CN102126006B - 连铸轻压下辊缝控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸轻压下辊缝控制方法，通过位移、压力传感器分别获得拉矫机上辊的位移反馈信号以及实际压下力，并输送至补偿器；对位移反馈信号进行压力值的补偿，产生修正值，并将修正值输送至比较器；将修正值与辊缝设定值进行比较，产生比较值；比较值由比较器输送至位置调节器，调节伺服阀的开口度，控制液压缸压下力，从而调节与液压缸连接的上辊，最终使辊缝实际值与辊缝设定值一致；通过多个拉矫机上辊的分步下压，来达到总的压下量。由于采用了对位移反馈信号进行压力值补偿的措施，消除了因施加在铸坯上较高的压下力对位移传感器所产生的位移反馈信号出现失真的影响，从而为实现理想的轻压下冶金工艺效果创造良好的条件。

Description

连铸轻压下辊缝控制方法

技术领域

本发明涉及连铸轻压下的辊缝控制技术，更具体地说是涉及一种连铸轻压下辊缝控制方法。

背景技术

冶金工艺中，在连铸坯液芯末端区经常采用轻压下技术。轻压下技术是指通过在连铸坯液芯末端区施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿铸坯的凝固收缩量。这样一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面，轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。

参见图1，目前典型的方坯连铸机的轻压下装置是由多台的拉矫机5构成的拉矫机组。每台拉矫机5包括一个下辊1、一个上辊2，下辊1是固定支承辊，上辊2是活动驱动辊，上辊2的旋转由电机驱动，上辊2的升降由与上辊2辊架相连的液压缸3来控制。每台液压缸3上都带有位移传感器4，用于检测液压缸3中活塞杆31的位移。由于活塞杆31与上辊2为机械连接，因此通过位移传感器4能检测到上辊2的位置移动变化，即上辊2与下辊1的辊缝变化。拉矫机组的拉矫机5数量由轻压下区间来决定，拉矫机5的数量越多，实施轻压下的区间范围就越大。方坯连铸机一般配置为6-9台。从连铸生产工艺上来说，当钢包6中的液相钢水经中间包7缓冲、中转流入结晶器8后，就开始钢水从液相到固相的凝固铸造过程。钢水首先在结晶器8内接受一次冷却形成坯壳，然后经过二冷水区9各段的冷却，进一步加快凝固，增加其固相分布比例。当包含液芯的铸坯11到达轻压下区域10时，拉矫机5便先后从压力控制模式切换到辊缝控制模式，并根据不同的辊缝设定值和实际辊缝的反馈值来调节液压缸3的压下力，使上辊2能进一步克服铸坯11坯壳的变形抗力，达到一定的压下位移量，通过多个拉矫机5的上辊2的分步下压，来达到总的压下量目标，从而实现凝固末端铸坯11轻压下的工艺效果。

轻压下控制技术有两个关键控制量，一个是压下位置，即沿着钢流浇铸方向，寻找合适的实施点。对于方坯连铸机而言，轻压下一般在固相率为0.3-0.8的范围内实施效果最为显著，因此需要直接或间接地检测和计算铸坯11沿浇铸方向的固相率分布情况，以决定整个拉矫机组中有哪些拉矫机5的上辊2需要实施轻压下；二是压下位移量，即含液芯的铸坯11受到上辊2挤压后的厚度变化量大小。在非轻压下运行模式中(即压力控制模式)，上辊2压在铸坯11上的力比较小，一般不会造成铸坯11厚度方向的形变。而在轻压下的模式中，为了达到工艺所要求的铸坯11体积压缩量，需要上辊2在铸坯11坯壳上施加更大的压力，使上辊2能在原来基础上进一步压下一定的位移量，从而使铸坯11在厚度方向上产生受控的挤压变形。由于拉矫机5的下辊1固定，上辊2压下位移量的大小决定了辊缝的大小，因此压下位移量控制也称为辊缝控制。

参见图2，目前，辊缝控制的方法是利用位移传感器4将获得的上辊2位移反馈信号W(即辊缝实际值)输送至比较器12，与预先设定的辊缝设定值S进行比较，然后将比较值输送至PID位置调节器13实施闭环控制，PID位置调节器13输出信号至伺服阀14以调节伺服阀14的开口度大小，进而控制液压缸3的压下力大小，从而调节与液压缸3的活塞杆31连接的上辊2达到辊缝控制的目的。当辊缝实际值大于辊缝设定值S时，此时因上辊2还未压下到位，PID位置调节器13的输出值增大，使伺服阀14的开口度加大以增加液压缸3的压下力，压下力增大后，使上辊2能进一步克服铸坯11的坯壳变形抗力而继续下降直至位移反馈信号W与辊缝设定值S相同，此时因上辊2已压到位，使液压缸3的压下力同铸坯11的坯壳变形抗力之间维持相对平衡，辊缝得以保持。当辊缝实际值小于辊缝设定值S时，此时因上辊2压下过量，PID位置调节器13输出值减小，使伺服阀14的开口度变小以减少液压缸3的压下力，压下力减小后，因为铸坯11的坯壳变形抗力作用使上辊2向上抬升，直至位移反馈信号W与辊缝设定值S相同。

但是，上辊2施加到铸坯11上的压力会对拉矫机5产生反作用力，使拉矫机5的上辊2、液压缸3、以及相关的连接件、支承件等均会产生一定量的弹性变形或间隙挤出效应，从而使液压缸3上的位移传感器4产生的位移反馈信号W出现了一定的失真，也就是位移反馈信号W与辊缝实际值不一致。经过试验检测得知，失真值同上辊2施加到铸坯11上的压力有关，压力越大失真值也越大。例如在拉矫机5上辊2的压下力达到80吨时，所产生的位移误差可达2mm左右。又如，当设定的整个轻压下区域的总压下量为14mm时，实际测量铸坯11的厚度所得出的总压下量却仅为7.5mm，轻压下的压下量误差控制精度只有46.4％，远远没有达到工艺的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上辊施加到铸坯上的压力会对拉矫机产生反作用力，从而使液压缸上的位移传感器产生的位移反馈信号出现失真的问题，本发明的目的是提供一种连铸轻压下辊缝控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连铸轻压下辊缝控制方法，该控制方法的具体步骤为：

a.通过位移、压力传感器分别获得拉矫机上辊的位移反馈信号以及实际压下力，并输送至补偿器；

b.对位移反馈信号进行压力值的补偿，产生修正值，并将修正值输送至比较器；

c.将修正值与辊缝设定值进行比较，产生比较值；

d.通过比较器将比较值输送至位置调节器，调节伺服阀的开口度，控制液压缸压下力，从而调节与液压缸连接的上辊，最终使辊缝实际值与辊缝设定值一致；

e.通过多台拉矫机重复上述的步骤A至步骤D，达到总的压下量。

所述的步骤b的具体步骤为：

b1.在模拟环境中，检测不同压力下拉矫机的辊缝检测误差值；

b2.通过辊缝检测误差值获得补偿系数，并对实际压下力进行压力值的补偿，获得补偿值；

b3.将补偿值与位移反馈信号进行叠加，产生修正值，并将修正值输送至比较器。

所述的步骤b1的具体步骤为：

b11.将引锭杆穿入拉矫机内，使引锭杆杆身部分停留在拉矫机上辊下方；

b12.将拉矫机上辊以标定压下力压于引锭杆上，并通过位移传感器测得拉矫机上辊的位移反馈信号，作为拉矫机的基准辊缝检测值；

b13.对引锭杆实施等量递增的压下力，并测得相应辊缝检测值；

b14.通过计算公式ΔP_j＝P_j-P₀，计算出辊缝检测误差值ΔP_j，

式中，j＝1，2，3......，P_j为相应辊缝检测值，P₀为基准辊缝检测值。

所述的步骤b2的具体步骤为：

b21.通过辊缝检测误差值生成辊缝检测误差值-压力变化曲线；

b22.对辊缝检测误差值-压力变化曲线进行拟合线性化，并计算出线性补偿系数；

b23.根据补偿系数对实际压下力进行补偿，并获得补偿值。

所述的补偿值的计算公式为：B＝K×(F-F₀)，

式中

B为补偿值，K为线性补偿系数，F为实际压下力，F₀为标定压下力。

所述的实际压下力F的取值采用实际压下力平均值Fav，所述的实际压下力平均值Fav的计算公式为：

式中

Fi为每次采用的实际压下力值。

与现有技术相比，采用本发明一种连铸轻压下辊缝控制方法，通过位移、压力传感器分别获得拉矫机上辊的位移反馈信号以及实际压下力，并输送至补偿器；对位移反馈信号进行压力值的补偿，产生修正值，并将修正值输送至比较器；将修正值与辊缝设定值进行比较，产生比较值；比较值由比较器输送至位置调节器，调节伺服阀的开口度，控制液压缸压下力，从而调节与液压缸连接的上辊，最终使辊缝实际值与辊缝设定值一致；通过多个拉矫机上辊的分步下压，来达到总的压下量。由于采用了对位移反馈信号进行压力值补偿的措施，消除了因施加在铸坯上较高的压下力对位移传感器所产生的位移反馈信号出现失真的影响，使拉矫机能获得精确的辊缝控制，从而为实现理想的轻压下冶金工艺效果创造良好的条件。

附图说明

图1是现有技术的方坯连铸机的轻压下结构示意图；

图2是现有技术的轻压下辊缝控制示意图；

图3是本发明的一种连铸轻压下辊缝控制方法的流程示意图。

图4是本发明的轻压下辊缝控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图3、图4所示，一种连铸轻压下辊缝控制方法，该控制方法的具体步骤为：

a.通过位移传感器4、压力传感器16分别获得拉矫机5上辊2的位移反馈信号W以及实际压下力F，并分别输送至补偿器15，在此需要说明的是，压力传感器16设置于上辊2的液压缸3上，补偿器15连接设于上述传感器与比较器12之间；

b.对位移反馈信号W进行压力值的补偿，产生修正值C，并将修正值C输送至比较器；

c.将修正值C与辊缝设定值S进行比较，产生比较值；

d.通过比较器12将比较值输送至位置调节器13，调节伺服阀14的开口度，控制液压缸3压下力，从而调节与液压缸3连接的上辊2，最终使辊缝实际值与辊缝设定值S一致；

e.通过多台拉矫机5重复上述的步骤A至步骤D，达到总的压下量。

其中，步骤b具体如下：先在模拟环境中，检测不同压力下拉矫机的辊缝检测误差值；然后通过辊缝检测误差值获得补偿系数，并对实际压下力F进行压力值的补偿，获得补偿值B；最后将补偿值B与位移反馈信号W进行叠加，产生修正值C。

上述模拟环境可采用以下方式：

首先，将引锭杆穿入拉矫机组内，使引锭杆杆身部分停留在各拉矫机5的上辊下方。在此需要说明的是，采用引锭杆而不是铸坯11是因为引锭杆是链式可弯曲的，可直接穿入位于弧形段的拉矫机组内，并且引锭杆杆身部分坚硬，厚度固定且各段尺寸相同，可以作为基准使用。而铸坯11由于冷态时不可弯曲，热态时不可测量，并且厚度尺寸不固定，因此无法作为基准使用。

以下以单台拉矫机5为例，来说明是如何测得补偿值的：

首先，将拉矫机5的上辊以标定时采用的压下力F₀压到引锭杆上(所谓标定，是指对装在液压缸上的位移传感器的反馈信号进行一次校准，通过使上辊压在与铸坯尺寸相仿的标准厚度的垫块上，产生一个标准辊缝，然后使反馈信号与其相等，从而使反馈信号与辊缝值之间建立起数值对应关系。一般标定时采用的压下力只需保证上辊与垫块压合紧密即可)，将拉矫机5液压缸3上的位移传感器4反馈的位移反馈信号W(即辊缝检测值)作为基准辊缝检测值P₀。由于施加的是与标定时一样的压力，因此，位移传感器4的辊缝检测值几乎同引锭杆身的厚度尺寸值相同(因为一般标定时设置的压下力较低，产生的辊缝检测误差值基本可以忽略不计，在施加轻压下时，压在铸坯11上的力要比这大得多)。对拉矫机5的上辊2以标定时采用的压下力作为压力增量单位施压到引锭杆上，每递增一次，则记录下拉矫机5的液压缸3上位移传感器4反馈的相应辊缝检测值，分别记作P_j(j＝1，2，3...，分别表示与等量递增的压下力对应的相应辊缝检测值)。具体测量点数可以根据实际情况选择，一般以轻压下时拉矫机5的最大压下力值作为测量上限。

通过试验，产生如表1所示一组拉矫机5的辊缝检测值与压力关系表，(表中标定压下力F₀、压力增量均为10ton，)

表1

从表1中的拉矫机组可以看出，各台拉矫机5的相应辊缝检测值P₀＞P₁＞P₂＞...，并且随着施加在引锭杆上压下力的递增，位移传感器4反馈的相应辊缝检测值基本上呈线性递减。事实上，引锭杆在拉矫机5里并没有移动，尺寸也没有变化，拉矫机5的上辊2、下辊1由于夹持着引锭杆，其实际的辊缝值也没有变化。因此表1中的各台拉矫机5上检测到的相应辊缝检测值P_j同基准辊缝检测值P₀相减后的差值，实际上就是反作用力给液压缸3上的位移传感器4所造成的辊缝检测误差值ΔP_j。通过计算公式ΔP₁＝P₁-P₀，计算出辊缝检测误差值ΔP_j，式中，j＝1，2，3......，P_j为相应辊缝检测值，P₀为基准辊缝检测值。

根据不同辊缝检测误差值，可以获得辊缝检测误差值-压力变化曲线。在此基础上通过Excel中为曲线添加趋势线的方式为曲线进行拟合线性化，从而求得线性补偿系数K。

该补偿系数K的物理意义是：在标定时的压下力基础上，不同拉矫机5的上辊2在铸坯上每增加1ton的压力时，液压缸3上的位移传感器4反馈的辊缝检测值所对应的补偿值B。

为了避免压力波动的影响，可根据拉矫机5的上辊2压在铸坯11上的实际压下力(该压下力由装在液压缸3上的压力传感器16进行检测)进行平均值滤波。方法是将拉矫机5的上辊2分成60等份，每等份对压力检测值取一次样，取60次样后求一次平均值，即拉矫机5上辊2每转一圈，生成一个压力平均值Fav，

(Fi：每次采样时的压力值)

系统根据拉矫机5的补偿系数K和实际压下力的平均值Fav，计算出拉矫机5的补偿值B，

B＝K×(Fav-F₀)式中F₀为标定时的压下力。

修正值C＝位移反馈信号W+补偿值B

通过对位移反馈信号W进行压力值的补偿，可以消除与拉矫机5的压下力相关的辊缝误差因素，从而为实现理想的轻压下冶金工艺效果创造良好的条件。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种连铸轻压下辊缝控制方法，其特征在于，

该控制方法的具体步骤为：

a.通过位移、压力传感器分别获得拉矫机上辊的位移反馈信号以及实际压下力，并输送至补偿器；

b.对位移反馈信号进行压力值的补偿，产生修正值，并将修正值输送至比较器，该步骤的具体步骤为：

b1.在模拟环境中，检测不同压力下拉矫机的辊缝检测误差值；

b2.通过辊缝检测误差值获得补偿系数，并对实际压下力进行压力值的补偿，获得补偿值；

b 3.将补偿值与位移反馈信号进行叠加，产生修正值，并将修正值输送至比较器；

c.将修正值与辊缝设定值进行比较，产生比较值；

d.通过比较器将比较值输送至位置调节器，调节伺服阀的开口度，控制液压缸压下力，从而调节与液压缸连接的上辊，最终使辊缝实际值与辊缝设定值一致；

e.通过多台拉矫机重复上述的步骤a至步骤d，达到总的压下量。

2.如权利要求1所述的辊缝控制方法，其特征在于，

所述的步骤b1的具体步骤为：

b11.将引锭杆穿入拉矫机内，使引锭杆杆身部分停留在拉矫机上辊下方；

b12.将拉矫机上辊以标定压下力压于引锭杆上，并通过位移传感器测得拉矫机上辊的位移反馈信号，作为拉矫机的基准辊缝检测值；

b13.对引锭杆实施等量递增的压下力，并测得相应辊缝检测值；

b14.通过计算公式ΔP_j＝P_j-P₀，计算出辊缝检测误差值ΔP_j，

式中，j＝1，2，3......，P_j为相应辊缝检测值，P₀为基准辊缝检测值。 

3.如权利要求1所述的辊缝控制方法，其特征在于，

所述的步骤b2的具体步骤为：

b21.通过辊缝检测误差值生成辊缝检测误差值-压力变化曲线；

b22.对辊缝检测误差值-压力变化曲线进行拟合线性化，并计算出线性补偿系数；

b23.根据补偿系数对实际压下力进行补偿，并获得补偿值。

4.如权利要求3所述的辊缝控制方法，其特征在于，

所述的补偿值的计算公式为：B＝K×(F-F₀)，

式中

B为补偿值，K为线性补偿系数，F为实际压下力，F₀为标定压下力。

5.如权利要求4所述的辊缝控制方法，其特征在于，

所述的实际压下力F的取值采用实际压下力平均值Fav，所述的实际压下力平均值Fav的计算公式为：

式中

Fi为每次采用的实际压下力值。 

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