CN102266919B - 结晶器在线热调宽系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种结晶器在线热调宽系统及方法。结晶器在线热调宽系统包括：伺服电动缸，沿结晶器的窄边铜板移动方向设置于结晶器振动框架上，伺服电动缸的伸缩杆与结晶器的窄边背板相连；控制器，与伺服电动缸电连接，用于控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使两个窄边铜板之间的锥度与结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配。结晶器在线热调宽方法，包括：设定结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线；控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩。本发明提供的结晶器在线热调宽系统及方法，以伺服电动缸作为执行结晶器窄边宽度调节的致动器，结构紧凑，传动链短，调节精度高。

Description

结晶器在线热调宽系统及方法

技术领域

本发明涉及炼钢连铸技术领域，特别地，涉及一种结晶器在线热调宽系统及方法。

背景技术

在炼钢连铸领域，用户对板坯宽度的需求是多种多样的，因此需要根据用户需求对结晶器的宽度进行调整。如果采用更换结晶器的办法实现板坯的宽度调整，不仅需要增加结晶器数量，而且更换结晶器的时间较长，影响钢厂的生产率和效益。因此，为提高连铸机的作业效率，同时又能满足各客户的多规格、小批量生产的需求，需要在浇铸过程中改变铸坯的宽度和锥度，即实现结晶器在线热调宽。

常见的结晶器自动调宽装置有液压式和电动机械式。液压式自动调宽装置在每个窄边布置两个带位移传感器和伺候阀的液压缸，通过背板与窄边插入件连接。由于结晶器工作在高温潮湿的环境中，位移传感器和伺服阀很容易失效。电动机械式自动调宽装置，每个侧板由电机和传动装置进行驱动，中间要采用万向节联轴器等设备，占用空间大，传动链长，结构复杂而且精度不高易产生锥度漂移。例如，中国实用新型专利200920207125.6公开了一种在线热调宽结晶器，其中与滚动螺旋传动机构相连的驱动机构复杂，结晶器调宽的整体传动链长，传动效率低，累积间隙大，易发生锥度漂移。然而，结晶器的内腔尺寸和锥度在正常生产过程中不允许发生变化，否则会改变铸坯的冷却效果，引发铸坯边角部纵裂纹、窄边鼓肚、窄边局部凹陷等缺陷，更严重时边角裂和鼓肚将引起漏钢，损害设备并降低连铸机作业效率和结晶器的使用寿命，直接影响产量和企业效益。

另外，有人还公开了一种结晶器在线热调宽的方法，其步骤包括判定步骤、调宽步骤和调窄步骤，其中，调宽步骤依次是平移、调锥、调幅和调锥，调窄步骤依次是调锥、调幅和调锥。其调宽调窄步骤繁琐费时，还容易出错。

因此，有必要提供一种调节精度高并且结构简单、占用空间小的结晶器在线热调宽装置以及一种简捷可靠的在线热调宽的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种结晶器在线热调宽系统及方法，以解决结晶器在线热调宽系统结构复杂、体积庞大、控制过程繁琐的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种结晶器在线热调宽系统，包括：伺服电动缸，沿结晶器的窄边铜板移动方向设置于结晶器振动框架上，伺服电动缸的伸缩杆与结晶器的窄边背板相连；控制器，与伺服电动缸电连接，用于控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使与伺服电动缸相连的结晶器的两个窄边铜板之间的锥度与所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配。

进一步地，结晶器的窄边背板上与伺服电动缸的伸缩杆相对的位置上设置有销轴座，销轴座与窄边背板之间通过坡口局部加深焊接的方式连接，伺服电动缸的伸缩杆的端头与销轴座之间通过销轴连接。

进一步地，结晶器振动框架上设置有固定板，伺服电动缸的外壳与固定板相连，外壳的截面呈多边形。

进一步地，伺服电动缸的外壳与伸缩杆的端头之间设置有沿伸缩杆的轴向可伸缩的弹性护套。

进一步地，伺服电动缸的外端具有用于驱动伸缩杆的伺服电机，伺服电机内设置有用于采集结晶器的窄边铜板的位置信号的转速与位置检测编码器，伺服电机内还设置有与控制器电连接的锁紧抱闸装置。

进一步地，本发明提供的结晶器在线热调宽系统，还包括人机对话显示装置，与伺服电动缸及控制器电连接，用于显示伺服电动缸采集的结晶器位置参数以及显示调整控制器的控制参数。

进一步地，伺服电动缸的数量为四个，四个伺服电动缸的轴向与窄边铜板的运动方向平行地对称设置在窄边铜板的外侧。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种结晶器在线热调宽方法，包括：设定结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线；控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使与伺服电动缸相连的结晶器的两个窄边铜板之间的锥度与结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配。

进一步地，控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，包括：控制上部的两个伺服电动缸与下部的两个伺服电动缸的伸缩杆按照预设比例关系进行同步伸缩，该预设比例关系如下：

V_T(t)＝K_ijV_D(t)， $K_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Tij}}}{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Dij}}},$

其中，V_T(t)表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，V_D(t)表示下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，K_ij表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度与下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度之间的比例值，t表示时间，i＝1，2，3，...，n代表宽度的间隔序号，j表示钢种，ΔW_Tij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差，ΔW_Dij表示下部伺服电动缸j钢种i种宽度差。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的结晶器在线热调宽系统以伺服电动缸做为执行结晶器窄边宽度调节的致动器，系统紧凑，传动链短，调节精度高，累积间隙小，传动效率高，占用空间小，有利于在有限的结晶器空间布置其它管道设备，并使得安装维护更为方便；本发明提供的结晶器在线热调宽方法调节步骤简便快捷，不易出错。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的主视结构示意图；

图2是本发明优选实施例的在线热调宽系统的俯视结构示意图；

图3是本发明优选实施例的销轴座与窄边背板之间的连接结构示意图；

图4是现有技术中销轴座与窄边背板之间未采用坡口局部加深焊接方式连接的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的截面为六边形的伺服电动缸的外壳剖面结构示意图；

图6是本发明优选实施例的截面为八边形的伺服电动缸的外壳剖面结构示意图；

图7是本发明优选实施例的人机对话显示装置、控制器，以及伺服电动缸之间的连接结构示意图；

图8是本发明优选实施例的结晶器在线热调宽方法流程示意图；

图9是结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线；以及

图10是结晶器宽度与锥度对应关系表。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图2所示，根据本发明的一个方面，提供了一种结晶器在线热调宽系统，包括：伺服电动缸20，沿结晶器10的窄边铜板11的移动方向设置于结晶器振动框架上，伺服电动缸20的伸缩杆21与所述结晶器10的窄边背板13相连；控制器，与伺服电动缸20电连接，用于控制伺服电动缸20的伸缩杆21跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使与伸缩杆21相连的结晶器的两个窄边铜板之间的锥度与结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配。

根据上述位置信号控制伺服电动缸20的伸缩杆21的运动，具体地说，控制器与伺服电动缸20之间可以通过电缆连接。

结晶器10的内腔尺寸由结晶器两侧的窄边铜板11和宽边铜板12构成，窄边铜板11和宽边铜板12都通过夹紧装置夹紧以保证结晶器10的内腔尺寸在生产过程中不出现变化。本发明所指的在线热调宽是指在连铸生产过程中调节结晶器10两侧的窄边铜板11的宽度。

本发明提供的结晶器在线热调宽系统包括四个伺服电动缸20，四个伺服电动缸20作为结晶器10的在线热调宽的致动器，并与窄边铜板11的运动方向轴向平行地对称设置在窄边铜板11的外侧。

结晶器10的窄边铜板11的窄边背板13上与伺服电动缸20的伸缩杆21相对的位置上设置有销轴座30，伺服电动缸20的伸缩杆21的端头与销轴座30之间通过销轴连接。

如图3所示，为了加强销轴座30与窄边背板13的连接强度，确保结晶器10在进行调宽过程中不出现销轴座30拉裂的情况，销轴座30与窄边背板13之间采用坡口局部加深焊接的方式连接，并且在焊接处采用局部加深加厚的焊接处理，即使焊缝加厚，使得焊接处不易拉裂。图4是现有技术中销轴座与窄边背板之间未采用坡口局部加深焊接方式连接的结构示意图，从图4中可以看出，销轴座30与窄边背板13之间很容易被拉裂。

结晶器振动框架上设置有固定板15，伺服电动缸20的外壳23与固定板15相连，固定板15与伺服电动缸20的连接处局部扩大加厚。伺服电动缸20的外壳23局部固定在结晶器振动框架的固定板15上，固定板15与伺服电动缸20的外壳23接触的局部扩大加厚，保证结晶器宽度调窄即伺服电动缸20的伸缩杆21伸出去较长时支撑伺服电动缸20的强度仍然可靠，不产生偏移。常规没有进行局部扩大加厚的处理，在伸缩杆21伸出较长时由于支撑强度不够产生较大间隙最终出现跑锥情况。

如图5和图6所示，伺服电动缸20的外壳23的截面呈多边形，多边形的一个边所在的侧面与固定板15的板面相对接。现有伺服电动缸20的外壳23为圆柱形，截面呈圆形，本发明中将外壳23的截面形状设为多边形，使得外壳23的侧面能够容易地与固定板15的板面贴合，由原来的线、面接触变为面、面接触，增大了接触面积，可以直接在两个接触面上打螺栓，实现伺服电动缸20的外壳23与固定板15之间的连接，而且，连接方式简便、连接可靠。伺服电动缸20的外壳23的形状做成六边形或八边形，更容易通过螺纹固定在固定板15上即生根在固定板15上保证伺服电动缸20在调宽或调窄过程中的稳定与劳固。这相比圆形截面更容易固定。

伺服电动缸20的外壳23与伸缩杆21的端头之间设置有沿伸缩杆21的轴向可伸缩的弹性护套25。利用弹性防护套25能够防止灰尘颗粒进入伺服电动缸20内，延长伺服电动缸20的使用寿命。

伺服电动缸20具有用于驱动伸缩杆21的伺服电机27，伺服电机27内设置有用于采集结晶器10的窄边铜板的位置信号的转速与位置检测编码器28。另外，伺服电机27内还设置有锁紧抱闸装置，该锁紧抱闸装置与控制器电连接，具体地说，锁紧抱闸装置可以根据控制器的制动指令立即停止伺服电动缸20的伸缩杆21的伸缩运动，提高控制精度。伺服电动缸20可驱动结晶器10的窄边铜板11相背(调宽)或相向(调窄)移动，带有锁紧抱闸装置和用于转速与位置检测编码器28的伺服电机27可以确保伺服电动缸20的伸缩杆21在线热调宽过程中的精确定位，防止跑锥情况出现，由于锁紧抱闸装置和编码器嵌入伺服电机里，因而占用空间小；锁紧抱闸可靠，不存在位置漂移。

如图7所示，本发明提供的结晶器在线热调宽系统，还包括人机对话显示装置60，与转速与位置检测编码器28及控制器40电连接，用于显示转速与位置检测编码器28采集的结晶器位置参数以及显示调整控制器的控制参数，具体地说，可以通过电缆实现结晶器窄边位置检测装置与控制器及人机对话显示装置的连接。人机对话显示装置能够在线实时调整和显示结晶器宽度、锥度以及伺服电动缸的调节速度等参数，控制器40可以根据这些参数对伺服电动缸20的伺服电机27进行相应的控制。

本发明提供的在线热调宽系统，能够在结晶器处于工作位即生产时进行实时调宽，提高铸坯的质量，提高生产效率。

如图8和图9所示，根据本发明的另一个方面，还提供了一种结晶器在线热调宽方法，该方法包括如下步骤：

S01：设定结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线；

S02：控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使与伺服电动缸相连的结晶器的两个窄边铜板之间的锥度与结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配。

在上述执行步骤中，控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，包括：控制上部的两个伺服电动缸与下部的两个伺服电动缸的伸缩杆按照预设比例关系进行同步伸缩，预设比例关系如下：

V_T(t)＝K_ijV_D(t)， $K_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Tij}}}{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Dij}}},$

其中，V_T(t)表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，V_D(t)表示下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，K_ij表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度与下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度之间的比例值，t表示时间，i＝1，2，3，...，n代表宽度的间隔序号，j表示钢种，ΔW_Tij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差，ΔW_Dij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差。

对上述调宽方法进行解释如下：

图10是结晶器宽度与锥度对应关系表。若结晶器公称宽度(铸坯宽度)需要从1300mm调到1500mm，则伺服电动缸跟踪锥度5.9mm经6.2mm直到6.8mm随铸坯宽度从1300mm经1350mm直到1500mm的变化的曲线对结晶器窄边铜板的背板同步调节。具体地，上部伺服电动缸和下部伺服电动缸都跟踪锥度5.9mm经6.2mm直到6.8mm分别随结晶器上部宽度从1323.8mm经1374.4mm直到1527.6mm和结晶器下部宽度从1312mm经1362mm直到1514mm的变化的曲线对结晶器窄边铜板的背板同步调节。

结晶器的窄边铜板两侧上部伺服电动缸的运动速度V_T(t)和下部伺服电动缸的运动速度V_D(t)的同步关系如下：

V_T(t)＝K_ijV_D(t)，

其中，V_T(t)表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，V_D(t)表示下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，K_ij表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度与下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度之间的比例值，t表示时间，i＝1，2，3，......n代表宽度的间隔序号，j表示钢种，ΔW_Tij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差，ΔW_Dij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差。

结晶器上部宽度从第1种宽度W_T1j＝1323.8mm经W_T2j＝1374.4…调到第5种宽度W_T5j＝1527.6mm，ΔW_T4j＝W_T5j-W_T1j＝203.8mm，根据对称性单个上部伺服电动缸的行程是ΔW_T4j/2。同理，结晶器下部宽度从第1种宽度W_D1j＝1312mm经W_D2j＝1362…调到第5种宽度W_D5j＝1514mm，ΔW_D4j＝W_D5j-W_D1j＝202mm，根据对称性单个上部伺服电动缸的行程是ΔW_D4j/2，因V_T(t)和V_D(t)都是随时间变化的量且对结晶器窄边铜板的背板同步调节，所以V_T(t)和V_D(t)的比值K_4j＝(ΔW_T4j/2)/(ΔW_D4j/2)＝ΔW_T4j/ΔW_D4j。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种结晶器在线热调宽系统，其特征在于，包括：

伺服电动缸（20），沿结晶器的窄边铜板（11）移动方向设置于结晶器振动框架上，所述伺服电动缸（20）的伸缩杆与所述结晶器的窄边背板（13）相连；

控制器（40），与所述伺服电动缸（20）电连接，用于控制所述伺服电动缸（20）的伸缩杆（21）跟踪结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使与所述伸缩杆（21）相连的结晶器的两个窄边铜板（11）之间的锥度与所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配；

所述伺服电动缸（20）的伺服电机（27）内设置有用于采集所述结晶器（10）的窄边铜板（11）的位置信号的转速与位置检测编码器（28），所述伺服电机（27）内还设置有与控制器电连接的锁紧抱闸装置；

控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，包括：控制上部的两个伺服电动缸与下部的两个伺服电动缸的伸缩杆按照预设比例关系进行同步伸缩，所述预设比例关系如下：

$V_{T\left(t\right)}=K_{\mathrm{ij}}{V}_{D\left(t\right)},K_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Tij}}}{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Dij}}},$

其中，V_T（t）表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，V_D（t）表示下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，K_ij表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度与下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度之间的比例值，t表示时间，i=1,2,3,…,n代表宽度的间隔序号，j表示钢种，ΔW_Tij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差，ΔW_Dij表示下部伺服电动缸j钢种i种宽度差。

2.根据权利要求1所述的结晶器在线热调宽系统，其特征在于，所述结晶器的窄边背板（13）上与所述伺服电动缸（20）的伸缩杆（21）相对的位置上设置有销轴座（30），所述销轴座（30）与所述窄边背板（13）之间通过坡口局部加深焊接的方式连接，所述伺服电动缸（20）的伸缩杆（21）的端头与所述销轴座（30）之间通过销轴连接。

3.根据权利要求2所述的结晶器在线热调宽系统，其特征在于，所述结晶器振动框架上设置有固定板（15），所述伺服电动缸（20）的外壳（23）与所述固定板（15）相连，所述外壳（23）的截面呈多边形。

4.根据权利要求3所述的结晶器在线热调宽系统，其特征在于，所述伺服电动缸（20）的外壳（23）与所述伸缩杆（21）的端头之间设置有沿所述伸缩杆（21）的轴向可伸缩的弹性护套（25）。

5.根据权利要求1所述的结晶器在线热调宽系统，其特征在于，还包括人机对话显示装置（60），与所述伺服电动缸（20）及所述控制器（40）电连接，用于显示所述伺服电动缸（20）采集的结晶器位置参数以及显示调整所述控制器（40）的控制参数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的结晶器在线热调宽系统，其特征在于，所述伺服电动缸（20）的数量为四个，四个所述伺服电动缸（20）的轴向与所述窄边铜板（11）的运动方向平行地对称设置在窄边铜板（11）的外侧。

7.一种结晶器在线热调宽方法，其特征在于，包括：

设定结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线；

控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，使与伺服电动缸相连的结晶器的两个窄边铜板之间的锥度与所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线中的目标锥度相匹配；

锁紧抱闸装置根据控制器的制动指令立即停止伺服电动缸的伸缩杆的伸缩运动；

所述控制伺服电动缸的伸缩杆跟踪所述结晶器锥度随铸坯宽度变化的曲线进行伸缩，包括：控制上部的两个伺服电动缸与下部的两个伺服电动缸的伸缩杆按照预设比例关系进行同步伸缩，所述预设比例关系如下：

$V_{T\left(t\right)}=K_{\mathrm{ij}}{V}_{D\left(t\right)},K_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Tij}}}{\mathrm{\Δ}{W}_{\mathrm{Dij}}},$

其中，V_T（t）表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，V_D（t）表示下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度，K_ij表示上部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度与下部的伺服电动缸的伸缩杆的伸缩速度之间的比例值，t表示时间，i=1,2,3,…,n代表宽度的间隔序号，j表示钢种，ΔW_Tij表示上部伺服电动缸j钢种i种宽度差，ΔW_Dij表示下部伺服电动缸j钢种i种宽度差。

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