CN102198495B - 双辊薄带连铸侧封控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

双辊薄带连铸侧封控制方法，采用一套检测装置实时检测铸带边部的毛刺数量和大小，根据检测反馈数据和目标数据比较，侧封板支撑系统以此相应调节侧封板工作高度，使得侧封板下部的坡口与铸带凝固点(kiss点)的高度差保持在0.1-2mm，同时，持续的保持侧封板和结晶辊端面接触，以此提高铸带的边部质量。本发明通过检测浇铸出的铸带的边部质量，相应的调整侧封板的工作位置，减少铸带边部的质量缺陷，提高铸带质量，同时可以减少侧封板的磨损，满足薄带连铸长时间浇铸的需要。该侧封板支撑控制系统包括位置和压力控制两种模式，适用于整个浇铸过程。

Description

双辊薄带连铸侧封控制方法及装置

技术领域

本发明涉及连铸工艺，特别涉及双辊薄带连铸侧封控制方法及装置。

背景技术

双辊薄带连铸技术是一种先进的短流程冶金工艺。典型的示例如图1所示，直接将钢水浇注在一个由两个相对转动并能够快速冷却的结晶辊1a、1b和侧封板2a、2b围成的熔池中，熔融钢水在结晶辊旋转的周向表面被冷却和凝固，进而形成凝固壳并逐渐生长然后在两结晶辊1a、1b辊缝隙最小处被挤压在一起，形成钢带4，带材4经由导板5导向活套导向辊12和夹送辊6，并在活套导向辊12和结晶辊1a、1b之间形成活套3，然后由轧机7轧制成薄带，轧制后的带钢通过输送辊道8带动经过喷淋冷却装置9进行冷却，最后送入卷取机11卷曲。

与传统的连续铸造方法不同，该方法不需经过多道热轧工序，可大大简化薄带生产工艺及减少设备投资。

通过上面的工艺简述可以知道，在两个结晶辊距离最小的位置(nip点)会产生带宽和带厚方向最强烈的铸带塑性变形，所以在铸带开始凝固直至通过nip点，期间都会产生一个侧向分力作用在侧封板上。薄带连铸凝固原理简图如图2所示。所以为了避免侧封板被已经凝固的带钢所磨损，在侧封板的下部有留有一个坡口，如图3所示，坡口的设计位置位于铸带凝固点(kiss点)的上方，则坡口上部的带钢与侧封板的没有磨损，坡口下部可以发挥导向和保护侧封板支架的作用。

理论上，Kiss点和nip点重合是比较理想的。但是，由于在实际生产中的钢种多为合金材料，凝固存在一定温度区间，因此在Nip点上方总有一段固液两相区，即“液芯”。而且，由于薄带连铸生产过程中，初始浇铸阶段的工艺情况和和浇铸一段时间后稳定浇铸阶段的情况不同——主要表现在铸轧力的大小和力作用点也会发生变化，其原因是随着浇铸的持续进行金属的凝固点位置会由于结晶辊等部件的温度升高等原因而相对下降。所以在整个薄带连铸浇铸过程中，如果侧封板的位置如果能够相应的配合凝固点的位置发生改变，则可以提高铸带边部的质量，并减少侧封板的磨损，提高侧封板的寿命。另外，由于侧封板的存在，侧封板附近的铸带相对于结晶辊中部的凝固情况是不均匀的，所以，在铸带的边部多少会有一些未完全凝固的液芯在铸带经过nip点时被挤出，这种圆粒状的不完全凝固物会形成铸带边部的“毛刺”，如果铸带边部的“毛刺”和侧封板会发生剧烈摩擦，铸带的边部会发生变形增厚，偶尔，边部铸带内部未完全凝固的液芯会被挤成丝状凝固体围绕在结晶辊上，严重时会使得边部铸带撕裂，或加在侧封板和结晶辊之间导致侧封板损坏或浇铸失败。

所以在浇铸过程中如果能够控制侧封板相对于凝固点的位置，使得“毛刺”不受任何约束，可以提高铸带边部的质量。

发明内容

本发明的目的是提出一种双辊薄带连铸侧封控制方法及装置，采用实时检测铸带边部的毛刺数量和大小，根据边部质量的检测数据和目标数据比较，侧封板支撑系统根据测量得到的边部质量数据相应地调整侧封板的工作位置，以此提高铸带的边部质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

双辊薄带连铸侧封控制方法，采用实时检测铸带边部的毛刺数量和大小，根据边部质量的检测数据和目标数据比较，决定侧封板的控制方式；

铸带边部检测值连续，铸带边部超过0.2mm检测到的铸带判定为毛刺；铸带边部的毛刺数量允许值为5-20个/m，且毛刺沿着铸带宽度方向尺寸(以下称为毛刺高度)相对于铸带平均边部尺寸为0.2-0.8mm，且单个毛刺长度(沿着铸带前进方向尺寸)小于3mm，此时，认为其边部质量合格，即侧封板工作高度和侧封板与结晶辊端面的距离适合；上述边部质量数据采样周期为t，时间t为2-3个结晶辊转动圈数；

侧封板相对磨损沟痕深度小于0.2mm时，如果单个毛刺的高度小于0.2mm，而连续长度为3-15mm，则判定为侧封板纵向工作位置低，此时侧封板支撑装置逐渐升高侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到了合格标准，则，停止纵向移动侧封板；在此调节过程中，侧封板的横向工作位置即侧封板与结晶辊端面的距离保持不变；

如果单个毛刺高度大于0.8mm，铸带边部毛刺数量超过20个/m，则判定为侧封板高度超高，此时，侧封板支撑装置逐渐向下移动减低侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到前述合格标准，则停止纵向移动侧封板，在此调节过程中，侧封板的横向工作位置也保持不变；

侧封板相对磨损沟痕深度超过0.2mm后，侧封板的纵向工作位置保持不变，此时，如果铸带边部检测铸带边部的毛刺数量超过20个/m，且毛刺沿着铸带宽度方向尺寸(以下称为毛刺高度)相对于铸带平均边部尺寸大于0.8mm或单个毛刺长度(沿着铸带前进方向尺寸)大于3mm，此时，认为其边部质量不合格，侧封板支撑装置沿横向推进侧封板靠近结晶辊端面，直至边部质量合格，则，侧封板横向移动停止，继续保持恒定位置控制模式，并同时在浇铸过程中不断检测铸带边部质量的数据，周而复始的实施如上述侧封板调整步骤，直至浇铸结束。

进一步，所述的检测装置包括两个CCD摄像机和边部检测数据处理器系统，CCD摄像机安装在铸带出带口上方，实时检测铸带两个边部的毛刺数量和大小。

侧封板相对磨损沟痕深度小于0.2mm时，侧封板支撑装置可根据铸带边部质量相应调节侧封板纵向工作位置(沿结晶辊径向)，使得侧封板下部的坡口高于铸带凝固点(kiss点)0.1-2mm，同时，持续的保持侧封板和结晶辊端面接触以提高铸带边部质量。

侧封板的纵向工作高度调节时，侧封板支撑装置以0.5-1mm/min的速度逐渐向上或向下移动调节侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到前述合格标准，则停止纵向移动侧封板。

侧封板的横向工作位置调节时，侧封板支撑装置以0.1-0.2mm/min速度沿横向推进侧封板靠近结晶辊端面，直至边部质量合格。

另外，本发明侧封板的磨损量通过横向动作的液压缸上的位移传感器测得，侧封板与结晶辊接触所产生的侧封板相对磨损沟痕深度Δh通过下式得到：

Δh＝h_a-h_b

式中：h_a-侧封板磨损量，mm，

h_b-侧封板受钢水侵蚀量，mm，

浇铸过程中侧封板受钢水的侵蚀量为0.2-0.5mm/h。

又，浇铸过程中通过CCD摄像机检测到的铸带两个边部的距离来反馈实际的侧封板相对磨损沟痕深度，如果侧封板最薄处的厚度为5-12mm(根据浇铸厚度而定)，为了保证浇铸设备的安全，则退出浇铸状态，浇铸结束。

本发明所述的双辊薄带连铸侧封控制装置，其包括，侧封板支撑系统，包括，支撑板，其为一侧开口的箱体结构，侧封板放置在支撑板开口侧；第一液压缸，其活塞杆前端垂直连接顶紧板，控制顶紧板水平方向位移，第一液压缸后部设一位移传感器；第二液压缸，其活塞杆前端通过一连接块连接于顶紧板，活塞杆与顶紧板平行设置，控制顶紧板垂直方向位移；第二液压缸后部设一位移传感器；二个伺服阀，分别连接第一、第二液压缸；铸带边部质量控制系统，包括，两个CCD摄像机，分别安装在铸带出带口上方；数据处理器、比较器、控制模块，依次电性连接，CCD摄像机输出端连接数据处理器，控制模块输出端接上述二个伺服阀。

第一液压缸上的位移传感器测得的数据为侧封板的纵向工作位置，而第二液压缸上位移传感器所测得得数据位侧封板横向工作位置。

本发明适用于用双辊式薄带连铸机浇注厚度1.5-5mm的金属铸带。

本发明的主要优点在于：

根据直接检测结果进行铸带质量控制，控制方法可靠，避免了在浇铸过程中，尤其是浇铸初期不稳定浇铸阶段对侧封板和相关设备的损害，可以提高浇铸的稳定性。

在浇铸过程中，可以根据任意一侧的铸带质量的实际情况控制侧封板进给量，通过压力方式和位移方式的交叉控制，延长侧封板的使用，延长浇铸时间。

根据检测铸带边部质量来控制侧封板的工作位置和形式，相比以往只根据结果侧封板顶紧油缸中位移传感器的值来控制侧封板的进给量的方式，本发明的方法更加可靠。

本发明与已有技术的区别和改进之处：

现有的有关解决薄带连铸铸带边部质量的侧封专利很多，与本发明相近的对比如下：

1、美国专利US2002011324中提到使用带有位移传感器的液压缸，并施加预应力，同时独立的多个位移传感器在线检测工作过程中侧封板各点处的磨损，从而调节进给量，以保证密封性，此种方法非常好，但是需要在侧封板后部添加很多个传感器，传感器对热量的敏感性导致的精度偏差以及多个传感器的数值的复杂处理形式使得这个专利的实用性不强。

2、美国专利US5584335中提到的方法和机构的实用性比较强，与本发明相同之处主要在于它提出开浇初始阶段的顶紧力大于浇铸稳定阶段的正常浇铸，这个变压力策略是很有用，但是，如果只是变压力来控制侧封板支撑系统会导致的后果是很严重的，可能会导致侧封板断裂，并且不可避免的会使铸带边部的质量变化很大。

3、欧洲专利EP0901851公开了一种保证侧封板使用方法，可以提高铸带质量，其建议始终保持侧封板下沿高于nip点以上1mm，保证得到良好的铸带质量，但其不能控制浇铸初期的kiss点变化引起浇铸不稳定情况。

4、日本专利JP59215255A和JP59215254都是直接检测侧封板的回退量，然后来控制侧封板动作的方法，不同的是，前者增加了使侧封板上下移动的功能，此专利中，移动侧封板的判据是检测侧封板下端的回退量为零，在实际生产中，侧封板是不应该产生回退量的，如果检测到回退再进行调节，浇铸作业可能会以外终止。

5、美国专利US6296046中，通过分析铸轧力和铸轧力的变化量来推断凝固点的高度，相应的调节侧封板的高度，使得二者相匹配。因为影响铸轧力变化的因素很多，所以只是通过分析铸轧力判断凝固点的高度并不一定可靠。

6、日本专利JP2003305547中，定义了两种边部质量异常，一种是边部毛口，另一种是液芯挤出，分别采用厚度和宽度测量仪来检测边部质量，从而相应的调整侧封板机构的顶紧压力和工作位置，一般来说边部增厚的现象和液芯挤出是混合在一起的，所以采用这种检测方法很难精确的界定质量缺陷真实情况，所以给控制方法增加了难度。

7、专利WO2009041777中提到的一种检测铸带边部质量并控制侧封板的方法和本发明的技术方案比较相近，在这个专利中使用CCD测量铸带两侧边部的毛刺厚度和鳍状物的长度，将检验值和设定值进行比较后驱动侧封板相应的向前或向上以一定的速率移动，提高铸带边部的质量。

但是，该专利铸带边部质量的检测方法中使用CCD检测铸带边部的毛刺(spur)厚度和边部鳍状物(fin)长度是比较困难的，因为CCD只能观测到平面的图像，而不能检测出高度变化。其次，该专利中检测的是铸带两侧边部的毛刺厚度和鳍状物的长度(鱼鳍状物是由于铸带边部与侧封板摩擦挤压所形成的)，这种方法和本发明采用检测沿着铸带宽度方向的毛刺大小和数量作为铸带边部质量的检测判据的方法是不同的。另外，在该专利中，可以在任何情况下采用将侧封板上移的控制策略，只是不同情况下的移动速率有所不同而已。而本发明只有在侧封板磨损量小于0.5mm时才能改变侧封板的纵向位置，否则，侧封板上相对磨损磨痕会在改变位置时中被结晶辊的边部损坏。

附图说明

图1为薄带连铸典型工艺流程示意图；

图2薄带连铸凝固原理的示意图；

图3为本发明一实施例侧封板工作位置示意图；

图4为本发明一实施例的控制原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

参见图4，本发明的双辊薄带连铸侧封控制装置，其包括，侧封板支撑系统B、铸带边部质量控制系统A；

其中，侧封板支撑系统B，包括，支撑板14，其为一侧开口的箱体结构，侧封板2b(2a)放置在支撑板开口侧；第一液压缸15，其活塞杆前端垂直连接支撑板14，控制支撑板14水平方向位移，第一液压缸后部设一位移传感器16；第二液压缸18，其活塞杆前端通过一连接块连接于顶紧板，活塞杆与支撑板14平行设置，控制支撑板14垂直方向位移；第二液压缸18后部设一位移传感器20；二个伺服阀17、19，分别连接第一液压缸15、第二液压缸18；

铸带边部质量控制系统A，包括，两个CCD摄像机13、13’，分别安装在铸带出带口上方；边部检测数据处理器23、比较器22、侧封板控制器21，依次电性连接，CCD摄像机13、13’输出端连接数据处理器23，控制模块31输出端接上述二个伺服阀17、19。

1、铸带边部质量的检测装置---两个CCD摄像机13、13’实时数据B₁、B₂，经过边部检测数据处理器23处理后，在比较器22中和预先设定的边部质量目标数据B₀进行比较，得到的偏差信号传入侧封板控制器模块21中，经过侧封板控制器模块计算转换成侧封板2b(以结晶辊一侧配置为例，另一侧配置相同，以下说明相同)的位移量数据，通过伺服阀19控制两端相应的液压缸18带动侧封板支撑板14上下动作。同时，数据B₁、B₂经过边部检测数据处理器23处理后，计算出铸带的实际宽度。

2、在侧封板2a上下和前后位移量由位于液压缸15、18后部的位移传感器16、20控制，并反馈给侧封板控制器模块21，模块21需要根据反馈值S₁、S₂计算是否已经达到侧封板的使用极限，如过薄----侧封板厚度为5-12mm，如此，则进入停止浇铸状态。

3、侧封板支撑系统有压力和位移控制两种控制模式下工作，其中，液压缸15在伺服阀17驱动下提供侧封板沿结晶辊轴线方向的恒定压力压力P1并可以保持恒定位移，保证侧封板2b与结晶辊1a、1b端面贴合。

具体控制过程如下：

两个CCD摄像机13、13’实时检测铸带边部的毛刺数量和大小，根据边部质量的检测数据和目标数据比较，从而决定侧封板2b(2a)的控制方式；

铸带边部检测值连续，铸带边部超过0.2mm检测到的铸带判定为毛刺；铸带边部的毛刺数量允许值为5-20个/m，且毛刺沿着铸带宽度方向尺寸(以下称为毛刺高度)相对于铸带平均边部尺寸为0.2-0.8mm，且单个毛刺长度(沿着铸带前进方向尺寸)小于3mm，此时，认为其边部质量合格，即侧封板2b(2a)工作高度和侧封板与结晶辊1a、1b端面的距离适合；上述边部质量数据采样周期为t，时间t为2-3个结晶辊转动圈数；

侧封板相对磨损沟痕深度小于0.2mm时，如果单个毛刺的高度小于0.2mm，而连续长度为3-15mm，则判定为侧封板纵向工作位置低，此时侧封板支撑装置以0.5-1mm/min的速度逐渐升高侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到了合格标准，则，停止纵向移动侧封板；在此调节过程中，侧封板的横向工作位置即侧封板与结晶辊端面的距离保持不变；

如果单个毛刺高度大于0.8mm，铸带边部毛刺数量超过20个/m，则判定为侧封板高度超高，此时，侧封板支撑装置以0.5-1mm/min的速度逐渐向下移动减低侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到前述合格标准，则停止纵向移动侧封板，在此调节过程中，侧封板的横向工作位置也保持不变；

侧封板相对磨损沟痕深度超过0.2mm后，侧封板的纵向工作位置保持不变，此时，如果铸带边部检测铸带边部的毛刺数量超过20个/m，且毛刺沿着铸带宽度方向尺寸(以下称为毛刺高度)相对于铸带平均边部尺寸大于0.8mm或单个毛刺长度(沿着铸带前进方向尺寸)大于3mm，此时，认为其边部质量不合格，侧封板支撑装置以0.1-0.2mm/min速度沿轴向推进侧封板靠近结晶辊端面，直至边部质量合格，则，侧封板横向移动停止，继续保持恒定位置控制模式，并同时在浇铸过程中不断检测铸带边部质量的数据，周而复始的实施如上述侧封板调整步骤，直至浇铸结束。

进一步，所述的检测装置包括两个CCD摄像机和边部检测数据处理器系统，CCD摄像机安装在铸带出带口上方，实时检测铸带两个边部的毛刺数量和大小。

侧封板相对磨损沟痕深度小于0.2mm时，侧封板支撑系统可根据铸带边部质量相应调节侧封板纵向工作位置(沿结晶辊径向)，使得侧封板下部的坡口高于铸带凝固点(kiss点)0.1-2mm，同时，持续的保持侧封板和结晶辊端面接触以提高铸带边部质量。

浇铸过程中通过CCD传感器检测到的铸带两个边部的距离来反馈实际的侧封板相对磨损沟痕深度，如果侧封板最薄处的厚度为5-12mm，为了保证浇铸设备的安全，则退出浇铸状态，浇铸结束。

Claims (7)

1.双辊薄带连铸侧封控制方法，采用实时检测铸带边部的毛刺数量和大小，根据边部质量的检测数据和目标数据比较，从而决定侧封板的控制方式；

铸带边部检测值连续，铸带边部超过0.2mm检测到的铸带判定为毛刺；铸带边部的毛刺数量允许值为5-20个/m，且毛刺沿着铸带宽度方向尺寸即毛刺高度相对于铸带平均边部尺寸为0.2-0.8mm，且单个毛刺长度即毛刺沿着铸带前进方向尺寸小于3mm，此时，认为其边部质量合格，即侧封板工作高度和侧封板与结晶辊端面的距离适合；上述边部质量数据采样周期为t，时间t为2-3个结晶辊转动圈数；

侧封板相对磨损沟痕深度小于0.2mm时，如果单个毛刺高度小于0.2mm，而连续长度为3-15mm，则判定为侧封板纵向工作位置低，此时侧封板支撑装置逐渐升高侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到了合格标准，则停止纵向移动侧封板；在此调节过程中，侧封板的横向工作位置即侧封板与结晶辊端面的距离保持不变；

如果单个毛刺高度大于0.8mm，铸带边部毛刺数量超过20个/m，则判定为侧封板纵向工作高度超高，此时，侧封板支撑装置逐渐向下移动减低侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到前述合格标准，则停止纵向移动侧封板，在此调节过程中，侧封板的横向工作位置也保持不变；

侧封板相对磨损沟痕深度超过0.2mm后，侧封板的纵向工作位置保持不变；此时，如果铸带边部检测铸带边部的毛刺数量超过20个/m，且毛刺沿着铸带宽度方向尺寸相对于铸带平均边部尺寸大于0.8mm或单个毛刺长度大于3mm，此时，认为其边部质量不合格，侧封板支撑装置沿横向推进侧封板靠近结晶辊端面，直至边部质量合格，则侧封板横向移动停止，继续保持恒定位置控制模式，并同时在浇铸过程中不断检测铸带边部质量的数据，周而复始的实施上述侧封板调整步骤，直至浇铸结束。

2.如权利要求1所述的双辊薄带连铸侧封控制方法，其特征是，检测装置包括两个CCD摄像机和边部检测数据处理器系统，CCD摄像机安装在铸带出带口上方，实时检测铸带两个边部的毛刺数量和大小。

3.如权利要求1所述的双辊薄带连铸侧封控制方法，其特征是，侧封板相对磨损沟痕深度小于0.2mm时，侧封板支撑装置可根据铸带边部质量相应调节侧封板纵向工作位置，使得侧封板下部的坡口高于铸带凝固点即kiss点0.1-2mm，同时，持续的保持侧封板和结晶辊端面接触以提高铸带边部质量。

4.如权利要求1所述的双辊薄带连铸侧封控制方法，其特征是，侧封板的纵向工作高度调节时，侧封板支撑装置以0.5-1mm/min的速度逐渐向上或向下移动调节侧封板的纵向工作高度，同时不断地检测铸带边部质量，直至检测到的铸带边部质量达到前述合格标准，则停止纵向移动侧封板。

5.如权利要求1所述的双辊薄带连铸侧封控制方法，其特征是，侧封板的横向工作位置调节时，侧封板支撑装置以0.1-0.2mm/min速度沿横向推进侧封板靠近结晶辊端面，直至边部质量合格。

6.如权利要求1所述的双辊薄带连铸侧封控制方法，其特征是，侧封板的磨损量通过横向动作的液压缸上的位移传感器测得，侧封板与结晶辊接触所产生的侧封板相对磨损沟痕深度Δh通过下式得到：

Δh＝h_a-h_b

式中：h_a-侧封板磨损量，mm，

h_b-侧封板受钢水侵蚀量，mm，

浇铸过程中侧封板受钢水的侵蚀量为0.2-0.5mm/h。

7.如权利要求2所述的双辊薄带连铸侧封控制方法，其特征是，浇铸过程中通过CCD摄像机检测到的铸带两个边部的距离来反馈实际的侧封板相对磨损沟痕深度，如果侧封板最薄处的厚度为5-12mm，为了保证浇铸设备的安全，则退出浇铸状态，浇铸结束。

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