CN102699292A - 一种结晶器热调宽方法及其结晶楔形坯 - Google Patents

Abstract

一种结晶器热调宽方法，具体步骤如下：1）将结晶器窄边定位在初始位置；2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，达到中间预设位置后作匀减速曲线运动；3）结晶器窄边底端在顶端运动一段时间后，依照步骤2）所述窄边顶端的轨迹进行运动；4）结晶器窄边顶端和底端均达到目标设定位置，完成调宽过程。本发明可实现全拉速条件下结晶器在线宽度快速调整，提升金属收得率和生产作业率。一种结晶楔形坯，所述楔形坯的两侧包络线相互对称，包络线包括有两段外切的弧线，其弧度分别为

和

，并且圆心分别位于包络线的左、右两侧。结晶楔形坯的包络线形状可以使铸坯壳在调宽过程中得到稳定连续的支撑,防止漏钢事故和铸坯缺陷。

Description

一种结晶器热调宽方法及其结晶楔形坯

技术领域      

本发明涉及冶金连铸领域，特别是一种使用结晶器进行热调宽的方法及其所结晶出的楔形坯。

背景技术

传统的结晶器调宽方法必须将前一钢种的尾坯拉出再重新调宽,重新打开中包的滑动水口,每次板坯断面的改变就需要停产2小时以上。采用结晶器热调宽技术可避免用传统方式更换结晶器或停机在线冷态调整结晶器宽度，造成生产时间损失及二次开浇的原材料损耗，从而提升金属收得率和生产作业率，提高铸机产能，降低了生产成本。由于这种灵活连续的生产方式，结晶器热调宽技术能给用户带来良好的经济效益。在国外，结晶器热调宽技术已经是板坯连铸的标准配置；在国内，结晶器在线热调宽技术也一直高端用户广泛采用。目前钢厂比较常见的在线热调宽方法是基于铸坯收缩理论的，由于受气隙和铸坯阻力的影响，其调宽速度受到很大的限制，阻碍了生产率和铸坯收得率的提高。如宝钢连铸机工艺要求锥度为3～16mm，浇注时的调宽速度：调宽用2～10mm/min，调窄时用2～20mm/min。

中冶赛迪的CN201455211U与CN201940565U分别公开了一种结晶器调宽装置及一种结晶器宽面夹紧装置。宝信的CN101334672A 公开了一种循环“调锥-调幅-调锥”的方法，中冶南方的 CN102240783A 公开了一种用于大范围连铸结晶器在线调整宽度减小的方法，此类方法调宽过程极慢且调宽安全性难以保证。随着连铸生产越来越强调产能最大化,调宽速度和拉速已成为严重的限制性环节。因此，一种灵活、快速、安全、稳定的结晶器热调宽系统及方法，对于国内外的钢铁企业来说，已经显得十分迫切与必要了。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种结晶器热调宽方法，它可实现全拉速条件下结晶器在线宽度快速调整，满足铸坯宽度规格变化的要求，避免用传统方式更换结晶器或停机在线冷态调整结晶器宽度造成生产时间损失及二次开浇的原材料损耗，从而提升金属收得率和生产作业率，提高铸机产能，降低了生产成本。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，结晶器热调宽的具体步骤如下：

1）将结晶器窄边定位在初始位置；

2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，达到中间预设位置后作匀减速曲线运动,在窄边顶端运动过程中转入步骤3）；

3）结晶器窄边底端在顶端运动一段时间后，依照步骤2）所述窄边顶端的轨迹进行运动；

4）结晶器窄边顶端和底端均达到目标设定位置，完成调宽过程。

进一步，步骤2）所述结晶器窄边顶端运动的具体步骤如下：

2-1）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，其运动轨迹为一段弧度为                                               

曲线，当弧度达到

时，窄边顶端达到最大运动速度，转入步骤2-2）；

2-2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀减速曲线运动，运动轨迹为一段弧度为

曲线，当弧度达到0时，窄边顶端运动速度为0，结晶器窄边顶端达到目标设定位置。

进一步，步骤3）所述结晶器窄边底端运动轨迹与顶端相同，并滞后于顶端，其滞后时间取决于液面高度、拉速及宽度变化方向。

进一步，结晶器窄边端部移动速度与拉速的合成速度，其中， 

为窄边端部移动速度，为拉速，

与

的矢量夹角为结晶器窄边端部当前曲线轨迹对应的弧度，结晶器窄边端部的移动速度大小随拉速而变化，其合成速度方向始终为铸坯壳包络线的切线方向。

进一步，调宽过程中结晶器窄边任意点的移动速度与拉速的合成速度方向为所在点铸坯壳包络线的切线方向。

进一步，结晶器窄边运动轨迹由调宽开始时系统动态生成，运动轨迹中的曲线半径取决于调宽开始时的钢水成分，钢水温度；运动轨迹中的曲线弧度取决于调宽开始时宽度变化量、实际拉速、最大驱动速度、设备结构参数。

进一步，结晶器窄边的上端和下端各连接有一个驱动轴，结晶器窄边顶端和底端的运动是通过驱动轴的运动来实现的。

本发明的另一个目的就是提供一种结晶楔形坯，它的包络线形状可以使铸坯壳在调宽过程中得到稳定连续的支撑, 防止漏钢事故和铸坯缺陷，保证生产安全性。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，所述楔形坯的两侧包络线相互对称，包络线包括有两段外切的弧线，两段弧线的弧度分别为

和

，并且圆心分别位于包络线的左、右两侧。

进一步，所述楔形坯的形状、长度取决于调宽开始时动态生成的结晶器窄边顶端和底端运行轨迹，与调宽过程中的拉速无关。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明在不停产情况下进行结晶器宽度调整，避免用传统方式更换结晶器或停机在线冷态调整结晶器宽度造成生产时间损失及二次开浇的原材料损耗，从而提升金属收得率和生产作业率，提高铸机产能，降低了生产成本。

无论宽度增大或减小，调宽过程中结晶器窄边顶端首先动作，在钢水形成坯壳初期改变铸坯宽度；窄边底端延滞一段时间后，跟随窄边顶端的运动轨迹进行运动；调宽过程中窄边紧贴铸坯壳移动，铸坯壳承受的挤压力最小且没有额外的力作用在铸坯壳上，保证调宽过程安全稳定。

结晶器窄边底端滞后于窄边顶端形成一个速度差，使调宽过程中结晶器窄边宽度与锥度同时调整，保证窄边锥度的持续增大过程中窄边与铸坯壳之间的间隙较小，从而允许较高的调宽速度。

调宽过程中的结晶器窄边任意点的移动速度与拉速的合成速度方向为所在点铸坯壳包络线的切线方向，其目标控制参数为随铸坯浇注长度变化的窄边位置，结晶器窄边与铸坯的间隙由坯浇注长度与对应的窄边位置来确定，与拉速没有直接的关系。一方面可保证结晶器热调宽可以在全拉速条件下完成，生产过程中拉速的稳定有助于铸坯质量的稳定；另一方面允许操作员在异常情况下适当调整拉速，系统会自适应地改变调宽速度去匹配拉速的变化，这使得调宽过程简单灵活。

结晶楔形坯的形状、长度取决于调宽开始时动态生成的结晶器窄边端部运动轨迹，与调宽过程中的拉速无关。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

 

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为结晶器调宽原理示意图；

图2为宽度减小时的调宽实施例示意图；

图3为宽度增加时的调宽实施例示意图；

图4为楔形坯铸坯壳包络曲线实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种结晶器热调宽方法，结晶器热调宽的具体步骤如下：

1）将结晶器窄边定位在初始位置；

2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，达到中间预设位置后作匀减速曲线运动,在窄边顶端运动过程中转入步骤3）；

3）结晶器窄边底端在顶端运动一段时间后，依照步骤2）所述窄边顶端的轨迹进行运动；

4）结晶器窄边顶端和底端均达到目标设定位置，完成调宽过程。

结晶器调宽原理如图1所示，结晶器窄边端部移动速度与拉速的合成速度

，其中， 

为窄边端部移动速度，为拉速，与

的矢量夹角为结晶器窄边端部当前曲线轨迹对应的弧度，结晶器窄边端部的移动速度大小随拉速而变化，其合成速度方向始终为铸坯壳包络线的切线方向。

本发明在不停产情况下进行结晶器宽度调整，避免用传统方式更换结晶器或停机在线冷态调整结晶器宽度造成生产时间损失及二次开浇的原材料损耗，从而提升金属收得率和生产作业率，提高铸机产能，降低了生产成本。

无论宽度增大或减小，调宽过程中结晶器窄边顶端首先动作，在钢水形成坯壳初期改变铸坯宽度；窄边底端延滞一段时间后，跟随窄边顶端的运动轨迹进行运动，调宽过程中窄边紧贴铸坯壳移动，铸坯壳承受的挤压力最小且没有额外的力作用在铸坯壳上，保证调宽过程安全稳定。

结晶器窄边底端滞后于窄边顶端形成一个速度差，使调宽过程中结晶器窄边宽度与锥度同时调整，保证窄边锥度的持续增大过程中窄边与铸坯壳之间的间隙较小，从而允许较高的调宽速度。

调宽过程中的结晶器窄边任意点的移动速度与拉速的合成速度方向为所在点铸坯壳包络线的切线方向，其目标控制参数为随铸坯浇注长度变化的窄边位置，结晶器窄边与铸坯的间隙由坯浇注长度与对应的窄边位置来确定，与拉速没有直接的关系。一方面可保证结晶器热调宽可以在全拉速条件下完成，生产过程中拉速的稳定有助于铸坯质量的稳定；另一方面允许操作员在异常情况下适当调整拉速，系统会自适应地改变调宽速度去匹配拉速的变化，这使得调宽过程简单灵活。

步骤2）所述结晶器窄边顶端运动的具体步骤如下：

2-1）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，其运动轨迹为一段弧度为

曲线，当弧度达到

时，窄边顶端达到最大运动速度，转入步骤2-2）；

2-2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀减速曲线运动，运动轨迹为一段弧度为

曲线，当弧度达到0时，窄边顶端运动速度为0，结晶器窄边顶端达到目标设定位置。

宽度减小时的调宽实施例示意图见附图2，宽度增加时的调宽实施例示意图见附图3。如图所示，结晶器窄边底端与顶端运行轨迹相同，均为两条外切的曲线，弧度分别为

和

。运动轨迹中的曲线半径取决于调宽开始时的钢水成分，钢水温度；运动轨迹中的曲线弧度取决于调宽开始时宽度变化量、实际拉速、最大驱动速度、设备结构参数。结晶器窄边底端运动轨迹滞后于顶端，其滞后时间取决于液面高度、拉速及宽度变化方向。结晶器窄边在宽度变化的同时，也不断地调整锥度。

结晶器窄边的上端和下端各连接有一个驱动轴，结晶器窄边顶端和底端的运动是通过驱动轴的运动来实现的。

楔形坯铸坯壳包络曲线示意图如附图4。一种结晶楔形坯，所述楔形坯的两侧包络线相互对称，包络线包括有两段外切的弧线，两段弧线的弧度分别为

和

，并且圆心分别位于包络线的左、右两侧。

结晶楔形坯的包络线形状可以使铸坯壳在调宽过程中得到稳定连续的支撑, 防止漏钢事故和铸坯缺陷，保证生产安全性。

结晶楔形坯的形状、长度取决于调宽开始时动态生成的结晶器窄边端部运动轨迹，与调宽过程中的拉速无关。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1. 一种结晶器热调宽方法，其特征在于，结晶器热调宽的具体步骤如下：

1）将结晶器窄边定位在初始位置；

2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，达到中间预设位置后作匀减速曲线运动,在窄边顶端运动过程中转入步骤3）；

3）结晶器窄边底端在顶端运动一段时间后，依照步骤2）所述窄边顶端的轨迹进行运动；

4）结晶器窄边顶端和底端均达到目标设定位置，完成调宽过程。

2. 如权利要求1所述的一种结晶器热调宽方法，其特征在于：步骤2）所述结晶器窄边顶端运动的具体步骤如下：

2-1）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀加速曲线运动，其运动轨迹为一段弧度为                                               曲线，当弧度达到

时，窄边顶端达到最大运动速度，转入步骤2-2）；

2-2）结晶器窄边顶端相对铸坯先作匀减速曲线运动，运动轨迹为一段弧度为曲线，当弧度达到0时，窄边顶端运动速度为0，结晶器窄边顶端达到目标设定位置。

3.如权利要求1所述的一种结晶器热调宽方法，其特征在于：步骤3）所述结晶器窄边底端运动轨迹与顶端相同，并滞后于顶端，其滞后时间取决于液面高度、拉速及宽度变化方向。

4.如权利要求1所述的一种结晶器热调宽方法，其特征在于：结晶器窄边端部移动速度与拉速的合成速度

，其中， 

为窄边端部移动速度，

为拉速，

与

的矢量夹角为结晶器窄边端部当前曲线轨迹对应的弧度，结晶器窄边端部的移动速度大小随拉速而变化，其合成速度方向始终为铸坯壳包络线的切线方向。

5.如权利要求4所述的一种结晶器热调宽方法，其特征在于：调宽过程中结晶器窄边任意点的移动速度与拉速的合成速度方向为所在点铸坯壳包络线的切线方向。

6.如权利要求1所述的一种结晶器热调宽方法，其特征在于：结晶器窄边运动轨迹由调宽开始时系统动态生成，运动轨迹中的曲线半径取决于调宽开始时的钢水成分，钢水温度；运动轨迹中的曲线弧度取决于调宽开始时宽度变化量、实际拉速、最大驱动速度、设备结构参数。

7.如权利要求1所述的一种结晶器热调宽方法，其特征在于：在结晶器窄边的上端和下端各连接有一个驱动轴，结晶器窄边顶端和底端的运动是通过驱动轴的运动来实现的。

8. 如权利要求1-7任意一项所述方法结晶所得的楔形坯，其特征在于：所述楔形坯的两侧包络线相互对称，包络线包括有两段外切的弧线，其弧度分别为

和

，并且圆心分别位于包络线的左、右两侧。

9. 如权利要求8所述的一种结晶楔形坯，其特征在于：所述楔形坯的形状、长度取决于调宽开始时动态生成的结晶器窄边顶端和底端运动轨迹，与调宽过程中的拉速无关。

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