CN101267903A - 在连铸设备内对可调节的辊式扇形架进行调整和控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在连铸设备内调整和/或控制可调节的辊式扇形架(1)的方法，其中辊式扇形架(1)为导引连铸坯(3)具有可活动的上机架(4)和下机架(5)。对于不同型式的辊式扇形架，通过计算算法可以实现快速将开口宽度(10、11)换算成调整宽度(20、21)以及反向换算。

Description

在连铸设备内对可调节的辊式扇形架进行调整和控制的方法

本发明涉及一种用于在连铸设备内调整和/或控制可调节的辊式扇形架的方法，其中辊式扇形架具有以下部件用于导引连铸坯：具有至少一个上辊子的可活动的上机架；具有至少一个下辊子的下机架；调整装置，用于以一个或多个调整宽度使上机架相对于下机架进行相对定位；其中辊式扇形架的入口具有入口开口宽度，出口具有出口开口宽度。

连铸设备用于在结晶器内连续地浇注方形(方坯)或矩形(板坯)的截面。在板坯设备处，在板坯设备中，连铸坯在从冷却的结晶器排出后在辊式扇形架中被导引，以支撑连铸坯壳并达到降低厚度。扇形架优选由可活动的上机架和固定的下机架组成，这两个机架配备多个辊子。扇形架的上机架可以相对于下机架相对地定位，通过例如在入口和出口附近的各两个液压调整装置在一定的界限内进行定位。对于在连铸设备中的辊式扇形架，将在入口处的第一上辊子和下辊子之间的开口宽度以及在出口处的最后一个上辊子和下辊子之间的开口宽度调整到预定的数值。此外，由于连铸坯的热收缩，辊式扇形架优选在出口处的开口宽度小于在入口处的开口宽度。

本发明的任务是，使用比目前为止更快的，但首先更准确的方法计算出上述的开口宽度，特别要考虑到自动化。

按照本发明的内容，该项任务的解决方案如下：将开口宽度换算成调整宽度，或者反过来进行换算，以调节或控制辊式扇形架。特别需要考虑到自动化，借助于简单的算法，并使用设备操作人员要求的最小公差，可以对调整宽度或开口宽度足够精确地进行计算。

有利的方式，确定出下曲线，该下曲线经过入口下辊子的入口接触点和出口下辊子的出口接触点。通过确定这条下曲线，可以定义下机架的辊子的接触点。

另外一种有利的方案为：确定出上曲线，这条上曲线经过(入口上辊子的)上部入口接触点并经过(出口上辊子的)上部出口接触点。通过确定这条上曲线，至少能够以近似的方式确定上机架的辊子的接触点。

适宜的是，在调整装置的调整位置上借助于下曲线和上曲线计算出调整宽度。借助于最终描绘出连铸坯在辊式扇形架内的导引线或导引路径的下曲线和上曲线，能够以有利的方式确定出下机架与上机架之间的位置和宽度。

优选从入口接触点正交于下曲线朝着上机架方向截取入口开口宽度，以及从出口接触点正交于下曲线朝着上机架方向截取出口开口宽度，从而求出(入口上辊子的)上部入口接触点和(出口上辊子)的上部出口接触点。根据下曲线以及对连铸设备及其辊式扇形架的几何延展尺寸的相关获知信息，能够以简单的方式和方法近似地计算出辊式扇形架的所有点。

入口接触点以及出口接触点不必是(切线的)几何接触点。更确切地说是那些定义了开口宽度的点，其至少对于实际应用具有足够的精度。这尤其适用于上部接触点。

特别的优点在于，对于下列辊式扇形架型式中的至少一种可以求出调整宽度：

a)直线扇形架型式和/或

b)弯曲的扇形架型式，尤其是

b1)均匀弯曲的扇形架型式和/或

b2)不均匀弯曲的扇形架型式。

特别有利的是，尽管扇形架的几何形状不同，但是计算过程方法或者说基本算法保持一致。在此充分利用了这样的事实，即在每种扇形架型式的基本状态下，上曲线与下曲线相互平行。上机架的调整运动仅仅移动了上曲线，于是其位置必须重新计算。

以适宜的方式，对于直线扇形架型式的上述曲线的计算分别采用直线方程。因为直线方程已经通过两个点明确地描述出来，于是尤其对于直线扇形架型式就给出了特别简单的计算方法。

有利的扩展方案为，对于弯曲的扇形架型式，特别是对于均匀弯曲的扇形架型式的上述曲线的计算，分别采用圆弧方程。通过使用圆弧方程，可以对于均匀弯曲的扇形架型式以非常有利的方式确定下曲线和上曲线，这些曲线与辊式扇形架的接触点精确地一致。

对于不均匀弯曲的扇形架型式，优选借助于圆弧段之和，特别是借助于圆方程之和求出下曲线，并且借助于圆弧近似方程求出上曲线。通过数值计算方法和/或者级数展开等辅助措施，即使对于不均匀弯曲的辊式扇形架也能够以有利的方式通过方程以良好的近似度进行描述。

适宜的是，借助于包络曲线，尤其是借助于具有中心点坐标、半径和角度的圆方程之和，优选借助于圆方程的值对来求出下曲线。

根据另一种有利的方案，为圆弧近似方程求出半径，该半径是下曲线、尤其是包络曲线的圆方程的半径之和的平均值。上述的优点对于曲线和/或方程的数值展而言同样存在。

在使用数值近似方法或者近似曲线时，如此达到所要求的精确性，即在调整位置上求出修正值，该修正值作为下曲线与上曲线、特别是与圆弧近似曲线之间的差值，其中上述上曲线相对于与下辊子相切的下曲线有平移。上述的方案具有特殊的优点，即尽管采用近似方法，但是通过求出修正值补偿了可能存在的计算误差。

在此适宜的是，在调整位置上借助于修正值求出调整宽度。

根据优选的改进方案，将坐标系的坐标原点分别设在投影线的中心上，该投影线通过下曲线、优选配合线投影到坐标轴上而形成。坐标系的选择和坐标原点的确定简化了上述计算方法。

优选下曲线有一个点处在坐标原点中。针对辊式扇形架的继续简化的计算，如果坐标原点优选地位于辊式扇形架的中心，或者下曲线至少以配合线的中心点处在坐标原点中，则是有利的。

本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括程序代码介质，当将该计算机程序产品在数据处理系统或自动化系统内运行时，其适合于执行上述权利要求中任一项所述方法的所有步骤。通过在数据载体，例如CD或记忆棒上的机器可读的程序代码，可以带有优点地建立数据处理设备，形成计算模块，用于调整宽度、开口宽度以及用于额定值计算和/或实际值计算。

按照优选方式，通过附图对本发明的实施例进行详细说明，但并不局限于此。为了清楚，附图没有按照比例尺制图，一些特征仅仅示意性地示出。附图分别示出：

图1辊式扇形架的侧视图，

图2配备调整装置的辊式扇形架的俯视图，

图3配备调整装置的扇形架的侧视图，

图4直线扇形架型式的基于扇形架的坐标系，

图5均匀弯曲的辊式扇形架的基于扇形架的坐标系，

图6不均匀弯曲的辊式扇形架中辊子位置的定义，

图7用于不均匀弯曲的扇形架型式的近似方法，

图8不均匀弯曲的扇形架型式的基于扇形架的坐标系。

图1以概括的方式示出了一种辊式扇形架1，该辊式扇形架配备上机架4和下机架5。借助于多个下辊子7和多个上辊子8，连铸坯3通过辊式扇形架1被引导。通过具有开口宽度10的入口EN，连铸坯沿着浇注方向朝着具有开口宽度11的出口EX被引导。各个辊子对对导入和导出连铸坯具有决定性作用。对于入口，辊子对由入口下辊子和入口上辊子对组成，对于出口，辊子对由出口下辊子24和出口上辊子34组成。

图2以高度概括的方式示出一种辊式扇形架1的俯视图。在矩形辊式扇形架的拐角范围内，在入口EN和出口EX处，存在两组调整装置，分别是12、13以及14、15。其中调整装置对在辊式扇形架1的入口形成了调整装置12和13，另一个调整装置对在辊式扇形架1的出口处形成调整装置14和15。

图3同样也以高度概括的形式示出一种在倾斜位置上的配备有调整装置的辊式扇形架型式。在实际操作中，在大约每1m的基准长度上，该倾斜位置为很少几个毫米。上机架4相对于下机架5在倾斜位置内相对该下机架5定位。通过液压缸筒对调整装置12、13、14、15进行调节。入口EN与出口EX相对地进行定位，即调整宽度20相对于调整宽度21较高地定位。这样，上机架4设置在要求的倾斜位置之内。上机架4通过防滑保护罩50导引，以进一步增加稳定性。

图4、5、6、7显示用于不同扇形架型式或辊式扇形架型式的换算方式。该换算方式针对扇形架内辊子装置的几何形状。可以区分为以下三种不同几何形状的扇形架型式：

a)直线扇形架型式，

b)均匀弯曲的扇形架型式，

c)不均匀弯曲的扇形架型式，

在此对于所有扇形架型式都共同的是：其在辊子与连铸坯3之间的接触点形成包络曲线，这条包络曲线与上述的几何图形相符。对于计算而言，这种思路分离了机械本身，从而可以进行抽象的数学计算。优选方案是：允许的计算误差低于0.1毫米。

图4示出了一种直线扇形架型式的开口宽度10、11到调整宽度20、21的换算。对于这种直线扇形架型式，采用直线方程计算，该直线方程中下曲线26的中心点或者配合线的中心点设在坐标原点中。通过入口下辊子22与连铸坯3相接触所产生的入口接触点en和通过出口下辊子24与连铸坯3相接触所产生的出口接触点EX，在坐标系27内形成了直线方程。通过该直线方程对下曲线26进行描述，通过下曲线26可以对接触点22、24或者一般地对下机架5的下辊子8进行描述。通过在en或ex处建立垂线，以及在入口EN或在出口EX处截取开口宽度10和11，这样，形成点on或ox。on点近似为入口上辊子32与连铸坯3的上部入口接触点。上部出口接触点ox近似为出口上辊子34与连铸坯3之间的接触点。通过接触点on、ox，使用直线方程定义上曲线28。这样，在形成了调整装置工作位置的位置-x_A和x_A处，可以确定由开口宽度10、11所产生的调整宽度20、21。

图5示出对于均匀弯曲的扇形架型式的计算，针对该扇形架型式，使用了圆弧方程，来效法分别由入口下辊子22与连铸坯3的接触或者出口下辊子24与连铸坯3的接触所形成的接触点en和ex。使用圆弧方程可以精确地确定下曲线26。下曲线26形成了弯曲扇形架型式的下辊子的一条弧形配合线。这条配合线在扇形架中心接触坐标系27的坐标原点。通过从下曲线26在点en或ex处建立垂线并截取入口开口宽度10和出口开口宽度11，与入口上辊子32或出口上辊子34求出上部入口接触点on或上部出口接触点ox。借助于相对与下辊子22、24相切的下曲线26有平移的下曲线26’，给出了扇形架的基本位置，就是说，上机架的包络曲线与下机架的包络曲线相互平行，因此出处具有相同的开口宽度。如果明确地确定了上曲线28的走向，那么，可以通过简易的三角学计算确定调整宽度20、21。

图6示出一种不均匀弯曲的扇形架型式的辊子位置的确定。下曲线26或下机架的辊子的包络曲线或配合线，围绕着n个辊子中的每一个由具有不同半径R_i的单个圆弧段组成。每个圆弧段的中心点坐标X_i、Y_i、半径R_i以及角度位置Ф_i，在固定在设备上的坐标系中或在基于扇形架的坐标系内给出。根据扇形架在连铸坯运输机中的已知安装位置，可以将固定在设备上的坐标系换算成基于扇形架的坐标系。针对不均匀弯曲的扇形架型式，下曲线26’这样相对于下曲线26进行平移，即示出了扇形架的基本位置。

图7示出了在针对上机架4通过近似方法确定包络曲线时，修正值ΔYen、ΔYex的确定。在调整装置的位置-X_A和X_A上，计算出误差或修正值ΔYen、ΔYex，它们产生于平移到点on和ox的下曲线26’与圆弧近似曲线29之间的偏差。圆弧近似曲线29同样也引导经过点on和ox，通过半径R_M得以说明，其中该半径：

$R_M=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ri}$ 是半径Ri之和的平均值。

图8示出一种用于不均匀弯曲的扇形架型式的基于扇形架的坐标系。通过上述的从入口接触点en以及出口接触点ex垂直截取开口宽度10、11，确定上部接触点on、ox。为了使计算过程简单化，使用圆弧近似曲线29继续对上机架4进行计算。这样，在使用之前获得的修正值ΔYen、ΔYex的情况下，可以在位置-X_A和X_A处由开口宽度10、11求出所产生的调整宽度20、21。

上面所描述的将开口宽度换算成调整宽度或者反向换算的算法，允许将对于设备的操作人员有意义的过程参数(开口宽度、厚度)变换成同样对于调节技术人员或维修技术人员有意义的参数和位置。尽管扇形架型式不同，但是对于所有扇形架型式，基本计算算法都相同，这样，简化了自动化过程，例如针对所有的扇形架只需要调出一种功能。

在调节额定开口宽度的基础上，可以很简单地在基本位置上定径到额定调整位置。优选通过力调节移动，将额定开口宽度设定将到相应的定径块上，该定径块位于入口上辊子和下入口辊子之间以及出口上辊子和下出口辊子之间。

针对直线扇形架型式和圆弧形扇形架型式的计算算法非常准确，就是说，只通过一个数字精度来限定自动化系统。这种计算算法对于不均匀弯曲的扇形架型式在要求的调节精度为大约0.1毫米时具有小于0.01毫米的精度，就是说，即使在近似计算的情况下，这种方法也提供了比所要求的高10倍的精度。

Claims (16)

1.用于在连铸设备内调整和/或控制可调节的辊式扇形架(1)的方法，其中辊式扇形架(1)具有以下部件用于导引连铸坯(3)：

-具有至少一个上辊子的可活动的上机架(4)，

-具有至少一个下辊子的下机架(5)，

-调整装置(12、13、14、15)，用于以一个或多个调整宽度(20、21)使上机架(4)相对于下机架进行相对定位，

-其中辊式扇形架(1)的入口(EN)具有入口开口宽度(10)，出口(EX)具有出口开口宽度(11)，

其特征在于，将开口宽度(10、11)换算成调整宽度(20、21)，或者反过来进行换算，以调节或控制辊式扇形架(1)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定下曲线(26)，该下曲线(26)经过入口下辊子(22)的入口接触点(en)并经过出口下辊子(24)的出口接触点(ex)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定上曲线(28)，该上曲线(28)经过上部入口接触点(on)并经过上部出口接触点(ox)。

4.如权利要求2和3所述的方法，其特征在于，在调整装置(12、13、14、15)的调整位置(-x_A、+x_A)上借助于下曲线(26)和上曲线(28)计算调整宽度(20、21)。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，从入口接触点(en)正交于下曲线(26)朝着上机架(4)方向截取入口开口宽度(10)，以及从出口接触点(ex)正交于下曲线(26)朝着上机架(4)方向截取出口开口宽度(11)，从而求出上部入口接触点(on)和上部出口接触点(ox)。

6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，为下列辊式扇形架中的至少一种求出调整宽度(20、21)：

a)直线扇形架型式和/或

b)弯曲扇形架型式，尤其是

-b1)均匀弯曲的扇形架型式和/或

-b2)不均匀弯曲的扇形架型式。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于直线扇形架型式的曲线(26、28)的计算分别使用直线方程。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于弯曲扇形架型式的曲线(26、28)的计算，特别是均匀弯曲的扇形架型式的计算，分别使用圆弧方程。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于不均匀弯曲的扇形架型式，借助于圆弧段之和，特别是借助于圆方程之和求出下曲线(26)，并且借助于圆弧近似方程求出上曲线(28)。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，借助于包络曲线，特别是借助于具有中心点坐标(x_i、y_i)、半径(R_i)和角度(Ф_i)的圆方程之和，优选借助于圆方程的值对求出下曲线(26)。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，为圆弧近似方程求出半径(R_M)，该半径是用于下曲线(26)的、特别是用于包络曲线的圆方程的半径(R_i)之和的平均值。

12.如权利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，在调整位置(-x_A、+x_A)上求出修正值(Δy_en、Δy_ex)，作为相对于与下辊子(22、24)相切的下曲线(26)有平移的下曲线(26’)与上曲线(28)，特别是与圆弧近似曲线(29)之间的差值。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在调整位置(-x_A、+y_A)上，借助于修正值(Δy_en、Δy_ex)求出调整宽度(20、21)。

14.如权利要求2至13之一所述的方法，其特征在于，坐标系(27)的坐标原点分别位于投影线的中心，该投影线通过下曲线(26)、优选配合线在横坐标上的投影形成。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，下曲线(26)有一个点位于坐标原点中。

16.计算机程序产品，包括程序代码介质，当将该计算机程序产品在数据处理系统或自动化系统上运行时，其适合于执行上述权利要求中任一项所述方法的所有步骤。

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