CN102294455B - 一种板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法 - Google Patents

Abstract

一种板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，属金属铸造领域。包括驱动结晶器的某一侧短边铜板进行移动，其特征是确保浇注钢种、钢水过热度以及拉速不变；获取结晶器短边铜板的初始锥度值、初始浇注半宽度值、目标锥度值和目标浇注半宽度值；利用一定拉速下坯壳变截面期间坯壳截面收缩量的动态变化规律，采用离散式变转动半径的短边铜板摆动轨迹，来实现对运动状态下的铸坯进行热调宽。其可使板坯连铸机在不停止浇注情况下进行高速的短边调宽，实现了铸机在不影响产能的情况下进行规格切换，有助于充分发挥铸机规格多变、灵活切换的生产能力，在提高板坯规格切换效率的同时，降低因切换漏钢、过渡坯切割量过大等缺陷的发生几率。

Description

一种板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法

技术领域

本发明属于金属铸造领域，尤其涉及一种用于板坯连铸机结晶器浇注铸坯宽度的调节或控制方法。

背景技术

传统板坯连铸机在进行实际浇注生产时，为生产不同宽度板坯必须强制终浇，对结晶器进行静态宽度调整，以实现浇注不同宽度铸坯的目的。

结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备，它是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。

关于结晶器的具体结构、组成，可参考公告日为2008年1月2日，授权公告号为CN 200998764Y的中国实用新型专利“连铸结晶器”或公开日为2010年3月3日，公开号为CN 101658904A的中国发明专利申请“一种结晶器”中所公开的相关内容，在此不再详述。

然而，随着连铸-连轧工序的连续化与后续产线的产能急剧提高，要求生产的铸坯不断减少调宽部位的切取量，并实现高效的调宽过程，在降低铸坯损耗的同时以提高铸机的作业率。

针对于此，在上世纪80年代初，世界多家钢铁厂陆续开发了浇钢过程中动态移动结晶器短边而改变其宽度的技术(称为短边调宽-调锥技术)，以实现同一铸机连续浇铸宽度不同铸坯的目的，来大幅度提高铸机的多炉连浇比率。

关于“短边调宽-调锥”方案的机械结构，可参考授权公告日为2006年12月13日，授权公告号为CN 2845962Y的中国实用新型专利“结晶器液压在线热调宽装置”或授权公告日为2010年5月12日，授权公告号为CN 201455211U的中国实用新型专利“一种结晶器调宽装置”中所公开的相关内容，在此不再详述。

上述结晶器的这种调宽技术，主要是通过特定的控制机构实现在浇注生产期间对短边铜板锥度进行动态调整的技术。

调整期间的短边锥度变化直接关乎坯壳与短边铜板之间的接触状态。

一旦短边铜板的锥度调整过大，坯壳与铜板之间的气隙宽度就会立即增大(或切入量过大)，直接造成结晶器底部漏钢或粘结性漏钢，造成严重生产事故。故此，在调宽系统中以短边铜板的运动轨迹为重中之重，其设计的合理性直接决定了调宽系统的工作可靠性以及避免事故发生的可能性。

这方面技术以日本发展最为迅猛，早在上世纪80年代初期日本就开发了一系列的结晶器调宽-调锥系统，如日本专利JP57017348、US4465122A以、Toshiba(东芝)的JP02059158A、KAWASHAKI(川崎重工)的JP04105758、以及SUMITOMO(住友商事株式会社)的JP55094766A，这类调宽技术虽然调宽速度极慢且调宽过程的安全性难以保证，但均投入了实际大生产，这类专利技术作为前期探索为后续的调宽系统改进提供了大量的试验参考。

而后，在上世纪90年代中后期，日本以NSC(新日本制铁公司，Nippon SteelCorporation)为典型，基于其快速调宽理论实现了快速浇钢准备技术，其具体可参见JP08132202A、JP09024442A中所公开的相关内容，但是其调宽速度恒定，无法随拉速的变化而变化。

国内在高速调宽系统方面的研究还处在探索和起步阶段，目前虽然有几个与之相关的专利或专利申请文件被公开(例如西重所的CN2801335、CN2657823，中冶赛迪的CN2726766以及武汉钢铁公司的CN2905271等)，但在调宽技术及其控制方法的内核上并没有取得任何有效的突破。

虽然国外的调宽系统速度不快且不稳定，但是因为国内这方面完全空白，所以国内已经投入实际使用的在用调宽系统均是通过向国外设备供应商引进过来的。例如邯钢CSP生产线以及马钢的CSP热轧生产线，均成套引进德国西马克公司的调宽装备；酒泉钢铁公司以及梅山钢铁公司的2#连铸机均引进奥钢联的在线调宽系统；另外济钢三炼钢以及宝钢一炼钢的2#机均采用了新日铁的调宽系统等等。

这些厂家目前还主要停留在对调宽系统的使用技术研究上，然而对其内部工作机理的研究还近乎空白。

故此，基于国内钢铁企业的形势要求，一种快速、高效、稳定且灵活的结晶器短边高速调宽系统/调宽方法，对于生产现场而言，已经显得十分迫切地需要和有必要了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其可使板坯连铸机在不停止浇注情况下进行高速的短边调宽，实现了铸机在不影响产能的情况下进行规格切换，有助于充分发挥铸机规格多变、灵活切换的生产能力，在提高板坯规格切换效率的同时，降低因切换漏钢、过渡坯切割量过大等缺陷的发生几率。

本发明的技术方案是：提供一种板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，包括驱动结晶器的某一侧短边铜板进行移动，其特征是：

确保浇注钢种不变、钢水过热度不变以及拉速恒定不变；

获取结晶器短边铜板的初始锥度值α、初始浇注半宽度值AQ、将要调整到的目标锥度值γ和目标浇注半宽度值PQ；

A、当所述的短边铜板需要调窄时，短边铜板首先按照下列步骤进行动态变锥移动：

A1)根据拉速值Vc的大小以及钢水液面距离短边铜板底部的距离/长度RA，确定所需的旋转时间，根据所需的旋转时间和初始锥度值，获得短边铜板的旋转角速度w_b；

A2)根据浇注钢种的裂纹敏感程度，确定短边铜板的第一分旋转角度β₁；

A3)短边铜板从初始第1工位开始，在驱动装置的驱动下，以短边铜板初始位置时的底部坐标为第一旋转原点A，以变锥过程中短边铜板的旋转角速度w_b，进行原位顺时针旋转一个第一分旋转角度β₁，至第一旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-1工位，其浇注半宽度值不变，为初始浇注半宽度值AQ；

A4)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值AQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板变锥阶段第二次转动半径的延长量长度值AB；

A5)从变锥阶段第一旋转原点A，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向下延长线，增加第二次转动半径的延长量长度值AB，取该点坐标作为短边铜板变锥阶段的第二旋转原点B；

A6)短边铜板以第二旋转原点B为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第二次顺时针旋转，旋转相同的第一分旋转角度β₁，至第二旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-2工位，其浇注半宽度值发生变化，为第二浇注半宽度值SQ；

A7)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值SQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板变锥阶段第三次转动半径的延长量长度值BC；

A8)从变锥阶段第二旋转原点，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的延长线，增加第三次转动半径的延长量长度值BC，取该点坐标作为短边铜板变锥阶段的第三旋转原点C；

A9)短边铜板以第三旋转原点C为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第三次顺时针旋转，旋转相同的第一分旋转角度β₁，至第三旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-3工位，其浇注半宽度值发生变化，为第三浇注半宽度值TQ；

A10)重复上述步骤，直至短边铜板处于平衡位置为止，此时短边铜板处于第1-n工位，所述短边铜板的锥度为0，其浇注半宽度值为第n浇注半宽度值UQ；

A11)记录短边铜板旋转/移动的次数n；

B、然后，短边铜板按照下列步骤进行复锥移动：

B1)按照变锥阶段的短边铜板旋转/移动次数n，同样确定复锥阶段短边铜板需要旋转/移动的次数n；

B2)将平衡位置至目标锥度值γ之间夹角n等分，得到每次短边铜板需要旋转/移动的第二分旋转角度β₂；

B3)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值UQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第1次转动半径的长度值HE；

B4)沿短边铜板处于平衡位置时的纵向轴线的向上延长线，根据铜板的长度值IA加上延长量长度值HE，取该点坐标作为短边铜板复锥阶段第1次旋转的原点H；

B5)短边铜板从平衡位置开始，在驱动装置的驱动下，以复锥阶段第1次旋转的原点H为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第1次逆时针旋转，旋转第二分旋转角度β₂，至第1′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-1)工位；

B6)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值NQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第2次转动半径的缩减量的长度值HG；

B7)从复锥阶段第1次旋转原点H，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第2次转动半径的缩减量长度值HG，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第2次旋转原点G；

B8)短边铜板以复锥阶段第2次旋转原点G为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第2次逆时针旋转，旋转相同的第二分旋转角度β₂，至第2′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-2)工位；

B9)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值OQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第3次转动半径的缩减量的长度值GF；

B10)从复锥阶段第2次旋转原点G，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第3次转动半径的缩减量长度值GF，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第3次旋转原点F；

B11)短边铜板以复锥阶段第3次旋转原点F为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第3次逆时针旋转，旋转相同的第二分旋转角度β₂，至第3′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-3)工位；

B12)重复上述步骤，直至短边铜板处于目标锥度值γ为止，此时，其浇注半宽度值为目标浇注半宽度值PQ，所述的短边铜板处于第1′工位；

C、如此，利用一定拉速下坯壳变截面期间坯壳截面收缩量的动态变化规律，采用离散式变转动半径的短边铜板摆动轨迹，来实现对运动状态下的铸坯进行热调宽。

进一步的，所述的所需旋转时间＝钢水液面距离短边铜板底部的距离RA与拉速值Vc之比，即：

t＝RA/Vc；

所述短边铜板的旋转角速度＝K×(初始锥度值α×拉速值Vc/钢水液面距离短边铜板底部的距离RA)，即：

w_b＝k×(α×Vc/RA)’

其中，K为裂纹敏感系数，根据浇注钢种的裂纹敏感程度来选取，其取值范围为0.02～0.25；

所述的第一分旋转角度β₁＝裂纹敏感系数K×初始锥度值α，即：

β₁＝K×α；

所述的第二次转动半径的延长量长度值AB＝F[μ，AQ，f(Vs)，Q，Vc]；

所述的第二次转动半径IB＝短板铜板的长度值IA+延长量AB，即：

IB＝IA+AB＝IA+f[μ，AQ，f(Vs)，Q，Vc]，

所述的第三次转动半径的延长量长度值BC＝F[μ，SQ，f(Vs)，Q，Vc]；

所述的第二分旋转角度β₂＝[目标锥度值γ-(初始锥度值α-n×第一分旋转角度β₁)]/n。

在所述的第1-1工位，

所述的第一旋转终止角度＝初始锥度α-第一分旋转角度β₁，

在所述的第1-2工位，

所述的第二旋转终止角度＝初始锥度α-2×第一分旋转角度β₁，

所述的第二浇注半宽度值SQ＝AQ-[BA·sin(α-β₁)-BS·sin(α-2·β₁)]；

在所述的第1-3工位，

所述的第三旋转终止角度＝初始锥度α-3×第一分旋转角度β₁，

所述的第三浇注半宽度值TQ＝SQ-(AB+BC)·[sin(α-2·β₁)-sin(α-3·β₁)]。

4.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是

在所述的第1′-(n-1)工位，

短板的锥度值为α-n·β₁+β₂，

此刻的浇注半宽度值MQ＝UQ-HM·[sin(α-n·β₁+β₂)-sin(α-n·β₁)]；

在所述的第1′-(n-2)工位，

短板的锥度值为α-n·β₁+(n-2)·β₂；

此刻的浇注半宽度值NQ＝MQ-GM·[sin(α-n·β₁+2·β₂)-sin(α-n·β₁+β₂)]；

在所述的第1′)工位，

短板的锥度值γ＝α-n·β₁+n·β₂；

此刻的浇注半宽度值PQ＝OQ-OE·[sin(α-n·β₁+4β₂)-sin(α-n·β₁+3β₂)]。

更进一步的，当所述的短边铜板需要调宽时，按照复锥-变锥的顺序进行，在复锥阶段或变锥阶段，分别按照短边铜板调窄时B1～B12或A1～A11步骤中所述各参数的计算方法，以所述变锥-复锥过程中相反的短板摆动轨迹顺序，来实现调宽时复锥-变锥的短板运动过程。

所述连铸机拉速值的波动范围保持在设定目标值的0.1m/min以内。

所述拉速的适合范围为0.5m/min～3.0m/min。

所述的调整宽度值的适合范围为10mm～600mm。

所述的摆动轨迹为结晶器单侧短边铜板的运行轨迹，其另一侧短边铜板的运行轨迹与所述短边铜板的运行轨迹以结晶器中心面为中心呈标准的轴向对称性。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.其充分利用了结晶器内部坯壳的收缩特性与铜板锥度之间的贴合关系，利用变旋转半径的特定轨迹，实现了结晶器短边铜板的热调宽动作；

2.所采用的技术成熟，实施容易，提高了板坯连铸机的生产效率，减少了因调宽漏岗-角裂等缺陷和事故的发生几率；

3.其调宽轨迹通过较高的运动速度，实现了短边铜板与结晶器内部坯壳之间的气隙厚度最优，保证了短边铜板在运动过程中始终能保持对铸坯的良好支撑与导热，进而在达到提高调宽效率的同时，保证了生产安全、降低漏钢事故风险的发明目的。

附图说明

图1为结晶器与浇注钢液的相互位置关系示意图；

图2为调宽过程中短边铜板运动过程的示意图；

图3为本发明变锥阶段短边铜板运动过程的调整方法流程示意图；

图4为本发明复锥阶段短边铜板运动过程的调整方法流程示意图；

图5为结晶器两侧短边铜板的运行轨迹示意图；

图6为结晶器单侧短边铜板运行的分步动作分解图；

图7为结晶器单侧短边铜板运行实施例的解析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，结晶器的侧边板分为长边板2和短边板1，两者相围，构成一个矩形框空间，浇注钢液在该空间的各边框的限制/引导下，成型坯壳3并被从连铸机中输出。

图2中，浇钢过程中动态移动结晶器短边而改变其宽度的技术，称为短边调宽-调锥技术。

本发明的技术方案，通过对结晶器的短边铜板进行转动半径递增的变锥运动和转动半径递减的复锥运动，使其由初始位置1，经过变锥阶段和复锥阶段，高速地移动到目标位置1′，使得输出的钢液坯壳3′可迅速地由宽变窄或者由窄变宽。

图3中，短边铜板在本技术方案的变锥阶段运动过程的调整方法具体如下(以调窄为例)：

首先，确保浇注钢种不变、钢水过热度不变以及拉速恒定不变；

其次，获取结晶器短边铜板的初始锥度值α、初始浇注半宽度值AQ、将要调整到的目标锥度值γ和目标浇注半宽度值PQ；

然后，短边铜板按照下列步骤进行运动：

A1)根据拉速值Vc的大小以及钢水液面距离短边铜板底部的距离/长度RA，确定所需的旋转时间，根据所需的旋转时间和初始锥度值，获得短边铜板的旋转角速度w_b；

A2)根据浇注钢种的裂纹敏感程度，确定短边铜板的第一分旋转角度β₁；

A3)短边铜板从初始第1工位开始，在驱动装置的驱动下，以短边铜板初始位置时的底部坐标为第一旋转原点A，以变锥过程中短边铜板的旋转角速度w_b，进行原位顺时针旋转一个第一分旋转角度β₁，至第一旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-1工位，其浇注半宽度值不变，为初始浇注半宽度值AQ；

A4)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值AQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板变锥阶段第二次转动半径的延长量长度值AB；

A5)从变锥阶段第一旋转原点A，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向下延长线，增加第二次转动半径的延长量长度值AB，取该点坐标作为短边铜板变锥阶段的第二旋转原点B；

A6)短边铜板以第二旋转原点B为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第二次顺时针旋转，旋转相同的第一分旋转角度β₁，至第二旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-2工位，其浇注半宽度值发生变化，为第二浇注半宽度值SQ；

A7)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值SQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板变锥阶段第三次转动半径的延长量长度值BC；

A8)从变锥阶段第二旋转原点，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的延长线，增加第三次转动半径的延长量长度值BC，取该点坐标作为短边铜板变锥阶段的第三旋转原点C；

A9)短边铜板以第三旋转原点C为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第三次顺时针旋转，旋转相同的第一分旋转角度β₁，至第三旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-3工位，其浇注半宽度值发生变化，为第三浇注半宽度值TQ；

A10)重复上述步骤，直至短边铜板处于平衡位置为止，此时短边铜板处于第1-n工位，所述短边铜板的锥度为0，其浇注半宽度值为第n浇注半宽度值UQ。

图4中，短边铜板在本技术方案的复锥阶段运动过程的调整方法具体如下(以调窄为例)：

B1)按照变锥阶段的短边铜板旋转/移动次数n，同样确定复锥阶段短边铜板需要旋转/移动的次数n；

B2)将平衡位置至目标锥度值γ之间夹角n等分，得到每次短边铜板需要旋转/移动的第二分旋转角度β₂；

B3)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值UQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第1次转动半径的长度值HE；

B4)沿短边铜板处于平衡位置时的纵向轴线的向上延长线，根据铜板的长度值IA加上延长量长度值HE，取该点坐标作为短边铜板复锥阶段第1次旋转的原点H；

B5)短边铜板从平衡位置开始，在驱动装置的驱动下，以复锥阶段第1次旋转的原点H为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第1次逆时针旋转，旋转第二分旋转角度β₂，至第1′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-1)工位；

B6)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值NQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第2次转动半径的缩减量的长度值HG；

B7)从复锥阶段第1次旋转原点H，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第2次转动半径的缩减量长度值HG，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第2次旋转原点G；

B8)短边铜板以复锥阶段第2次旋转原点G为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第2次逆时针旋转，旋转相同的第二分旋转角度β₂，至第2′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-2)工位；

B9)根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值OQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第3次转动半径的缩减量的长度值GF；

B10)从复锥阶段第2次旋转原点G，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第3次转动半径的缩减量长度值GF，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第3次旋转原点F；

B11)短边铜板以复锥阶段第3次旋转原点F为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第3次逆时针旋转，旋转相同的第二分旋转角度β₂，至第3′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-3)工位；

B12)重复上述步骤，直至短边铜板处于目标锥度值γ为止，此时，其浇注半宽度值为目标浇注半宽度值PQ，所述的短边铜板处于第1′工位。

如此，本技术方案利用一定拉速下坯壳变截面期间坯壳截面收缩量的动态变化规律，采用离散式变转动半径的短边铜板摆动轨迹，来实现对运动状态下的铸坯进行热调宽。

图5中，给出了本技术方案中结晶器两侧短边铜板的运行轨迹，由图可见，浇注宽度的中心线以0表示，在浇注宽度调整前，两侧短边铜板的初始位置为1，经过短边铜板的变锥-复锥阶段，按照图示的运动轨迹，短边铜板的移动最终目标位为1′。

图6中，以n＝4为例，介绍了单侧短边铜板的各位工位示意和各旋转原点的获得方法(以浇注宽度调窄为例)。

整个调宽过程分为变锥和复锥两个阶段。

在短边铜板的变锥阶段，在短边铜板的初始位置1，以短边铜板的下端A为变锥阶段的第一旋转原点，顺时针旋转至1-1工位后，在此位置短边铜板纵轴线的向下延长线上增加第一延长量AB，作为第二次旋转的原点B，短边铜板以第二旋转原点B为圆心，进行第二次顺时针旋转后，此时短边铜板处于第1-2工位，依次进行至第四次，此时短边铜板到达平衡位置为止，此时短边铜板处于第1-4工位，短边铜板的锥度为0。

在短边铜板的复锥阶段，沿短边铜板处于平衡位置时的纵向轴线的向上延长线，根据铜板的长度值IA加上延长量长度值HE，取该点坐标作为短边铜板复锥阶段第1次旋转的原点H，短边铜板从平衡位置开始，在驱动装置的驱动下，以复锥阶段第1次旋转的原点H为圆心，进行第1次逆时针旋转，此时短边铜板处于第1′-3工位。

从复锥阶段第1次旋转原点H，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第2次转动半径的缩减量长度值HG，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第2次旋转原点G，短边铜板以复锥阶段第2次旋转原点G为圆心，进行第2次逆时针旋转，此时短边铜板处于第1′-2位。

依次进行至第四次，此时短边铜板到达目标锥度值，此时短边铜板处于第1′工位。

图7中，给出了结晶器单侧短边铜板运行实施例的解析图。

本发明专利主要基于以下工作原理：浇注过程中的板坯连铸机进行在线规格切换时(假设为由宽变窄)，首先控制系统根据生产计划单自动获得结晶器短边铜板的初始锥度值∠AIZ、浇注宽度值AQ，以及将要调整到得目标锥度值∠XPE与浇注宽度值PR，同时稳定铸机在当前的拉速水平，恒定保持在某一拉速下，如Vc。

1)第一步是计算变锥，即动态改变当前短边1的锥度值。

如图所示，当前短边铜板1的锥度为∠AIZ(实际锥度值为∠AIZ的正切，此处设为α)，根据拉速水平Vc(单位为m/min)值的大小以及钢水液面距离铜板1底部的距离RA长度，可获变锥规程中第一步的铜板1旋转角速度，即：

t＝RA/Vc，w_IAJ＝∠JAI/t           (1)

第一步旋转角度值∠JAI是根据铸坯宽度方向上的收缩率进行折算而来，为避免现有调宽系统这种直接原地旋转的调锥方式造成初调坯壳因过挤压造成的挤压破裂的风险，∠JAI值根据浇注钢种的裂纹敏感程度的不同选择不同的值，该值一般处于0.02*∠AIZ～0.25*∠AIZ这个范围内。

假设浇注某一钢种取∠JAI＝0.1*∠AIZ，设为β₁，则：

$w_b=\∠\mathrm{JAI}/t=\frac{1}{10}\·(\mathrm{\α}\·\mathrm{Vc}/\mathrm{RA})---\left(2\right)$

此时，短边铜板1稳定运行至1-1位(参考图6中所示)，由于短边铜板1-1所处的锥度为∠ZIA-∠JAI，此时为保证运动状态下的铜板能与拉动状态下的坯壳具有良好的贴合度，铜板的运行轨迹必须由第一步的绕A点旋转改为更大半径的旋转方式，即根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值AQ、铜板冷却速度(一冷水水流速度Vs换算而来)f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速水平Vc这五个参数，计算获得短边铜板1转动半径的延长量AB的长度值，即：

AB＝F[μ，AQ，f(Vs)，Q，Vc]                 (3)

此时铜板的旋转半径是以铜板的长度值IA加上延长量AB后的新半径，为：

IB＝IA+AB＝IA+f[μ，AQ，f(Vs)，Q，Vc]       (4)

如此，保持同样的旋转角速度w_b，但转动半径增加AB，以确保铸坯承受较为均匀挤压力。此时旋转的角度值与前一步相同，∠JBK＝0.1*∠AIZ＝β₁，如此铜板1-1旋转至1-2、1-3以及1-4位置，此时铜板的铸坯宽度半宽值改变为：

SQ＝AQ-[BA·sin(α-β₁)-BS·sin(α-2·β₁)]           (5)

短边铜板处于1-2位置后，此时铜板1-2的旋转半径必须继续增大，其增大量的计算方法同公式(3)，由于此时的钢种恒定、过热度恒定、拉速恒定，唯一改变的就是铸坯宽度值的一半改为当前的SQ(铸坯宽度值的一半)，因此此时的第三步与第四步延长半径的长度值、铜板锥度值以及结晶器半个坯壳宽度值分别为：

1-3工位时：

延长半径的长度值：BC＝F[μ，SQ，f(Vs)，Q，Vc]          (6)

铜板锥度值：α-3·β₁；

结晶器半个坯壳宽度值：TQ＝SQ-(AB+BC)·[sin(α-2·β₁)-sin(α-3·β₁)]  (7)

1-4工位时：

延长半径的长度值：CD＝F[μ，TQ，f(Vs)，Q，Vc]           (8)

铜板锥度值：α-4·β₁；

结晶器半个坯壳宽度值：

UQ＝TQ-(AB+BC+CD)·[sin(α-3·β₁)-sin(α-4·β₁)]          (9)

如此规律，短边铜板逐个移动至1-4的平衡位置后，铜板开始进入复锥(即恢复锥度)的阶段。

2)第二步是复锥：所谓复锥过程，就是将平衡位置的铜板移动至最终目标宽度与锥度的过程。

在复锥期间铜板移动步骤数量与变锥期间相等，如复锥分为四步移动，且因为铸机的拉速保持恒定，因此复锥的每步旋转角速度仍然保持恒定，为w_b。

调宽的最终目标宽度的一半PQ已知、最终锥度∠EPX＝γ知，由此可逐步计算每一步铜板的锥度值与浇注半宽值，分别如下：

∠EOP＝β₂＝[γ-(α-4·β₁)/]4；

∠UHM＝∠MGN＝∠NFO＝∠OEP；

同理，根据浇注过程中的各项工艺参数准确计算获得各个延长半径HG、GF、FE等长度值，故可得每一个工位1’-3、1’-2、1’-1以及1’这四个工位的锥度值、浇注的半宽值：

1’-3工位时：

锥度值：α-4·β₁+β₂；

浇注的半宽值：MQ＝UQ-HM·[sin(α-4β₁+β₂)-sin(α-4β₁)]；

1’-2工位时：

锥度值：α-4·β₁+2·β₂；

浇注的半宽值：NQ＝MQ-GM·[sin(α-4β₁+2β₂)-sin(α-4β₁+β₂)]；

1’-1工位时：

锥度值：α-4·β₁+3·β₂；

浇注的半宽值：OQ＝NQ-FN·[sin(α-4β₁+3β₂)-sin(α-4β₁+2·β₂)]；

1’工位时：

锥度值：γ＝α-4·β₁+4·β₂；

浇注的半宽值：PQ＝OQ-OE·[sin(α-4β₁+4β₂)-sin(α-4β₁+3·β₂)]；

由此，实现了短边铜板由原始半宽AQ平滑、稳定的调整至目标半宽PQ与目标锥度γ的目的。

利用以上所述的由宽变窄(简称为Z-K)的移动原理，通过逆向推理Z-K的整个铜板运动轨迹，以通过同样的轨迹实现铜板由窄变宽(简称为K-Z)的过程：即以Z-K的复锥过程中的参数计算公式，同时以Z-K复锥过程中相反的运行轨迹，来实现K-Z的变锥过程轨迹；而K-Z的复锥过程轨迹，则以Z-K的变锥过程中相反的运动轨迹来实现K-Z的复锥过程轨迹。同时该调宽轨迹可作为浇钢准备过程中结晶器将其宽度调整至目标宽度的运行轨迹。

换句话说，当所述的短边铜板需要由窄调宽时，按照复锥-变锥的顺序进行，在复锥阶段或变锥阶段，分别按照前述短边铜板调窄时B1～B12或A1～A11步骤中所述各参数的计算方法，以所述变锥-复锥过程中相反的短板摆动轨迹顺序，即可实现调宽时复锥-变锥的短板运动过程。

上述的调宽轨迹适合板坯连铸机的短边铜板进行宽度调整时所使用的运行轨迹，可涵盖板坯连铸机所能浇注的所有钢种；

上述调宽轨迹在浇注过程中使用时，整个调宽过程中连铸机的拉速水平必须保持恒定，其拉速值的波动范围必须保持在设定目标值的0.1m/min以内，以确保热调宽的生产安全。

其调宽轨迹在进行热调宽时，其适合的拉速范围为0.5m/min～3.0m/min，适合的调整宽度值范围为10mm～600mm。

其调宽轨迹为结晶器单侧短边铜板的运行轨迹，另一侧运行轨迹与所述运行轨迹以结晶器中心面为中心呈标准的对称性。

所述调宽轨迹因为与铸机的拉速呈显著函数关系，其调整同样的宽度值所耗费的时间长度根据拉速水平的不同、原始宽度值的不同、钢水过热度等参数的差异而略有不同。

由上可知，板坯连铸机在浇钢等待或在线规格切换时需要对结晶器两侧的短边铜板进行宽度调整，本发明的技术方案中，其调整前的浇注宽度半值AQ与初始锥度值∠AIZ已知，同时预调的目标宽度半值PQ与目标锥度值∠EPX已知，同时根据浇注钢种不变、钢水过热度不变以及拉速恒定不变(短边进行调宽期间不容许进行钢种切换、大包更换等操作)，可准确计算获得短边铜板的旋转角速度、每一步旋转的角度以及耗时，同时计算每一步需要增大的旋转半径值。

基于以上的参数，短边铜板在驱动机构的作用力下按照预定的运行轨道完成变锥过程、变锥与复锥交接以及最终的复锥过程，由此完成了整个短边调宽过程。

以上借助于具体实施例描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解的是，这里具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，该发明不仅适用于板坯连铸机的结晶器在线宽度热调整与浇钢准备，也可运用与薄板坯连铸机等类似场合，所有这些本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明请求保护的范围。

本发明充分利用结晶器内部坯壳的收缩特性与铜板锥度之间的贴合关系，利用变旋转半径的特殊轨迹实现结晶器短边铜板的热调宽动作；由于本专利所采用技术成熟，实施容易，推广应用完全可行；另一方面，本专利能很好的适应生产企业进一步提升产品竞争力的要求，提高板坯连铸机的生产效率、减少因调宽漏岗-角裂等缺陷和事故发生；因此，本发明在连铸生产领域具有广阔的应用前景。

Claims (9)

1.一种板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，包括驱动结晶器的某一侧短边铜板进行移动，其特征是： 

确保浇注钢种不变、钢水过热度不变以及拉速恒定不变； 

获取结晶器短边铜板的初始锥度值α、初始浇注半宽度值AQ、将要调整到的目标锥度值γ和目标浇注半宽度值PQ； 

A、当所述的短边铜板需要调窄时，短边铜板首先按照下列步骤进行动态变锥移动： 

A1）根据拉速值Vc的大小以及钢水液面距离短边铜板底部的距离/长度RA，确定所需的旋转时间，根据所需的旋转时间和初始锥度值，获得短边铜板的旋转角速度w_b； 

A2）根据浇注钢种的裂纹敏感程度，确定短边铜板的第一分旋转角度β₁； 

A3）短边铜板从初始第1工位开始，在驱动装置的驱动下，以短边铜板初始位置时的底部坐标为第一旋转原点A，以变锥过程中短边铜板的旋转角速度w_b，进行原位顺时针旋转一个第一分旋转角度β₁，至第一旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-1工位，其浇注半宽度值不变，为初始浇注半宽度值AQ； 

A4）根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值AQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板变锥阶段第二次转动半径的延长量长度值AB； 

A5）从变锥阶段第一旋转原点A，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向下延长线，增加第二次转动半径的延长量长度值AB，取该点坐标作为短边铜板变锥阶段的第二旋转原点B； 

A6）短边铜板以第二旋转原点B为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第二次顺时针旋转，旋转相同的第一分旋转角度β₁，至第二旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-2工位，其浇注半宽度值发生变化，为第二浇注半宽度值SQ； 

A7）根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值SQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板变锥阶段第三次转动半径的延长量长度值BC； 

A8）从变锥阶段第二旋转原点，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的延长线，增加第三次转动半径的延长量长度值BC，取该点坐标作为短边铜板变锥阶段的第三旋 转原点C； 

A9）短边铜板以第三旋转原点C为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第三次顺时针旋转，旋转相同的第一分旋转角度β₁，至第三旋转终止角度，此时短边铜板处于第1-3工位，其浇注半宽度值发生变化，为第三浇注半宽度值TQ； 

A10）重复上述步骤，直至短边铜板处于平衡位置为止，此时短边铜板处于第1-n工位，所述短边铜板的锥度为0，其浇注半宽度值为第n浇注半宽度值UQ； 

A11）记录短边铜板旋转/移动的次数n； 

B、然后，短边铜板按照下列步骤进行复锥移动： 

B1）按照变锥阶段的短边铜板旋转/移动次数n，同样确定复锥阶段短边铜板需要旋转/移动的次数n； 

B2）将平衡位置至目标锥度值γ之间夹角n等分，得到每次短边铜板需要旋转/移动的第二分旋转角度β₂； 

B3）根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值UQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第1次旋转转动半径的延长量长度值HE； 

B4）沿短边铜板处于平衡位置时的纵向轴线的向上延长线，根据铜板的长度值IA加上延长量长度值HE，取该点坐标作为短边铜板复锥阶段第1次旋转的原点H； 

B5）短边铜板从平衡位置开始，在驱动装置的驱动下，以复锥阶段第1次旋转的原点H为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第1次逆时针旋转，旋转第二分旋转角度β₂，至第1′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-1)工位； 

B6）根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值MQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第2次转动半径的缩减量的长度值HG； 

B7）从复锥阶段第1次旋转原点H，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第2次转动半径的缩减量长度值HG，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第2次旋转原点G； 

B8）短边铜板以复锥阶段第2次旋转原点G为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第2次逆时针旋转，旋转相同的第二分旋转角度β₂，至第2′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-2)工位； 

B9）根据浇注钢种的实际收缩率μ、该时刻铸坯宽度的半宽值NQ、铜板冷却速度f(Vs)、钢水过热度Q以及当前的恒定拉速值Vc，计算获得短边铜板复锥阶段第3 次转动半径的缩减量的长度值GF； 

B10）从复锥阶段第2次旋转原点G，沿短边铜板此刻位置的纵向轴线的向上延长线，减去第3次转动半径的缩减量长度值GF，取该点坐标作为短边铜板的复锥阶段第3次旋转原点F； 

B11）短边铜板以复锥阶段第3次旋转原点F为圆心，以第A3步同样的旋转角速度w_b，进行第3次逆时针旋转，旋转相同的第二分旋转角度β₂，至第3′旋转终止角度，此时短边铜板处于第1′-(n-3)工位； 

B12）重复上述步骤，直至短边铜板处于目标锥度值γ为止，此时，其浇注半宽度值为目标浇注半宽度值PQ，所述的短边铜板处于第1′工位； 

C、如此，利用一定拉速下坯壳变截面期间坯壳截面收缩量的动态变化规律，采用离散式变转动半径的短边铜板摆动轨迹，来实现对运动状态下的铸坯进行热调宽。 

2.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是 

所述所需的旋转时间=钢水液面距离短边铜板底部的距离RA与拉速值Vc之比，即： 

t=RA/Vc； 

所述短边铜板的旋转角速度=K×（初始锥度值α×拉速值Vc/钢水液面距离短边铜板底部的距离RA），即： 

w_b=K×(α×Vc/RA)， 

其中，K为裂纹敏感系数，根据浇注钢种的裂纹敏感程度来选取，其取值范围为0.02~0.25； 

所述的第一分旋转角度β₁=裂纹敏感系数K×初始锥度值α，即： 

β₁=K×α； 

所述的第二次转动半径的延长量长度值AB=F[μ，AQ,f(Vs),Q,Vc]； 

所述的第二次转动半径IB=短板铜板的长度值IA+延长量AB，即： 

IB=IA+AB=IA+F[μ,AQ,f(Vs),Q,Vc]， 

所述的第三次转动半径的延长量长度值BC=F[μ，SQ,f(Vs),Q,Vc]； 

所述的第二分旋转角度β₂=[目标锥度值γ-（初始锥度值α-n×第一分旋转角度β₁）]/n。 

3.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是 

在所述的第1-1工位， 

所述的第一旋转终止角度=初始锥度α—第一分旋转角度β₁， 

在所述的第1-2工位， 

所述的第二旋转终止角度=初始锥度α—2×第一分旋转角度β₁， 

所述的第二浇注半宽度值SQ=AQ-[BA·sin(α-β₁)-BS·sin(α-2·β₁)]； 

在所述的第1-3工位， 

所述的第三旋转终止角度=初始锥度α—3×第一分旋转角度β₁， 

所述的第三浇注半宽度值TQ=SQ-(AB+BC)·[sin(α-2·β₁)-sin(α-3·β₁)]。 

4.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是 

在所述的第1′-(n-1)工位， 

短板的锥度值为α-n·β₁+β₂， 

此刻的浇注半宽度值MQ=UQ-HM·[sin(α-n·β₁+β₂)-sin(α-n·β₁)]； 

在所述的第1′-(n-2)工位， 

短板的锥度值为α-n·β₁+(n-2)·β₂； 

此刻的浇注半宽度值NQ=MQ-GM·[sin(α-n·β₁+2·β₂)-sin(α-n·β₁+β₂)]； 

在所述的第1′工位， 

短板的锥度值γ=α-n·β₁+n·β₂； 

此刻的浇注半宽度值PQ=OQ-OE·[sin(α-n·β₁+4β₂)-sin(α-n·β₁+3β₂)]。 

5.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是当所述的短边铜板需要调宽时，按照复锥-变锥的顺序进行，在复锥阶段或变锥阶段，分别按照短边铜板调窄时B1~B12或A1~A11步骤中各参数的计算方法，以及变锥—复锥过程中相反的短板摆动轨迹顺序，来实现调宽时复锥—变锥的短板运动过程。 

6.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是连铸机所述拉速值的波动范围保持在设定目标值的0.1m/min以内。 

7.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是所述拉速的适合范围为0.5m/min～3.0m/min。 

8.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其特征是所述的调整宽度值的适合范围为10mm～600mm。 

9.按照权利要求1所述的板坯连铸机结晶器的不停止浇注高速短边调宽方法，其 特征是所述的摆动轨迹为结晶器单侧短边铜板的运行轨迹，其另一侧短边铜板的运行轨迹与所述单侧短边铜板的运行轨迹以结晶器中心面为中心呈标准的轴向对称性。 

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