CN106595549A - 连铸坯浇注长度精确测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸坯浇注长度精确测量装置及测量方法，属于连铸坯浇注长度精确测量的技术领域。本发明的测量装置包括连铸机，在连铸机的扇形段入口到扇形段出口之间均匀布置m段扇形段，每段扇形段包含一个或沿上下分布的两个驱动辊，在编号为扇形段1段上安装有编码器，构成编码器长度跟踪系统；在扇形段出口处安装有光电传感器，在扇形段出口水平向右的方向，依次设置有测量轮和切割机，且光电传感器、测量轮和切割机构成测量轮长度跟踪系统。本发明的测量方法包括编码器长度跟踪系统通过编码器对驱动辊转速的精确测量，最终实现了铸坯的精确切割，满足了铸坯定尺要求，有效提升了铸坯收得率和产品客户满意度。

Description

连铸坯浇注长度精确测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于连铸坯浇注长度精确测量的技术领域，具体地属于一种连铸坯浇注长度精确测量装置及测量方法。

背景技术

在热轧厂连铸开浇过程中，必须对铸坯位置进行准确跟踪，以保证驱动辊能够合理压下和抬起，使铸坯能够稳定拉出；同时，由于运输和加工需求，必须将铸坯分割成一定长度，因此对铸坯长度测量的准确性尤为重要。一旦铸坯长度测量不准，就会导致铸坯定尺长度偏差，铸坯收得率和产品客户满意度将会大幅下降，因此，铸坯长度的精确测量是加热炉生产工艺中较为重要的环节之一。

通常的铸坯长度测量方法是依靠一个安装在运输轨道一侧的光栅及运输轨道另一侧对应位置的反光镜和一个安装在辊道电机上的光电编码器。当铸坯头部被光栅检测到时，编码器清零并开始计数，当铸坯尾部离开光栅时编码器停止计数，然后把记录下的数值乘以脉冲当量k即得到了铸坯的长度。用这种方法测量，由于整块板坯的长度都靠编码器的计数测得，所以造成的累积误差较大。

中国发明专利申请(申请公布号：CN102589449A，申请公布日：2007-07-18)公开了一种板坯长度测量装置及测量方法，该测量装置包括安装在辊道电机上的光电编码器和两个以上的安装在运输轨道旁的间隔分布的光栅，测量方法，该方法包括以下步骤：第一步：计数测量，当板坯头部触发启动光栅时，光电编码器清零并开始计数，当板坯尾部离开停止光栅时，光电编码器停止计数，得计数值x；第二步：计算光电编码器测得长度，根据第一步测得值x，乘以每个光电脉冲内运输轨道行进的当量k，得到钢坯头部超过启动光栅的长度Δx；第三步：计算板坯长度，设两个光栅间的距离l，则可得板坯长度l＝l+Δx。

中国发明专利申请(申请公布号：CN103913140A，申请公布日：2014-07-09)公开了铸坯长度精确测量装置及其方法，测量装置包括辊道、计数器、处理器、入口传感器和出口传感器。其中，入口传感器和出口传感器分别设置于辊道的两端，其之间的距离为D，铸坯长度为L，两者之差为间距差Dt。通过测量间距差Dt，再根据距离D换算出铸坯长度。Dt的误差远小于测量铸坯长度L的误差，通过间距差Dt换算得到铸坯长度L精度高于直接测量铸坯长度L。

上述两种测量方法的优点是能进一步的减小测量时的累积误差，缺点是，无法实现连铸坯浇注和切割两个过程长度的精确测量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种连铸坯浇注长度精确测量装置及测量方法。本发明的测量装置包括编码器长度跟踪系统和测量轮长度跟踪系统，其中编码器长度跟踪系统通过编码器对驱动辊转速进行精确测量及相关公式的转换，实现开浇过程中铸坯长度跟踪测量的准确性；测量轮长度跟踪系统实现了铸坯长度的跟踪，弥补了扇形段微变形对铸坯长度测量的影响，为铸坯切割提供了精确的数据。

为实现上述目的，本发明公开了一种连铸坯浇注长度精确测量装置，包括连铸机，在连铸机的扇形段入口到扇形段出口之间均匀布置m段扇形段，且扇形段的编号从1～m，每段扇形段包含一个或沿上下分布的两个驱动辊，每个驱动辊的编号与每段扇形段的编号相对应，且在编号为扇形段1段上安装有编码器，构成编码器长度跟踪系统；在扇形段出口处安装有光电传感器，在扇形段出口水平向右的方向，依次设置有测量轮和切割机，所述光电传感器、测量轮和切割机构成测量轮长度跟踪系统。

进一步地，所述扇形段入口与扇形段出口之间的距离为s。

再进一步地，所述测量轮与扇形段出口之间的水平距离为h1，所述切割机与测量轮之间的水平距离为h2。

更进一步地，所述测量轮为接触式测量轮。

本发明还公开了一种根据权利要求1所述的连铸坯浇注长度精确测量的方法，包括如下步骤：

1)向连铸机下达浇注开始命令，连铸机启动，编号为扇形段1段上的编码器开始计数并对铸坯长度进行测量，编码器长度跟踪系统开启，则铸坯长度L满足如下数学公式：

N为扇形段1段的驱动辊的转速，r为扇形段1段的驱动辊的半径，t1为铸坯未到达测量轮之前的时间变量，d_t为时间积分常数；

2)编码器测量的铸坯长度L与下一段扇形段与扇形段入口之间的距离进行实时对比，得到如下判定过程：

21)当铸坯到达n段，若n＜m-2，则n段驱动辊抬起，n+3段驱动辊压下；

22)当铸坯到达n段，若n≥m-2，则n段驱动辊抬起；

23)当铸坯到达n段，若n＝m，则m段驱动辊抬起；

3)在整个铸坯拉出扇形段出口之前，始终保证有驱动辊与铸坯接触并拉动铸坯向铸流方向移动，当铸坯拉出扇形段出口以后，连铸机开始浇注的过程结束，铸坯进入正常的浇注状态，具体过程如下：

31)当铸坯将光电传感器遮挡时，测量轮抬起；

32)测量轮与铸坯接触后转动，此时的编码器长度跟踪系统转变为测量轮长度跟踪系统；

测量的铸坯长度L满足如下数学公式：

s为扇形段入口与扇形段出口之间的距离，即1/4圆弧加上水平距离的总长，h1为测量轮与扇形段出口之间的水平距离，v为测量轮的线速度，t2为铸坯到达测量轮后的时间变量；d_t为时间积分常数；

33)当测量轮长度跟踪系统检测到铸坯长度L满足如下数学公式：

L＝s+h1+h2时，切割机置于铸坯上方，并对铸坯进行切割，当切割完毕之后，切割机回到初始位置；

切割机与测量轮之间的水平距离为h2；

34)当测量轮长度跟踪系统检测到铸坯长度L满足如下数学公式：

L＝s+h1+h2+ak，

k为铸坯定尺，a为铸坯编号，

切割机再次启动对铸坯进行切割，这样就保证铸坯长度始终为k。

进一步地，m为扇形段的编号，且m为大于零的整数，n为1到m之间的整数。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的测量系统建立了包括编码器长度跟踪和测量轮长度跟踪的精确测量系统，实现了连铸坯浇注和切割过程长度的精确测量，其中编码器长度跟踪系统通过编码器对驱动辊转速进行精确测量，并通过驱动辊半径、时间进行积分变换，保证了开浇过程中铸坯长度跟踪测量的准确性。

2、本发明的测量轮长度跟踪系统中采用光电管能对铸坯到达信号进行准确反馈，并采用接触式测量轮，利用测量轮与铸坯的摩擦力进行同步移动来实现铸坯长度的跟踪，弥补了扇形段微变型对铸坯长度测量的影响，为铸坯切割提供了精确的数据。

3、本发明的测量方法采用循环嵌入式控制模式，实现了开浇过程中对驱动辊压下、抬起状态的精确控制，避免了开浇过程中足辊与铸坯碰撞事故发生，且铸坯的精确切割，满足了铸坯定尺要求，有效提升了铸坯收得率和产品客户满意度。

附图说明

图1为本发明测量系统的结构示意图；

图2为图1中编码器长度跟踪控制原理图；

图3为图1中测量轮长度跟踪控制原理图；

图1中的各标号如下：

1—连铸机、2.1—扇形段入口、2.2—扇形段出口、3—驱动辊、4—编码器、5—光电传感器、6—测量轮、7—切割机。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

本实施例公开了一种连铸坯浇注长度精确测量装置，如图1所示，测量装置包括连铸机1，在连铸机1的扇形段入口2.1到扇形段出口2.2之间均匀布置m台扇形段，且扇形段的编号从1～m，每台扇形段包含一个或上下分布的两个驱动辊3，每个驱动辊3的编号与每台扇形段的编号相对应，且在编号为扇形段1段上安装有编码器4，构成编码器长度跟踪系统，编码器长度跟踪系统通过编码器对驱动辊转速进行精确测量，并通过驱动辊半径、时间进行积分变换，保证了开浇过程中铸坯长度跟踪测量的准确性；在扇形段出口2.2处安装有光电传感器5，在扇形段出口2.2水平向右的方向，依次设置有测量轮6(本实施例优选为接触处测量轮)和切割机7，所述光电传感器5、测量轮6和切割机7构成测量轮长度跟踪系统；光电传感器一方面能对铸坯的到达进行准确的信号反馈，另一方面还能根据测量轮与铸坯接触产生摩擦力而进行的同步移动来实现铸坯长度的跟踪，弥补了扇形段微变形对铸坯长度测量的影响。

为给铸坯切割提供精确的数据基础，本实施例还公开了扇形段入口2.1与扇形段出口2.2之间的距离为s，测量轮6与扇形段出口2.2之间的水平距离为h1，所述切割机7与测量轮6之间的水平距离为h2。

本实施例还公开了一种连铸坯浇注长度精确测量的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)向连铸机1下达浇注开始命令，连铸机1启动，编号为扇形段1段上的编码器4开始计数并对铸坯长度进行测量，则铸坯长度L满足如下数学公式：

N为扇形段1段的驱动辊的转速，r为扇形段1段的驱动辊的半径，t1为铸坯未到达测量轮之前的时间变量，d_t为时间积分常数；

如图2所示，编码器和驱动辊构成编码器长度跟踪系统，编码器长度跟踪系统通过测量扇形段1段驱动辊的转速N，利用扇形段1段驱动辊半径r，转换成驱动辊的线速度，再通过对时间的积分，就可以知道铸坯的长度L。

2)编码器(4)测量的铸坯长度L与下一台扇形段与扇形段入口(2.1)之间的距离进行实时对比，由于连铸机设备固定，每段扇形段之间的距离保持不变，再次结合图2，得到如下判定过程：

21)当铸坯到达n段，若n＜m-2，则n段驱动辊抬起，n+3段驱动辊压下；

22)当铸坯到达n段，若n≥m-2，则n段驱动辊抬起；

23)当铸坯到达n段，若n＝m，则m段驱动辊抬起；

m为扇形段的编号，且m为大于零的整数，n为1到m之间的整数。

优选实际运行案例如下：

假设连铸机共有14台扇形段，则m＝14；

当铸坯达到1段时，由于1＜12，1段驱动辊抬起，4段驱动辊压下；铸坯继续向前移动，当铸坯达到2段时，由于2＜12，2段驱动辊抬起，5段驱动辊压下……；

当铸坯达到12段时，由于12≥12，12段驱动辊抬起；

当铸坯达到13段时，由于13≥12，13段驱动辊抬起；

当铸坯达到14段时，由于14＝14，4段驱动辊抬起；

由上可知，为了控制驱动辊的压下和抬起，在浇注过程中始终最多只能3个驱动辊压下，比如开浇过程中首先是1、2、3段驱动辊压下，然后1～3段驱动辊转动带动引锭杆拉动铸坯向前移动，当铸坯接近1段驱动辊时，由于铸坯厚度比引锭杆厚，因此1段驱动辊抬起，同时为了保证铸坯拉矫力足够，就必须把4段驱动辊压下；如此循环，当铸坯达到12段时，由于前面驱动辊都已压下，拉矫力足够，因此只需抬起12段即可，依次到达13、14段的时候依次抬起驱动辊即可；

因此，在整个铸坯拉出扇形段出口前，始终保证有驱动辊与铸坯接触并拉动铸坯向铸流方向移动，满足连铸生产工艺要求。

3)铸坯拉出扇形段出口2.2以后，连铸机1开始浇注的过程结束，铸坯进入正常的浇注状态，如图3所示，具体过程如下：

31)当铸坯将光电传感器5遮挡时，即光电传感器5感应到铸坯已经到达扇形段出口2.2，测量轮6抬起；

32)测量轮(6)与铸坯接触后转动，此时编码器长度跟踪系统转变为测量轮长度跟踪系统；

测量的铸坯长度L满足如下数学公式：

s为扇形段入口2.1与扇形段出口2.2之间的距离，即1/4圆弧加上水平距离的总长，h1为测量轮6与扇形段出口2.2之间的水平距离，v为测量轮6的线速度，t2为铸坯到达测量轮后的时间变量；d_t为时间积分常数；

33)当测量轮长度跟踪系统检测到铸坯长度L满足如下数学公式：

L＝s+h1+h2时，

h2为切割机7与测量轮6之间的水平距离，即铸坯达到切割机7时，切割机7置于铸坯上方，并对铸坯进行切割，且切割机与铸坯沿铸流方向同步移动，只对铸坯断面进行切割，当切割完毕之后，切割机7回到初始位置，本实施中可以通过氧枪的位置来判定切割是否完成；

34)当测量轮长度跟踪系统检测到铸坯长度L满足如下数学公式：

L＝s+h1+h2+ak，

k为铸坯定尺，a为铸坯编号，

切割机7再次启动对铸坯的切割，这样就保证铸坯长度始终为k，满足生产要求。

由此可知，本发明专利通过建立了编码器长度跟踪和测量轮长度跟踪的精确测量系统，实现了连铸坯浇注和切割过程长度的精确测量，满足了铸坯定尺要求，有效提升了铸坯收得率和产品客户满意度。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种连铸坯浇注长度精确测量装置，包括连铸机(1)，在连铸机(1)的扇形段入口(2.1)到扇形段出口(2.2)之间均匀布置m段扇形段，且扇形段的编号从1～m，其特征在于：每段扇形段包含一个或沿上下分布的两个驱动辊(3)，每个驱动辊(3)的编号与每段扇形段的编号相对应，且在编号为扇形段1段上安装有编码器(4)，构成编码器长度跟踪系统；在扇形段出口(2.2)处安装有光电传感器(5)，在扇形段出口(2.2)水平向右的方向，依次设置有测量轮(6)和切割机(7)，所述光电传感器(5)、测量轮(6)和切割机(7)构成测量轮长度跟踪系统。

2.根据权利要求1所述的连铸坯浇注长度精确测量装置，其特征在于：所述扇形段入口(2.1)与扇形段出口(2.2)之间的距离为s，即1/4圆弧加上水平距离的总长。

3.根据权利要求1所述的连铸坯浇注长度精确测量装置，其特征在于：所述测量轮(6)与扇形段出口(2.2)之间的水平距离为h1，所述切割机(7)与测量轮(6)之间的水平距离为h2。

4.根据权利要求1或2或3所述的连铸坯浇注长度精确测量装置，其特征在于：所述测量轮(6)为接触式测量轮。

5.一种根据权利要求1所述的连铸坯浇注长度精确测量的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)向连铸机(1)下达浇注开始命令，连铸机(1)启动，编号为扇形段1段上的编码器(4)开始计数并对铸坯长度进行测量，编码器长度跟踪系统开启，则铸坯长度L满足如下数学公式：

$L={\∫}_0^{t1}{\mathrm{N\πrd}}_t;$

N为扇形段1段的驱动辊的转速，r为扇形段1段的驱动辊的半径，t1为铸坯未到达测量轮之前的时间变量，d_t为时间积分常数；

2)编码器(4)测量的铸坯长度L与下一段扇形段与扇形段入口(2.1)之间的距离进行实时对比，得到如下判定过程：

21)当铸坯到达n段，若n＜m-2，则n段驱动辊抬起，n+3段驱动辊压下；

22)当铸坯到达n段，若n≥m-2，则n段驱动辊抬起；

23)当铸坯到达n段，若n＝m，则m段驱动辊抬起；

3)在整个铸坯拉出扇形段出口(2.2)之前，始终保证有驱动辊(3)与铸坯接触并拉动铸坯向铸流方向移动，当铸坯拉出扇形段出口(2.2)以后，连铸机(1)开始浇注的过程结束，铸坯进入正常的浇注状态，具体过程如下：

31)当铸坯将光电传感器(5)遮挡时，测量轮(6)抬起；

32)测量轮(6)与铸坯接触后转动，此时的编码器长度跟踪系统转变为测量轮长度跟踪系统；

测量的铸坯长度L满足如下数学公式：

$L=s+h1+{\∫}_0^{t2}{\mathrm{vtd}}_t,$

s为扇形段入口(2.1)与扇形段出口(2.2)之间的距离，即1/4圆弧加上水平距离的总长，h1为测量轮(6)与扇形段出口(2.2)之间的水平距离，v为测量轮(6)的线速度，t2为t2为铸坯到达测量轮后的时间变量；d_t为时间积分常数；

33)当测量轮长度跟踪系统检测到铸坯长度L满足如下数学公式：

L＝s+h1+h2时，切割机(7)置于铸坯上方，并对铸坯进行切割，当切割完毕之后，切割机(7)回到初始位置；

切割机(7)与测量轮(6)之间的水平距离为h2；

34)当测量轮长度跟踪系统检测到铸坯长度L满足如下数学公式：

L＝s+h1+h2+ak，

k为铸坯定尺，a为铸坯编号，

切割机(7)再次启动对铸坯进行切割，这样就保证铸坯长度始终为k。

6.根据权利要求5所述的连铸坯浇注长度精确测量的方法，其特征在于：m为扇形段的编号，且m为大于零的整数，n为1到m之间的整数。