变化:可以额外地在根据图2B调节移动的过程中叠加地沿着图3B中所示的箭头方向对单个支撑辊6a进行调节。
在图4中设置了支撑辊对7a,其单个辊子可以进行调节。这种单辊可以是驱动的支撑辊对6,其中只有一个支撑辊可以调节。图中所示的连铸坯1的连铸坯移动方向14是水平的,不过这一点同样适用于连铸坯导向装置的垂直区和/或弧形区。
按照图5,这种单个支撑辊6a在使用时可以空转(左),或者被驱动(右)。此外,被驱动的或可调节式单个支撑辊6a可以结合一个未被驱动的但可调节式单个支撑辊6a一起使用。
而后计算获得的凝固末端1a的精确位置使得对连铸坯液心1d进行如开头所述的处理,从而使合金元素在连铸坯1的各连铸坯锭模4a的心部区均匀分布。
附图标记列表
1    连铸坯
1a   凝固末端
1b   连铸坯厚度
1c   凝固末端的宽度
1d   连铸坯液心
2    浇铸桶
3    中间容器
4    连铸结晶器
4a   锭模
5    支撑辊区段
5a   支撑辊区段侧面
5b   无调节装置的支撑辊区段
6    被驱动的支撑辊对
6a   单个支撑辊
7    支撑辊组
7a   支撑辊对
8    堵头位置
9    连铸结晶器的熔池液面
10   信号发送器
11   液压活塞-液压缸-单元
12   中央存储器和计算器单元
13a  固定侧
13b  松动侧
14   连铸坯移动方向
15   模型计算
16   过程调节器
17   过程信号

Claims (11)

1. 用于在对液体金属进行连续浇铸时确定凝固末端(1a)在连铸坯(1)中的位置的方法,其中,在连铸结晶器(4)中作为钢坯、钢锭、初轧坯、预轧型材、薄板坯或板坯坯件生产的连铸坯(1)在支撑辊区段(5)中导引、冷却并且通过具有驱动的支撑辊对(6)的支撑辊区段(5)拉出,其特征在于,通过在固定式或者可调节式单个支撑辊(6a)上或者在固定式或可调节式支撑辊对(7a)组(7)上的力信号和/或位移信号    来直接测量出调节的工艺参数,以此对每个长度单位的心部液体体积的可位移量进行间接测量,并且根据这些测量值完成凝固末端(1a)的当前位置的模型计算(15),而后据此对变化的铸造参数进行连续匹配。
2. 按权利要求1所述的方法,其特征在于,测量信号以连铸坯厚度(1b)的局部变化为基础。
3. 按权利要求1所述的方法,其特征在于,测量信号以在连铸结晶器(4)之前的一个中间容器(3)中的堵头位置(8)或滑块位置的变化为基础。
4. 按权利要求1所述的方法,其特征在于,测量信号以连铸结晶器(4)中的熔池液面(9)的变化为基础。
5. 按权利要求1到4中的任一项所述的方法,其特征在于,测量信号以中间容器(3)和连铸结晶器(4)之间的液体金属的变化的体积供给的反作用为基础。
6. 按权利要求1到4中的任一项所述的方法,其特征在于,测量信号以支撑辊对(7a)或者支撑辊区段侧面(5a)之间的夹紧力的变化为基础。
7. 按权利要求1到4中的任一项所述的方法,其特征在于,根据模型计算(15)来对支撑辊区段(5)或者已调节的支撑辊(6a)进行自动调节。
8. 按权利要求1到4中的任一项所述的方法,其特征在于,采取在连铸坯(1)上一个统一的从下到上或相反的系统方向上的位置变化或力变化的次序。
9. 用于确定凝固末端(1a)在一个由液体金属制成的连铸坯(1)中的位置的装置,其带有一个中间容器(3)、带有一个用于钢坯、钢锭、初轧坯、预轧型材、薄板坯或连铸板坯锭模(4a)的连铸结晶器(4)、并且带有支撑辊区段(5)或者具有被驱动的支撑辊(6a)的辊对(6),其特征在于,在中间容器(3)上、在连铸结晶器(4)中、在支撑辊区段(5)或可调节式空转的或被驱动的单个支撑辊(6a)的液压活塞-液压缸-单元(11)中设置了信号发送器(10),其与一个中央存储器和计算器单元(12)保持连接,在其中对测量结果进行处理,并且使用模型计算(15)以测定在内部仍为液体的连铸坯(1)的心液体积的当前位置。
10. 按权利要求9所述的装置,其特征在于,一个未配备独立调节的、被驱动的单个支撑辊(6a)的支撑辊区段(5)在松动侧(13b)根据空间上及时间上的凝固末端(1a)的位置和宽度(1a)在上面或下面借助于两个在连铸坯移动方向(14)上间隔开的活塞-液压缸-单元(11)调节到与连铸坯移动方向(14)倾斜。
11. 按权利要求9或10所述的装置,其特征在于,作为对有关的支撑辊区段(5)的调节的补充,根据空间上及时间上的连铸坯液心(1d)的位置和宽度(1c)借助于一个活塞-液压缸-单元(11)对独立调节的被驱动的支撑辊对(6)在松动侧(13b)进行调节。
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