CN101426603B - 用于确定连铸设备的支承辊和连铸坯导辊机架的辊间距的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定连铸设备的支承辊和连铸坯导辊机架的辊间距的方法和装置。用于确定一个连铸设备(1)的支承辊(5)和所属的连铸坯导辊机架(3)的辊间距的一种方法，它基于在熔池液面上的鼓起(9)的作用并建议了：使这样的不同的辊间距(4c)组合起来，这些辊间距得出了由各自支承辊(6)的各个振动频率组成的总距离特性曲线(F)，由这曲线求出对于所有鼓起效应(9)，例如象熔池液面波动(10)的最大阻抑的一个最佳值，根据这最佳值来分配最佳辊间距(4c)。

Description

用于确定连铸设备的支承辊和连铸坯导辊机架的辊间距的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定在一个连铸设备的铸坯导辊机架里的支承辊的辊间距的方法，该连铸设备用于浇铸液态金属，尤其是液态的钢，在这方法中将这在一个稳定的、振荡着的连铸结晶器里形成的、在内部还是液态的连铸坯拉出并通过成对的、单个地驱动或空转的支承辊来传递拉出力，其中将各自的开口宽度连续地调整设定到正进一步固化的铸坯的厚度，将辊对或者辊子扇段在浇注方向上的间距调整设定至一个不稳定的、以可变的浇铸速度运动的鼓起，并通过干予影响这由此所产生的单个振动频率来减少在连铸结晶器里的熔池液面的波动。

背景技术

由DE19951262C1已知了一种用于确定在一个连铸设备的铸坯导辊机架里的辊间距的方法。至少有一个支承辊扇段的各自辊列的相互对峙布置的辊子具有这样的间距：它们对于不稳定的、以浇铸速度移动的连铸坯的鼓起来说相比于以辊间距为波长的正弦振动具有一个相位移动Δ。因此使基本辊间矩变化Δ1。由此应该可以避免在稳定的连铸结晶器里的金属液面产生起振。对应于辊子平面在连铸设备中产生一种确定的振动频率。这种频率由于在经过辊间距时铸坯壳的不均匀性而产生。辊间距在辊子移动时既可以认为是正的、也可以认为是负的值。因此建议试图将这些由于在辊子之间的多个位置上的所描述过的铸坯具有的鼓起而产生的、并在这里导致强烈的金属液面波动的金属液面的波动通过一定的和因此有目的的数量的相移动来消除。其中在于一种特殊的途径：如此设计这辊子平面，以补偿不规则性。

发明内容

本发明的任务是：基于这存在于一种连铸设备上的几何学方面的结构设计、连铸坯宽度、连铸坯厚度和可能的浇铸速度和可能有的其它浇铸参数，从实际出现的在基本辊间距时的鼓起出发并首先选择对于金属液面的作用作为考虑的出发点。

所提出的任务按照本发明如下来解决：使这样的不同的辊间距组合，这些辊间距根据基本辊间距和浇铸速度由各自支承辊的多个或者所有的单个振动频率得出铸坯导辊机架的总距离特性曲线(F)，由该特性曲线求出对于所有鼓起效应产生最大阻抑的一个最佳值，根据该最佳值来调节最佳的辊间距。优点是在不同浇铸条件下对于熔池液面波动和鼓起有更强烈的阻抑。这由小的起始振幅、连续的衰变特性、快速的阻抑和高的总时间常数组成的最佳值引起了在结晶器熔池液面里小的体积变化。当取决于过程的参数有变化时，例如象浇铸速度、钢的质量有变化时，厚度或者宽度有变化时，冷却有变化时以及其它有变化时结晶器熔池液面的受干扰性或者说起振性能引起较少的鼓起效应。

一种设计方案规定：对熔池液面波动的最大阻抑的最佳值由振动的所有峰值点的一个图形通过一条基本与峰值点相切的包络曲线求出。熔池液面振动的测量例如可以在连铸结晶器里取决于铸坯在一个辊对之间的通过采用光学装置来进行或者通过计算机程序取决于浇铸参数来进行计算。

按照另一种设计方案为包络曲线求出一条对数曲线。

同时规定了：总距离特性曲线(F)由单个振动频率按以下函数计算出来。

$A)V\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{c_i\·d_i}{2}\·\sin \left(\frac{2\·\mathrm{\π}\·v_{\mathrm{gie\β}}\·t}{d_i}\right))$

其中：

V＝在所考察的连铸坯长度上体积单元的总和

i＝辊子下标，对连铸结晶器之下第1个辊子用1开始，一直到铸坯导辊的最后辊子位置

n＝在支承辊机架里的所有辊子的数量

c_i＝辊子“i”的数位价(在第n个辊子位置上的作用参数)

d_i＝辊子“i”至连铸结晶器底边的距离(mm)

v_gieβ＝浇铸速度　　　　[mm/s]

t＝时间　　　　　　　　　　[s]

另一种设计方案规定：通过峰值点“1”和各自峰值点“n”所确定的对数包络曲线按照以下因数来求出：

$B)a_n=\frac{d_n-d_1}{\ln t_n-\ln t_1}$

和

c)b_n＝d₁-a_n·lnt_n

其中：

a_n＝通过峰值点“n”的一条曲线的阻抑系数

b_n＝通过峰值点n的曲线的转折点

t₁＝第一个峰值点的时间　　[s]

t_n＝第n个峰值点的时间     [s]

d₁＝第一个峰值的降低值　　[mm]

d_n＝第n个峰值的降低值     [mm]

此外还建议：作为几何上准确的、包围住所有峰值点的曲线，按照函数“f”选择包络的对数曲线：

D)　　f(t)＝a·1nt+b

其中：

a＝阻抑系数

b＝转折点

t＝时间　　　[s]

其它的措施在于：通过有目标地组合不同的支承辊间距极大程度上近似地对比于同样大小的支承辊间距对于优化进行调整，这优化由下式计算出：

E)　β_opt≤0.9·β_vorher

其中：

β_opt＝优化之后的鼓起指数   　　[m/s]

β_vorher＝优化之前的鼓起指数　　 [m/s]

在浇铸液态金属尤其是液态钢时用于支承和输送在一个连铸设备的一个连铸坯导辊机架里的连铸坯的装置具有在铸坯拉出方向上连接于一个稳定的、可以振荡的连铸结晶器的支承辊扇段或支承辊组，它们成对的支承辊用其各自的开口宽度可以调整至固化着的连铸坯的厚度，而且从辊对至辊对的支承辊间距就此意义上按照一种不稳定的以浇铸速度移动的鼓起来确定，以至于通过改变基本辊间距减小了在连铸结晶器里和连铸坯导辊机架里的熔池液面的波动。

一种这样的铸坯导辊机架在按照本发明的装置的结构设计中由支承辊扇段或支承辊组构成，它们的辊对规定在浇铸方向上具有最佳调整的间距，也就是说具有相互不同的间距，因此各自支承辊的多个或者所有的单个振动频率汇总成的铸坯导辊机架的总距离特性曲线得出了对于所有鼓起效应最大阻抑的一个最佳值，根据这最佳值对辊间距进行最佳地调整设定。优点在于在不同的浇铸条件时对熔池液面波动和鼓起有更强的阻抑。在连铸结晶器的熔池液面部位里的体积变化和熔池液面的波动就较小。辊子地毯的结构形状涉及到连铸设备的扇形段的结构型式。支承辊扇段的更换可以在这里加以考虑。在浇铸方向上支承辊间距的最优化也考虑到了铸坯导向元件的几何学参数，例如象辊子直径、辊间距、桁架长度、固化值(铸坯壳厚度、硬化长度)和可变的浇铸速度。

所述装置的一种设计方案还在于：基本辊间距在经过铸坯导辊机架的各个部段时减小到一个最佳调整的辊间距在5-40mm之间。

类似于上述措施还规定了：基本辊间距在经过铸坯导辊机架的各个部段时加大到一个最佳调整的辊间距，在10-50mm之间。

附图说明

附图中表示了本发明的实施例，以下对此详细加以说明。所示为：

图1：具有连铸结晶器和铸坯导辊机架的弧形连铸设备的一个侧视图；

图1A：图1局部的放大图；

图2：在连铸结晶器的熔池液面上出现的振动的图形；

图3：在按照发明修改了辊子节距之后，作用在熔池液面上的振动的另一种图形。

具体实施方式

在具有一个连铸结晶器2的连铸设备1中设有一个连铸坯导辊机架3用于支撑、输送和继续冷却铸坯6，其中在浇铸方向8上的支承辊间距4受到作用在支承辊5上的驱动力和支承力的频率的影响。一般在连铸结晶器2之下每个辊对4a具有一个至连铸结晶器2底边的基本辊间距4b。在稳定的、振荡的连铸结晶器2里所形成的连铸坯6在内部还是液态的并且使拉出力通过成对地、单个驱动的或者空转的支承辊5传递到铸坯外壳上，其中各自的开口宽度5a被连续地调整到继续在固化的连铸坯6的厚度6a。辊对4a或支承辊5或整个辊子扇段7或者支承辊组7a引起了在浇铸方向8上不稳定的、以可改变的浇铸速度运动的鼓起9，因此引起了有害的熔池液面波动10。

按照本发明说明了一种通过一个最佳调整的辊间距4c来确定支承辊5的、辊对4a或支承辊扇段7的或者支承辊组7a的辊间距4的方法。将不同的辊间距4c组合起来，其中由辊间距4和浇铸速度将各自支承辊5的多个或者所有的单个振动频率汇总成铸坯导辊机架3的一个总距离特性曲线F，由这曲线求出对于所有鼓起效应9的最大阻抑的一个最佳值，根据该最佳值将支承辊间距4调整成最佳的辊间距4c。同时应该注意到：连铸坯6的厚度和宽度随着它们在各个不同的连铸坯6时的变化虽然在平面里并没有表示出，但在每种单一情况下都必须一起加以考虑：

$A)V\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{c_i\·d_i}{2}\·\sin \left(\frac{2\·\mathrm{\π}\·v_{\mathrm{gie\β}}\·t}{d_i}\right))$

其中：

V＝在所考察的连铸坯长度上体积单元的总和

i＝辊子下标，对于连铸结晶器之下的第一个辊子用1开始，一直到铸坯导辊的最后辊子位置

n＝在支承辊机架里所有辊子的数量

c_i＝辊子“i”的数位价(在第n个辊子位置上的作用参数)

d_i＝辊子“i”至连铸结晶器底边的距离(mm)

V_gieβ＝浇铸速度　　　(mm/s)

t＝时间                  (s)

按图1A(d1，d2，d3，d4)所示的最佳辊间距4c可以按非规则的次序加大或者变小并且反过来变小或者加大，其中通过相继不断变换的支承辊间距可以使熔池液面的波动最小化或者完全避免。本发明例如可以特别有利地使用于板坯设备，浇铸速度<4m/min，厚度范围为150-300mm，用于中等的连铸坯，厚度范围100mm至180mm，浇铸速度≤6m/min，还用于薄的连铸坯，厚度范围40mm至100mm，浇铸速度从2至12m/min。

对熔池液面波动10最大阻抑的最佳值可以由所有峰值点12的一个图形得出，这些峰值点通过在图2中的小交叉12a可以见到。通过在公式A)中所述的数字关系所求出的包络曲线13a由许多峰值点12构成。峰值点12用其绝对值示出，因此所属的负的峰值点又出现在x-y座标系的正的部分里。由图2因此可以见到在对浇铸方向8上支承辊间距4进行优化之前的包络曲线13a。

在图3中表示了形状改变了的图2所示的图形11。除了优化之前的包络曲线13a之外，这种曲线由交叉12a和转折点14构成，还产生了在优化之后的包络曲线13b。对于包络曲线13a可以计算出一个对数曲线13c。

通过峰值点“1”和各自的峰值点“n”所确定的包络曲线13c按照以下因素进行计算：

$B)a_n=\frac{d_n-d_1}{\ln t_n-\ln t_1}$

和

c)b_n＝d₁—a_n·ln t_n

其中：

a_n＝通过峰值点“n”和一条曲线的阻抑系数

b_n＝通过峰值点n的曲线的转折点

t₁＝第一个峰值点的时间  [s]

t_n＝第n个峰值点的时间  [s]

d₁＝第一个峰值的降低值   [mm]

d_n＝第n个峰值的降低值    [mm]

作为几何上准确的、包围住所有峰值点12的曲线用函数“f”来确定包络的对数曲线：

D)　f(t)＝a·ln t+b

其中：

a＝阻抑系数

b＝转折点

t＝时间     [s]

(1n＝自然对数；底e＝2.7...)

灰色打阴影的面积被优化之后的包络曲线13b所围包，是铸坯导辊对于连铸结晶器2中的熔池液面作用影响的尺度并且以下称之为鼓起指数β。包围住这有阴影面积的包络曲线13b用按照公式D)的优化的对数包络曲线13c表示。如果这求出的曲线位于原始的包络曲线13a之下，那就得出一个小的鼓起始数β而且在熔池液面上的作用影响得到了改善。若满足以下条件，则达到了最优化：

E)β_opt≤0.9·β_vorher

其中：

β_opt＝优化之后的鼓起指数　　　[m/s]

β_vorher＝优化之前的鼓起指数　　　　[m/s]

用于支承和输送在连铸设备1的一个铸坯导辊机架3里的连铸坯6的装置从一个连铸结晶器2出发，从该结晶器来测量在铸坯拉出方向8上的所有基准参数。连接于连铸结晶器2的是辊对4a，其支承辊间距为4。所计算的和/或根据测量参数(图2)求出的最佳调整的辊间距4c(涉及到一侧，例如铸坯导辊的松开侧)产生一个单个振动频率(辊间距与浇铸速度相关联)，这振动频率具有一个所示的振幅。各自的振幅取决于辊子直径和辊子位置和连铸坯6在这相应位置上的各自当前的固化。所给出的各个振幅的总和产生了总距离曲线“F”，如图2和3所示那样。

辊子地毯的结构形状涉及到连铸设备1的支承辊扇段的结构型式。支承辊扇段7的鼓起可以加以考虑。

公式A)至E)的函数是连铸过程的计算机程序中的优化程序的一个部分。优化程序包括有铸坯导向元件的几何参数，例如象辊子直径、支承辊间距4、桁架长度，此外还有固化值，例如象铸坯壳厚度、固化长度，并且也包括可变的浇铸速度。

具有连铸坯导辊机架3的装置形成了一个优化了的辊道(由辊对4a，支承辊扇段7或者支承辊组7a组成)并具有相应匹配的轴承和横梁。

1.　　连铸设备

2     连铸结晶器

3.    铸坯导辊机架

4.    在浇铸方向上的辊间距

4a    辊对

4b    基本辊间距

4c    最佳调整的辊间距

5     支承辊

5a    开口宽度

6     连铸坯

6a    连铸坯的厚度

7     支承辊扇段

7a    支承辊组

8     浇铸方向，铸坯拉出方向

9     鼓起，鼓起效应

10    熔池液面波动

11    图形

12    峰值点

12a   交叉

13a   优化之前的包络曲线

13b   优化之后的包络曲线

13c   对数包络曲线

14    转折点

F     总距离特性曲线

d₁-d₄  不同的支承辊间距的组合

Claims (11)

1.用于确定在连铸设备(1)的一个铸坯导辊机架(3)中的支承辊(5)的辊间距(4)的方法，该连铸设备(1)用于浇铸液态金属，在此方法中将在一个稳定的、振荡着的连铸结晶器(2)里形成的、内部还是液态的连铸坯(6)拉出并通过成对的、单个地驱动的或空转的支承辊(5)来传递拉出力，其中将各自的开口宽度(5a)连续地调整至正继续凝固的连铸坯(6)的厚度(6a)，将辊对(4a)或者辊子扇段(7)的辊间距(4)沿浇铸方向(8)调整至一个不稳定的、以可变的浇铸速度移动的鼓起(9)，并通过干预影响单个振动频率来减少在连铸结晶器(2)里的熔池液面波动(10)，其特征在于，使这样的不同的辊间距(4)组合起来，这些辊间距根据基本辊间距(4b)和浇铸速度由各自支承辊(5)的多个或者所有的单个振动频率得出铸坯导辊机架(3)的总距离特性曲线(F)，由该特性曲线求出对于所有鼓起效应(9)产生最大阻抑的一个最佳值，根据该最佳值来分配最佳的辊间距(4c)，对熔池液面波动(10)产生最大阻抑的最佳值由振动的所有峰值点(12)的一个图形(11)通过一条基本与峰值点(12)相切的包络曲线(13b)求出。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，求出一个对数曲线(13c)用于包络曲线(13b)。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，总距离特性曲线(F)由按以下函数的单个振动频率计算出：

$A)---V\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\frac{c_i\&CenterDot;d_i}{2}\&CenterDot;\sin \left(\frac{2\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;v_{\mathrm{gie\&beta;}}\&CenterDot;t}{d_i}\right))$

其中：

V＝在所考察的连铸坯长度上体积单元的总和

i＝辊子下标，对连铸结晶器之下第一个辊子用1开始，一直到铸坯导辊的最后辊子位置

n＝在支承辊机架里的所有辊子的数量

c_i＝辊子“i”的数位价，表示在第n个辊子位置上的作用参数，

d_i＝辊子“i”至连铸结晶器底边的距离，用mm表示，

v_gieβ＝浇铸速度，用mm/s表示，

t＝时间，用s表示。

4.按权利要求1-3中之一所述的方法，其特征在于，通过峰值点“1”和各自的峰值点“n”所确定的对数包络曲线(13c)按以下因素求出：

$B)---a_n=\frac{d_n-d_1}{\ln t_n-\ln t_1}$ 和

c)    b_n＝d₁-a_n·ln t_n

其中：

a_n＝通过峰值点“n”的一条曲线的阻抑系数

b_n＝通过峰值点n的曲线的转折点

t₁＝第一个峰值点的时间，用s表示，

t_n＝第n个峰值点的时间，用s表示，

d₁＝第一个峰值的降低值，用mm表示，

d_n＝第n个峰值的降低值，用mm表示。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，作为几何上准确的、包围住所有峰值点(12)的曲线选择了按照函数“f”的包络对数曲线：

D)    f(t)＝a·ln t+b

其中：

a＝阻抑系数

b＝转折点

t＝时间，用s表示，

其中，ln＝自然对数；底e＝2.7…。

6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过有目标地组合不同的、支承辊的最佳调整的辊间距(4c)极大程度上近似地对比于同样大小的、支承辊的基本辊间距(4b)对于优化进行调整，这优化由下式计算出：

E)    β_opt≤0.9·β_vorher

其中：

β_opt＝优化之后的鼓起指数，用m/s表示，

β_vorher＝优化之前的鼓起指数，用m/s表示。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属是液态的钢。

8.在浇铸液态金属时用于支承和输送在连铸设备(1)的一个铸坯导辊机架(3)中的连铸坯(6)的装置，具有在铸坯拉出方向(8)上连接于一个稳定的、可以振荡的连铸结晶器(2)的支承辊扇段(7)或支承辊组(7a)，它们的成对的支承辊(5)用其各自的开口宽度(5a)可以调整至凝固化的连铸坯(6)的厚度(6a)，而且从辊对(4a)至辊对(4a)的支承辊间距(4)在此意义上按照一种不稳定的、以浇铸速度移动的鼓起(9)来确定，以至于通过改变基本辊间距(4b)减小了在连铸结晶器(2)和铸坯导辊机架(3)里的熔池液面波动(10)，其特征在于，铸坯导辊机架(3)由支承辊扇段(7)或支承辊组(7a)构成，它们的辊对(4a)规定在浇铸方向(8)上具有最佳调整的间距(4c)，也就是说具有相互不等的间距，因此各自支承辊(5)的多个或者所有的单个振动频率汇总成的铸坯导辊机架(3)的总距离曲线(F)得出了对于所有鼓起效应(9)最大阻抑的一个最佳值，根据该最佳值对辊间距进行最佳调整。

9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，基本辊间距(4b)在铸坯导辊机架(3)的各个部段的分布中减小到一个最佳调整的辊间距(4c)，在5mm-40mm之间。

10.按权利要求8所述的装置，其特征在于，基本辊间距(4b)在铸坯导辊机架(3)的各个部段分布中加大到一个最佳调整的辊间距(4c)，在10mm-50mm之间。

11.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述液态金属是液态钢。

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