CN107214312A - 连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备 - Google Patents
连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备，该连铸大压下量时的力矩控制方法包括该连铸大压下量时的力矩控制方法包括以下步骤：步骤1、计算压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩，计算所述每个驱动辊的理论拉速值；步骤2、根据所述每个驱动辊的实际阻力矩、理论阻力矩和理论拉速值的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配。该连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备现实了连铸大压下量时的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配，从而可以减少驱动辊与铸坯的打滑现象和大压下量电机堵转现象，提高了设备寿命，稳定了铸坯质量。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁生产中的连铸设备领域，具体的是一种连铸大压下量时的力矩控制方法，还是一种采用该力矩控制方法的压下设备。
背景技术
随着钢铁工业的发展，用户对钢铁产品质量要求越来越高。铸坯中心偏析和疏松会严重影响钢材的性能，引起一系列质量缺陷。铸坯上缺陷在后继加热、轧制过程中又难以有效消除，从而影响了最终产品质量。连铸轻压下技术通过在连铸坯液芯末端附近施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量，可以有效消除中心偏析和疏松。近年凝固末端附近的压下量越来越大，对于大断面和较厚的铸坯，大压下量对于铸坯内部的致密度和质量提升明显。
常规轻压下总压下量为8mm～20mm，而大压下量的总压下量能够达到30mm～40mm，单辊压下量可以达到20mm。采用大压下量后，产生了较大的铸坯变形和拉坯阻力，拉矫机或者扇形段设备寿命受到影响，铸坯质量也不稳定。常规力矩平衡控制方法仅考虑电机的力矩和转速的因素，通过检测各个驱动辊电机的力矩，对其进行求和平均，使每个辊的实际值接近平均值。例如若某辊的力矩小于目标值，则电机转速加大，若大于目标值则转速减小；拉速为各个辊一致，或为某一固定比例，为预先设定值。对于常规连铸和小压下量的轻压下来说，此种控制方法是可行的，因为铸坯厚度变化较小，所以铸坯的运行速度在各个驱动辊下可以近似为一致的。由于压下量较小驱动辊的力矩也不大，重新分配力矩后，不会超过未实施轻压下驱动辊的能力。采用大压下量后，铸坯厚度变化加大，由于实际的工艺条件不断变化参与压下的驱动辊也在动态调整，拉速分配不能按照事先设定的标准进行分配；采用大压下量后，参与压下的驱动辊的力矩与未参与的差距十分明显，若采取平均值分配，未参与压下的驱动辊的力矩增加量较大，会超出其实际允许的力矩，即驱动力大于驱动辊与铸坯间的摩擦力，出现驱动辊与铸坯打滑的现象，影响辊子寿命。制约连铸大压下量工艺的进一步实施。
发明内容
为了解决现有的连铸设备在进行大压下量工作时驱动辊与铸坯打滑的问题，本发明提供了一种连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备，该连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备现实了连铸大压下量时的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配，从而可以减少驱动辊与铸坯的打滑现象和大压下量电机堵转现象，提高了设备寿命，稳定了铸坯质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种连铸大压下量时的力矩控制方法，包括以下步骤：
步骤1、计算压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩，计算所述每个驱动辊的理论拉速值；
步骤2、根据所述每个驱动辊的实际阻力矩、理论阻力矩和理论拉速值之间的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配。
一种压下设备，含有控制单元以及沿浇注方向间隔排列的多对工作辊；一对工作辊含有上工作辊和下工作辊，每个上工作辊均为驱动辊，每个驱动辊均连接有液压缸和电机，每个驱动辊的压下和转速均能够被独立的控制；该控制单元能够使该压下设备按照上述的力矩控制方法控制每一个驱动辊，该控制单元包括：
铸坯变形计算模块，用于计算压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩和所述每个驱动辊的理论拉速值；
拉速和力矩动态分配模块，根据所述每个驱动辊的实际阻力矩、理论阻力矩和理论拉速值的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配；
所述铸坯变形计算模块与该拉速和力矩动态分配模块连接，该拉速和力矩动态分配模块与每个驱动辊的液压缸和电机连接。
本发明的有益效果是：该连铸大压下量时的力矩控制方法和压下设备现实了连铸大压下量时的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配，从而可以减少驱动辊与铸坯的打滑现象和大压下量电机堵转现象，提高了设备寿命，稳定了铸坯质量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书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。
图1是压下设备的结构示意图。
1、控制单元；2、驱动辊；3、液压缸；4、电机。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种连铸大压下量时的力矩控制方法，包括以下步骤：
步骤1、计算压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩MLi，计算所述每个驱动辊的理论拉速值VLi；
步骤2、根据所述每个驱动辊的实际阻力矩MSi、理论阻力矩MLi和理论拉速值VLi之间的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩MSi和实际拉速值VSi进行动态再分配。
在步骤1中，所述驱动辊的理论阻力矩的计算公式为：MLi＝fLi×R；
MLi为第i个驱动辊的理论阻力矩的数值，单位为Nm；fLi为第i个驱动辊的理论阻力，单位为N；R为驱动辊的半径，单位为m。
其中，在不考虑加工误差和测量误差的情况下，每个驱动辊的半径均相同，驱动辊的半径可以通过实际测量得到。第i个驱动辊的理论阻力fLi即为第i个驱动辊所在部位的铸坯变形时的理论阻力，第i个驱动辊的理论阻力fLi可以根据生产钢种、铸坯温度、压下量等带入西姆斯公式计算得到，西姆斯公式为轧钢领域的现有公知技术，本发明不再详细介绍。
在步骤1中，所述每个驱动辊的理论拉速值的计算公式为：
VLi为第i个驱动辊的理论拉速值，单位为m/min；Hi为第i个驱动辊所在部位的铸坯厚度，单位为mm；第i个驱动辊所在部位的铸坯厚度可以通过测量或预先设计获得，VLn为第n个驱动辊的实际拉速值，单位为m/min；Hn为第n个驱动辊所在部位的铸坯厚度，单位为mm。VLn的含义为选取任意一个驱动辊作为速度的基准值,VLn为输入的设定值，该设定值可以根据经验得到，可以选定任意一个驱动辊的设定拉速值作为输入的参照值，如选择第一个驱动辊的设定拉速值为基准值VL1，则第i个驱动辊的理论拉速值为
本发明中所述压下设备的上工作辊均为驱动辊，所述压下设备的上工作辊中的一部分上工作辊实施轻压下，所述压下设备的上工作辊中的另一部分上工作辊不实施轻压下。例如，所述压下设备的驱动辊有10个，其中需要参与压下的可能是4#～6#驱动辊，也可能是5#～8#，参与轻压下的驱动辊要控制位移，如4#辊压下5mm，液压缸内的位移传感器能检测出压下了多少，若没有压下到位，增加液压缸内的压力，若压下多了则减少压力。对于没有参与压下的驱动辊，不控制位移。
步骤2包括以下步骤：
步骤2.1、计算驱动辊的实际平均力矩；
该实际平均力矩的计算公式为：
共有N个驱动辊，MP为N个驱动辊的实际平均力矩的数值，单位为Nm；MSN为第N个驱动辊的实际力矩，单位为Nm；N为驱动辊的数量，无单位；由于每个驱动辊均连接有独立的驱动电机，每个电机均有变频装置，可以测得电机的参数，并发送给控制单元，通过电机参数可计算出电机的力矩为DN，单位为Nm，该驱动辊的实际力矩MSN＝DN×R×I，当N为i时，MSi＝Di×R×I,i的最大值为N，其中，R为驱动辊半径，单位为m，I为减速机的速比，无单位，每个减速机的速比相同。
步骤2.2、对所述每个驱动辊进行实时的动态再分配；实施轻压下的驱动辊，需要采用位移控制，所以不能根据力矩控制控制其液压缸的压力；对于不实施轻压下的驱动辊，控制方式为压力控制，可以根据力矩控制要求控制其液压缸的压力。无论是位移控制还是压力控制，在实现的同时还需要进行拉速(即电机转速Ti)的控制，具体的控制方式如下：
对于该压下设备中实施轻压下的第i个驱动辊：
当MSi≥MLi时，则报警提示操作人员，即力矩报警，提示操作人员关注设备是否有故障；
当MSi＜MLi且时，则控制该驱动辊维持不变(所有参数均不变)；
当MSi＜MLi、且MSi＞MP时，则使电机转速Ti减少，从而减小实际拉速VSi和实际力矩MSi，直至
当MSi＜MLi、且MSi＜MP时，则使电机转速Ti增加，从而增大实际拉速VSi和实际力矩MSi，直至
对于该压下设备中实施轻压下的第i个驱动辊，在进行上述报警提示操作人员、控制该驱动辊维持不变、使电机转速Ti减少或使电机转速Ti增加的过程中同时还采用位置控制，位置控制为常规轻压下技术中的一种控制。如根据工艺需要某个辊需要压下一段位移，通过液压缸内的位移传感器控制辊子的位移量，如使辊子位置下降2mm～10mm，并维持在此位置。在对所述每个实施轻压下的驱动辊进行实时的动态再分配过程中，每个实施轻压下的驱动辊均需要采用位移控制。
对于该压下设备中不实施轻压下的第i个驱动辊：
当MSi≥MLi时，说明铸坯与不实施轻压下的驱动辊打滑，则增大液压缸压力，即增大液压缸压力Pi，如Pi的增大值为0.02MPa～0.05MPa；Pi设有最大值(可以提前设定)，用于保护设备；
当Msi＜MLi且时，则控制该驱动辊维持不变(所有参数均不变)；
当MSi＜MLi、且MSi＞MP时，则使电机转速Ti减少，从而减小实际拉速VSi和实际力矩MSi，直至
当MSi＜MLi、且MSi＜MP时，则使电机转速Ti增加，从而增大实际拉速VSi和实际力矩MSi，直至
在上述步骤2.2中，VSi第i个驱动辊的实际拉速值，单位为m/min；MSi为第i个驱动辊的实际力矩的数值，单位为Nm；RM1为力矩控制标准，RM1的取值范围是3％～8％(如5％)。电机转速Ti调整时的上限需满足控制实际拉速VSi不超标，即需要满足RV1为速度控制标准，RV1取值范围3％～6％(如4％)。本发明中所述每个驱动辊的实际阻力矩MSi和实际拉速值VSi进行动态再分配是对每个驱动辊所对应的液压缸和电机一一实时调整。
下面介绍一种压下设备，该压下设备含有控制单元1以及沿浇注方向间隔排列的多对工作辊，可以理解为该压下设备的主要结构如中国专利CN 105344957 A，公开日期2016年2月24日，公开的《一种扇形段型拉矫装置和拉矫设备》中的图1所示。
其中，一对工作辊含有上工作辊和下工作辊，每个上工作辊均为驱动辊2，即每个驱动辊2均连接有独立的液压缸3和电机4，每个驱动辊的压下(包括压下的压力和压下的位移)和转速均能够被独立的控制。
该控制单元能够使该压下设备按照上述的力矩控制方法控制每一个驱动辊2，该控制单元1包括铸坯变形计算模块和拉速和力矩动态分配模块。铸坯变形计算模块用于计算压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩MLi和所述每个驱动辊的理论拉速值VLi。拉速和力矩动态分配模块能够根据驱动辊的实际平均力矩MP、所述每个驱动辊的实际阻力矩MSi、理论阻力矩MLi和理论拉速值VLi之间的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩MSi和实际拉速值VSi进行动态再分配。所述铸坯变形计算模块与该拉速和力矩动态分配模块连接，该拉速和力矩动态分配模块与每个驱动辊的液压缸和电机连接，如图1所示。
该压下设备还含有温度场模型和轻压下模型，该温度场模型和轻压下模型用于储存生产钢种、铸坯温度、压下量等信息，该温度场模型和轻压下模型能够将生产钢种、铸坯温度、压下量等信息发送给铸坯变形计算模块，从而由铸坯变形计算模块计算出每个驱动辊的理论阻力矩MLi。或者，该压下设备还含有信息输入单元，操作人员可以通过该信息输入单元将生产钢种、铸坯温度、压下量等信息发送给铸坯变形计算模块，从而由铸坯变形计算模块计算出每个驱动辊的理论阻力矩MLi。
该压下设备还含有一级控制系统，该控制系统能够实时检测和采集每个驱动辊的实际拉速值VSi和实际力矩MSi，该控制系统能够该实际拉速值VSi和实际力矩MSi发送给控制单元，驱动辊的实际平均力矩MP将根据实际力矩MSi进行实时的动态调整。
本发明中“大压下量”的含有为总压下量能够达到30mm～40mm，单辊压下量可以达到20mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (8)
1.一种连铸大压下量时的力矩控制方法，其特征在于，该连铸大压下量时的力矩控制方法包括以下步骤：
步骤1、计算压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩，计算所述每个驱动辊的理论拉速值；
步骤2、根据所述每个驱动辊的实际阻力矩、理论阻力矩和理论拉速值之间的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配。
2.根据权利要求1所述的连铸大压下量时的力矩控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述驱动辊的理论阻力矩的计算公式为：MLi＝fLi×R；
MLi为第i个驱动辊的理论阻力矩，单位为Nm；fLi为第i个驱动辊的理论阻力，单位为N；R为驱动辊的半径，单位为m。
3.根据权利要求2所述的连铸大压下量时的力矩控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述每个驱动辊的理论拉速值的计算公式为：
VLi为第i个驱动辊的理论拉速值，单位为m/min；Hi为第i个驱动辊所在部位的铸坯厚度，单位为mm；VLn为第n个驱动辊的实际拉速值，单位为m/min；Hn为第n个驱动辊所在部位的铸坯厚度，单位为mm。
4.根据权利要求3所述的连铸大压下量时的力矩控制方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
步骤1.1、计算驱动辊的实际平均力矩；
该实际平均力矩的计算公式为：
MP为驱动辊的实际平均力矩，单位为Nm；MSN为第N个驱动辊的实际力矩，单位为Nm；N为驱动辊的数量，无单位；
步骤2.2、对所述每个驱动辊的实际阻力矩和实际拉速值进行实时地动态再分配；
对于该压下设备中实施轻压下的驱动辊：
当MSi≥MLi时，报警；
当MSi＜MLi且时，控制维持不变；
当MSi＜MLi、且MSi＞MP时，使电机转速减少，直至
当MSi＜MLi、且MSi＜MP时，使电机转速增加，直至
对于该压下设备中不实施轻压下的驱动辊：
当MSi≥MLi时，增大液压缸压力；
当MSi＜MLi且时，控制维持不变；
当MSi＜MLi、且MSi＞MP时，使电机转速减少，直至
当MSi＜MLi、且MSi＜MP时，使电机转速增加，直至
5.根据权利要求4所述的连铸大压下量时的力矩控制方法，其特征在于，MSi为第i个驱动辊的实际力矩，单位为Nm；RM1为力矩控制标准，RM1的取值范围是3％～8％。
6.根据权利要求1所述的连铸大压下量时的力矩控制方法，其特征在于，所述压下设备的上工作辊均为驱动辊，所述压下设备的上工作辊中的一部分上工作辊实施轻压下，所述压下设备的上工作辊中的另一部分上工作辊不实施轻压下。
7.一种压下设备，其特征在于，该压下设备含有控制单元以及沿浇注方向间隔排列的多对工作辊；
一对工作辊含有上工作辊和下工作辊，每个上工作辊均为驱动辊，每个驱动辊均连接有液压缸和电机，每个驱动辊的压下和转速均能够被独立的控制；
该控制单元能够使该压下设备按照权利要求1至5中任意一项所述的力矩控制方法控制每一个驱动辊，该控制单元包括：
铸坯变形计算模块，用于计算该压下设备在进行铸坯压下作业时每个驱动辊的理论阻力矩和所述每个驱动辊的理论拉速值；
拉速和力矩动态分配模块，根据所述每个驱动辊的实际阻力矩、理论阻力矩和理论拉速值的关系动态地对所述每个驱动辊的实际阻力矩和实际拉速值进行动态再分配；
所述铸坯变形计算模块与该拉速和力矩动态分配模块连接，该拉速和力矩动态分配模块与每个驱动辊的液压缸和电机连接。
8.根据权利要求7所述的压下设备，其特征在于，所述压下设备的上工作辊中的一部分上工作辊实施轻压下，所述压下设备的上工作辊中的另一部分上工作辊不实施轻压下。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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