CN108687321A - 一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法，本方法将钳式在线辊缝仪安装于铸机引锭杆的中部实施辊缝检测，铸机开浇前辊缝仪停止在铸机的弯曲段与第一扇形段之间，液压扇形段检测时上驱动辊均呈压下状态，根据液压扇形段辊缝的基本特征，模拟液压扇形段浇注过程中的辊缝状态，消除液压扇形段辊缝控制油缸连接端间隙、辊缝控制立柱上各个铰接点间隙以及上下框架之间的对中间隙，从而获得连续的、精度更高的铸机辊缝测量值，并通过数据的重合度分析，对铸机辊缝进行直接调整或异常辊子更换，解决铸机液压扇形段的在线辊缝管理难题，为质量管理、扇形段使用寿命的提升提供便捷、可靠的保障。

Description

一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法

技术领域

本发明属于铸机工艺控制领域，具体涉及一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法。

背景技术

板坯连铸的辊缝是铸机最重要的参数之一，直接影响到铸坯的中心裂纹、偏析、三角区裂纹和角横裂等质量缺陷的控制，异常的辊缝也是造成扇形段等铸机主要设备使用寿命低下、异常损坏甚至导致滞坯等恶性事故发生的重要因素。由于铸机是由一长串的扇形段设备连接起来的，不同的扇形段由于设备结构不同、辊缝控制原理不同，在生产过程中，铸机辊缝受各种因素的影响，如辊子表面的磨损、框架结构的变形、轴承异常损坏等等，极易发生辊缝异常现象，所以如何控制好板坯连铸的辊缝一直是铸机日常管理和维护的重中之重。

随着连铸技术的不断发展以及对连铸坯质量要求的不断提升，轻压下、大压下等连铸工艺技术应运而生，如今这些技术已经非常广泛地被应用到板坯连铸机的设计和实际生产中。为适应这些技术的应用，使扇形段在浇注方向上的入口和出口辊缝实现在线可调，各种形式的连铸液压扇形段被开发应用到实际生产中，其主要特征是每个扇形段的上下框架均由四个带有辊缝控制油缸的立柱连接，每个油缸（或立柱侧）设有辊缝控制传感器，用于实时控制、调整辊缝值。在实现轻压下、大压下等功能时，为保护辊缝控制立柱和立柱上的油缸不受径向力的冲击，立柱上还设有一个或多个铰接点。这些设计打破了传统的由机械或滚珠丝杆等相对稳定的上下框架之间辊缝连接、控制的结构，在立柱和油缸的周围会存在不稳定的间隙，恶化了铸机辊缝精度控制的条件；而由液压系统和辊缝控制传感器组成的辊缝控制结构容易受现场环境的影响而导致信号漂移、累积误差等问题。另外，连铸小辊密排和轻压下功能对铸机扇形段辊子的辊径产生了限制，因此铸机分节辊技术（即根据铸机宽度将辊子分成几节）被普遍采用，这会造成单根辊子各个部位分节的辊缝出现差异的情况比较严重。为获得良好的板坯铸辊缝精度，目前的检测、管理方法主要有以下几种：

1）离线测量、调整法。通过扇形段上下框架离线合拢前的分片对弧，保证所有辊子的排列都处在设定的误差范围内；在扇形段合拢时，用垫片或立柱固定面调整扇形段的辊缝值到一定的范围；用液压千斤顶顶升扇形段框架和上下辊子以消除上下框架连接点的间隙和扇形段上下辊子的轴承间隙，然后测量实际辊缝，并与不用千斤顶顶升时测量的辊缝进行比较，形成扇形段辊缝间隙表。

2）在线标定调整法。当扇形段被安装到铸机的基础框架上后，通过一定程序的在线标定，将离线测量的辊缝及间隙修正、覆盖到在线计算的最小标定辊缝中，然后根据传感器在标定时的显示值，将辊缝控制到目标生产辊缝；

3）在铸机生产一段时间后或当出现板坯质量问题时，采用辊缝仪或人工测量辊缝数据，辊缝仪检测数据作为铸机辊缝情况的趋势管理值，再对异常区域进行有限的人工检测（或直接采用人工检测法），最后用人工检测值重新标定扇形段以消除辊缝偏差。

铸机的人工在线辊缝测量工作是一项非常辛苦并危险的工作，进行在线辊缝测量通常需要多人合作，检测人员需要钻进铸机内才能测量，人工测量单机整线辊缝一般至少需要2个小时以上的停机时间。由于作业时间长、环境条件恶劣，人工测量经常发生误差，特别是采用铰接点结构辊缝控制立柱的液压扇形段。由于在线辊缝人工测量过程中无法使用液压千斤顶同时顶升扇形段的四个角，立柱铰接点的间隙无法消除，因而无法获得与浇注过程中板坯通过扇形段时因鼓肚力作用而将这些间隙消除后状况相同的热态辊缝；事实上，这些铰接点的间隙因生产过程中的受力和不同程度的氧化渣堆积会产生一定的变化量，在无法消除这些间隙的情况下获得的人工辊缝测量值实际上完全不可靠，根据这种人工检测法得到的数据进行铸机辊缝的调整往往使铸机的辊缝变得越来越差。

为提升板坯连铸辊缝的管理水平和管理效率，目前已开发有很多辊缝仪设备，主要有替代引锭头式的多功能铸机辊缝仪和钳式（剪刀式）在线辊缝仪，两类辊缝仪本身还存一些问题，如替代引锭头式的多功能铸机诊断仪的问题如下：

1)设备结构复杂、维护困难且价格昂贵。例如维克（WIEGARD)公司的辊缝仪经常发生支撑弹簧板的油膜油泵漏油，导致保持辊缝仪姿态的扩展弹簧无法撑开，辊缝仪无法应用；使用LVDT位移传感器的辊缝仪在运行过程中经常发生该传感器的损坏现象；而使用角度传感器的钳式在线辊缝仪则由于容易发生撞击从而造成机械主轴变形、角度传感器损坏、密封失效等问题而影响使用，且维修价格动辄几十、上百万；

2)安装、使用不便，影响正常生产。用替代引锭头式的辊缝仪对铸机进行检测涉及大量的人工操作，需要将引锭杆上的引锭头更换成辊缝仪，然后在不生产的时候进行循环检测作业，检测前为防止辊缝仪内部仪表和密封件的损坏都要进行一定时间的铸机强冷，有些铸机为防止损坏辊缝仪设备还需要修改铸机主控制程序，引锭杆的保护、启动、数据接收等都需要人工操作。一般循环检测一次需要2～3个小时，这对铸机连续生产的特性造成了较大的影响；

3)检测原理上的问题严重影响了辊缝仪的检测精度，使这些辊缝仪只能作为辊缝趋势管理的辅助性手段。由于使用位移传感器检测辊缝的辊缝仪扩张弹簧只能消除相对比较固定的扇形段上辊轴承间隙，而无法消除变化量更大的框架间隙，所以这类辊缝仪实际上只适合于检测机械连接结构辊缝的扇形段。而在液压扇形段使用普及的今天，这类辊缝仪只能检测到铸机的最小冷态辊缝值，而无法检测到更趋近于热态辊缝的真实辊缝值，这反而会对铸机状态的跟踪和管理带来一定的盲区。

以日本太平工业为代表的钳式（剪刀式）在线辊缝仪的主要功能就是检测机械连接结构且连铸辊系为整体式的扇形段辊缝，除防水密封容易失效、辊缝测头、测量臂容易损坏等问题外，其安装在引锭杆两根链条之间（一般是靠铸流宽度方向中心位置），并且靠近引锭头位置，因此无法满足液压扇形段辊缝检测的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法，本方法根据液压扇形段辊缝的基本特征，模拟液压扇形段浇注过程中的辊缝状态，消除液压扇形段连接立柱上各个铰接点之间间隙，从而获得连续、高精度的铸机辊缝测量值，并通过数据的重合度，实现液压扇形段辊缝的直接调整，提高了铸坯质量及液压扇形段的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法包括如下步骤：

步骤一、将钳式在线辊缝仪安装于铸机引锭杆的中部，当辊缝仪随引锭杆一起插入结晶器并进入铸机时，辊缝仪开始检测铸机垂直段和弯曲段的辊缝值，该辊缝值与热态辊缝相同；

步骤二、当引锭杆尾部通过铸机第一扇形段、第二扇形段和第三扇形段时，各扇形段的上驱动辊开始压下并将引锭杆夹持于上下驱动辊之间，此时引锭杆与上送引锭系统脱钩，控制上下驱动辊旋转继续将引锭头送入到结晶器位置后停止，然后进行结晶器的密封等作业并等待开浇，此时辊缝仪停止在铸机的弯曲段与第一扇形段之间；

步骤三、铸机开浇后，通过扇形段上下驱动辊旋转驱动引锭杆并带动铸坯向铸机出口侧运行，从辊缝仪随引锭杆进入到第一扇形段位置开始，在经过水平段后一直到引锭杆出铸机出口的距离内，辊缝仪经过区域的扇形段上驱动辊均呈压下状态；

步骤四、扇形段上驱动辊压下状态时，由上驱动辊升降油缸控制的上驱动辊呈夹紧状态，上驱动辊在将引锭杆压下外弧面的同时，上驱动辊的反力将上框架顶起，将辊缝控制油缸连接端间隙、辊缝控制立柱中间铰接点间隙和辊缝控制立柱下铰接点间隙消除，而上驱动辊带动引锭杆向浇注方向运行时，其反力又带动上框架克服扇形段的自重分力反向运行，消除上下框架之间的对中间隙，辊缝仪在扇形段上驱动辊压下状态时实施辊缝检测，从而使测得的辊缝值更接近于铸机浇注过程中的热态辊缝。

进一步，辊缝检测过程采用三个辊缝仪分别安装于引锭杆的两侧和中间位置。

进一步，对辊缝仪连续多次跟踪检测的数据进行重合性分析，得到铸机的辊缝状态，提示辊缝异常需要维修和更换的辊子或对辊缝进行直接调整。

进一步，设定扇形段上驱动辊夹持力F为：

F=W×a/µ/n

其中：W为引锭杆的重量、a为安全系数、µ为摩擦系数、n为升降油缸数量。

由于本发明一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法采用了上述技术方案，即本方法将钳式在线辊缝仪安装于铸机引锭杆的中部实施辊缝检测，铸机开浇前辊缝仪停止在铸机的弯曲段与第一扇形段之间，液压扇形段检测时上驱动辊均呈压下状态，根据液压扇形段辊缝的基本特征，模拟液压扇形段浇注过程中的辊缝状态，消除液压扇形段辊缝控制油缸连接端间隙、辊缝控制立柱上各个铰接点间隙以及上下框架之间的对中间隙，从而获得连续的、精度更高的铸机辊缝测量值，并通过数据的重合度分析，对铸机辊缝进行直接调整或异常辊子更换，解决铸机液压扇形段的在线辊缝管理难题，为质量管理、扇形段使用寿命的提升提供便捷、可靠的保障。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本方法中引锭杆和辊缝仪在铸机内的位置示意图；

图2为本方法中引锭杆和辊缝仪在液压扇形段内的结构示意图；

图3为本方法中辊缝仪安装于引锭杆上的位置示意图。

具体实施方式

板坯连铸的辊缝控制精度是一项铸机最重要的参数，一般要求在±0.5mm范围内，且不能有突变。一般立弯式板坯连铸机的基本构成包括结晶器、足辊、垂直弯曲段（又称支撑导向段）、扇形段，其上下辊子之间的间隙值称为辊缝，辊缝是控制铸坯形状、部分表面质量缺陷和大部分铸坯内部缺陷的关键参数。结晶器足辊、垂直弯曲段的辊缝结构都是固定的（非液压式）；为了满足轻压下和大压下等工艺要求，目前扇形段普遍采用液压加位置传感器的辊缝控制结构。

这种扇形段的辊缝形成很复杂，主要包括冷态辊缝、辊缝控制立柱铰接点间隙、油缸连接端间隙、辊子轴承间隙等。其中，辊缝控制立柱铰接点间隙根据立柱设计结构和使用过程中的变形量、铰接点内部的氧化堆积物程度的不同而变化。从现场实际检测情况看，1～2mm属于正常范围，严重的可以达到5～6mm左右；排除轴承异常损坏因素，辊子轴承间隙一般都控制在0.2～0.3mm，且在铸机通钢后，下辊的轴承间隙基本被排除在目标辊缝控制精度要素之外，留下的只是上辊间隙。在浇注过程中，铸坯的鼓肚力将液压扇型段的所有间隙撑开，此时辊缝控制立柱、油缸连接端、辊子轴承间隙全部排除在热态辊缝值之外，此时的辊缝被称为铸机的热态辊缝。某些油缸、立柱或立柱与扇形段上下框架上的连接形式为活动的，液压扇形段在上线后的冷态辊缝测量存在严重的入口大出口小的现象，使该区域的整体辊缝形状为锯齿状，辊缝的在线管理非常困难；而在铸机非浇注状态下，进行在线人工测量获得的辊缝值被称为铸机的冷态辊缝；用替代引锭头式的多功能诊断仪循环检测到的辊缝值除结晶器足辊部分、垂直弯曲段部分的辊缝接近热态辊缝，而测得的扇形段部分辊缝值只是消除了上辊轴承间隙的冷态辊缝；用安装在引锭杆靠近引锭头部位的剪刀式辊缝仪所测得的辊缝值实际上就是铸机中心线部位的冷态辊缝。

本方法的实施例如图1和图2所示，本发明一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法包括如下步骤：

步骤一、将钳式在线辊缝仪1安装于铸机引锭杆2的中部，具体的位置是辊缝仪所在位置确保在铸机的0#段内，又尽可能离开引锭头最远的距离，使辊缝仪免受开浇后铸坯的高温辐射、高强度的二冷水的直接喷射，防止开浇漏钢后对辊缝仪的损害；当辊缝仪1随引锭杆2一起插入结晶器3并进入铸机时，辊缝仪1开始检测铸机垂直段11和弯曲段12的辊缝值，该辊缝值与热态辊缝相同；由于铸机的垂直段11和弯曲段12的辊缝控制方式都是机械固定的，在线辊缝仪通过并检测到的辊缝值除辊子轴承间隙外与热态辊缝相同；

步骤二、当引锭杆2尾部通过铸机第一扇形段13、第二扇形段14和第三扇形段15时，各扇形段的上驱动辊24开始压下并将引锭杆2夹持于上下驱动辊24、25之间，此时引锭杆2与上送引锭系统脱钩，控制上下驱动辊25、25旋转继续将引锭头4送入到结晶器3位置后停止，然后进行结晶器3的密封等作业并等待开浇，此时辊缝仪1停止在铸机的弯曲段12与第一扇形段13之间；

步骤三、铸机开浇后，通过扇形段上下驱动辊24、25旋转驱动引锭杆2并带动铸坯向铸机出口17侧运行，从辊缝仪1随引锭杆2进入到第一扇形段13位置开始，在经过水平段16后一直到引锭杆2出铸机出口17的距离内，辊缝仪1经过区域的扇形段上驱动辊24均呈压下状态；

步骤四、扇形段上驱动辊24压下状态时，由上驱动辊升降油缸26控制的上驱动辊24呈夹紧状态，上驱动辊24在将引锭杆2压下外弧面的同时，上驱动辊24的反力将上框架21顶起，将辊缝控制油缸27连接端间隙28、辊缝控制立柱23中间铰接点间隙29和辊缝控制立柱23下铰接点间隙30消除，而上驱动辊24带动引锭杆2向浇注方向运行时，其反力又带动上框架21克服扇形段的自重分力反向运行，消除上下框架21、22之间的对中间隙31，辊缝仪1在扇形段上驱动辊24压下状态时实施辊缝检测，从而使测得的辊缝值更接近于铸机浇注过程中的热态辊缝。

如在液压扇形段驱动辊开放状态下进行辊缝检测，由于上驱动辊升降油缸26控制的驱动辊24呈开放状态，装在引锭杆2上的在线辊缝仪1沿浇注方向测得的辊缝值仅为铸机的冷态辊缝，无法排除辊缝控制油缸27连接端间隙28、辊缝控制立柱23中间铰接点间隙29和辊缝控制立柱下铰接点间隙30；同时，由于扇形段安装位置有一定的角度（每个段的角度不同），上框架21由于自重量的分力和框架导向间隙等问题，向浇注、检测方向下方倾斜，造成的上下框架21、22对中间隙31使辊缝检测值呈锯齿状缺陷。

本方法在扇形段驱动辊夹紧状态下进行辊缝检测，由上驱动辊升降油缸26控制驱动辊24呈夹紧状态，在将引锭杆2压下外弧面的同时，驱动辊24的反力将上框架顶起，将辊缝控制油缸27连接端间隙28、辊缝控制立柱23中间铰接点间隙29和辊缝控制立柱23下铰接点间隙30均消除；而驱动辊24带动引锭杆2向浇注方向运行时，其反力又带动上框架克服扇形段的自重分力反向运行，消除了上下框架21、22之间的对中间隙31，从而使在线辊缝仪1测得的辊缝值更接近于铸机浇注过程中的热态辊缝。

如图3所示，优选的，辊缝检测过程采用三个辊缝仪1分别安装于引锭杆2的两侧和中间位置。多个辊缝仪检测时可同时获得铸机宽度方向上的多组辊缝数据，提高检测的精度，同时可适应目前多分节辊小辊密排导致的各分节之间辊缝检测需要。

优选的，对辊缝仪1连续多次跟踪检测的数据进行重合性分析，得到铸机的辊缝状态，提示辊缝异常需要维修和更换的辊子或对辊缝进行直接调整。

优选的，为保证液压扇形段辊缝检测精度的要求，消除辊缝检测过程中辊缝控制立柱之间的各项间隙，消除扇形段上下框架对中间隙，同时保证引锭杆在铸机内夹持和拉坯力的需要，设定扇形段上驱动辊夹持力F为：

F=W×a/µ/n

其中：W为引锭杆的重量、a为安全系数、µ为摩擦系数、n为升降油缸数量。

本方法较好地贴合了液压扇形段辊缝控制特点和铸机运行特征，通过在线辊缝仪安装位置的控制，扇形段压下力的控制，利用扇形段上驱动辊的压下反力和旋转反力，很好地消除了液压扇形段辊缝控制立柱和油缸连接端的间隙，也基本消除了液压扇形段冷态辊缝锯齿状缺陷，使在线辊缝仪的辊缝测量值更好地反映实际浇注的热态辊缝值，现场实际应用证明使用本方法可大幅度提升铸机辊缝精度和辊缝管理、维护效率，提高了产品的生产质量和设备的使用寿命，具有非常广泛的应用和推广前景。

Claims (4)

1.一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、将钳式在线辊缝仪安装于铸机引锭杆的中部，当辊缝仪随引锭杆一起插入结晶器并进入铸机时，辊缝仪开始检测铸机垂直段和弯曲段的辊缝值，该辊缝值与热态辊缝相同；

步骤二、当引锭杆尾部通过铸机第一扇形段、第二扇形段和第三扇形段时，各扇形段的上驱动辊开始压下并将引锭杆夹持于上下驱动辊之间，此时引锭杆与上送引锭系统脱钩，控制上下驱动辊旋转继续将引锭头送入到结晶器位置后停止，然后进行结晶器的密封等作业并等待开浇，此时辊缝仪停止在铸机的弯曲段与第一扇形段之间；

步骤三、铸机开浇后，通过扇形段上下驱动辊旋转驱动引锭杆并带动铸坯向铸机出口侧运行，从辊缝仪随引锭杆进入到第一扇形段位置开始，在经过水平段后一直到引锭杆出铸机出口的距离内，辊缝仪经过区域的扇形段上驱动辊均呈压下状态；

步骤四、扇形段上驱动辊压下状态时，由上驱动辊升降油缸控制的上驱动辊呈夹紧状态，上驱动辊在将引锭杆压下外弧面的同时，上驱动辊的反力将上框架顶起，将辊缝控制油缸连接端间隙、辊缝控制立柱中间铰接点间隙和辊缝控制立柱下铰接点间隙消除，而上驱动辊带动引锭杆向浇注方向运行时，其反力又带动上框架克服扇形段的自重分力反向运行，消除上下框架之间的对中间隙，辊缝仪在扇形段上驱动辊压下状态时实施辊缝检测，从而使测得的辊缝值更接近于铸机浇注过程中的热态辊缝。

2.根据权利要求1所述的一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法，其特征在于：辊缝检测过程采用三个辊缝仪分别安装于引锭杆的两侧和中间位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法，其特征在于：对辊缝仪连续多次跟踪检测的数据进行重合性分析，得到铸机的辊缝状态，提示辊缝异常需要维修和更换的辊子或对辊缝进行直接调整。

4.根据权利要求3所述的一种提高在线辊缝仪对连铸液压扇形段辊缝检测精度的方法，其特征在于：设定扇形段上驱动辊夹持力F为：

F=W×a/µ/n

其中：W为引锭杆的重量、a为安全系数、µ为摩擦系数、n为升降油缸数量。