CN108692641A - 一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，包括箱体和设于箱体内的旋转轴、旋转轴套、测量臂、上测头导板、下测头导板、上球面测头、下球面测头、角度编码器，旋转轴垂直设于箱体的底面，角度编码器连接于旋转轴的底端，旋转轴套套设于旋转轴上，测量臂具有一对，一对测量臂的一端分别连接旋转轴和旋转轴套、另一端分别连接上测头导板和下测头导板，上测头导板和下测头导板分别位于箱体上下两侧的测缝长槽并且分别由旋转轴和旋转轴套驱动沿测缝长槽伸缩，上球面测头和下球面测头分别对应设于上测头导板和下测头导板上。本发明能够提升铸机辊缝的跟踪、管理水平，防止因辊缝管理缺失而造成的批量性铸坯质量缺陷、扇形段异常损伤。

Description

一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构

技术领域

本发明涉及连铸机装备领域，更具体地说，涉及一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构。

背景技术

板坯连铸机是由一连串扇形段连接而成的大型设备，每个扇形段由若干上辊和下辊排列成一个空腔，为连铸的板坯提供夹持和导向作用，这个空腔的厚度指标即为铸机的辊缝精度。铸机的辊缝值是铸机重要的参数，直接影响到铸坯的偏析、中心裂纹、中心疏松、内裂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、异常损坏的原因，甚至引发滞坯等连铸恶性事故。

随着连铸技术的不断发展以及市场对连铸坯质量要求的不断提升，轻压下、大压下等新技术、新工艺被广泛地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，要求在浇注方向上扇形段的入口和出口处辊缝在线可调，使扇形段的辊缝控制结构变得越来越复杂。铸机的辊缝控制精度不但是常规板坯铸机质量控制和设备使用寿命的关键，更是轻压下、大压下等连铸工艺最终能否起到良好效果的重要保障。

为获得可靠的板坯铸机辊缝精度，目前的检测、管理方法主要有以下几种：

1.离线测量、调整法。扇形段通过离线上下框架合拢前的分片对弧，保证所有辊子辊缝值都在一定的误差范围内；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，使其控制在一定的误差范围；用液压千斤顶顶升扇形段框架和上下辊子，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，将离线测量的辊缝间隙表折算到最小标定辊缝中，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.在铸机生产一定时间后或当出现板坯质量问题时，进行人工测量、在线重新标定的方式，以消除辊面磨损和辊缝漂移等对辊缝精度的影响。

连铸机的在线辊缝测量工作是一项非常辛苦并危险的工作，进行在线对弧时通常需要多人合作，并需钻到铸机内部进行，一般单机整线辊缝人工测量至少需要2个小时以上。由于作业时间长、环境条件恶劣，人工测量经常发生误差。

鉴于铸机辊缝的重要性和人工测量查找异常点的难度，各种型号的辊缝仪被开发应用到连铸生产现场，相关的技术主要分两大类：

第一类是替代引锭头式的多功能铸机诊断仪，这种诊断仪一般具备铸机辊缝检测、铸机弧度检测、铸辊转动检测、铸辊挠取检测和二冷喷淋水状态检测等多项功能。辊缝仪通过内部的液压或电控泵控制2～3组弹簧板，辊缝仪通过铸机各处时始终保持基本贴近外弧的姿态，同时弹簧板能有效去除扇形段辊子的轴承间隙，辊缝仪随引锭杆的在铸机内运行，采用LVDT位移传感器检测辊缝参数。这类技术的生产商主要有德国的维克(WIEGARD)、英国的萨克拉德(SARCLAD)、韩国的宝威(POWER)和国内的北京冶自等等。使用这类辊缝仪时需要用辊缝仪替代正常开浇用的引锭头，在不生产的情况下通过引锭杆循环完成对铸机的检测。

第二类是以日本太平工业为代表的在线式辊缝仪，这类辊缝仪主要通过剪刀叉式的测量臂用角度传感器检测上下辊子之间间距的单一功能辊缝仪。这种辊缝仪安装在引锭杆的两根链节的中间靠近引锭头的位置，可以在铸机的开浇或引锭杆循环过程中检测铸机的辊缝情况，使用方便，不需要停机，故不影响铸机的生产，但由于技术保密的原因，详细的功能细节无法知晓。

虽然这些辊缝仪的发明对铸机管理带来了很大的益处，为铸机状态的把握和维护带来了便捷，国内连铸也大量应用这些技术(第一类)，但还存在诸多问题，主要如下：

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；辊缝仪使用的LVDT位移传感器经常在运行过程中损坏。第二类辊缝仪则由于容易发生撞击而造成机械主轴变形、角度仪损坏、密封失效等问题而影响使用，而且维修费用昂贵，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检测铸机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；为防止辊缝仪内部仪表和密封件的损坏，在循环前要进行一定时间的铸机强冷；为防止损坏辊缝仪设备，检测有些铸机还需要修改铸机主干控制程序；辊缝仪的保护、启动、数据接收等都需要人工操作。一般循环测量一次铸机需要停机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.检测原理严重影响了辊缝仪的的检测精度，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辊缝仪的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，所以在液压扇形段使用普及的今天，这类辊缝仪只能检测到这台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”，这反而会形成铸机状态的跟踪和管理的盲区。

第二类以日本太平工业为代表的剪刀式在线辊缝仪因技术保密的原因，详细的使用情况了解不多，但辊缝仪安装的位置靠引锭头，开浇过程中结晶器密封材料、顺次开启的二冷水对辊缝仪的密封和检测精度的影响较大。有信息显示该类辊缝仪经常发生因密封造成的故障，同时，因开浇漏钢损坏、测量臂变形等造成的辊缝仪异常情况时有发生。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，能够提升铸机辊缝的跟踪、管理水平，防止因辊缝管理缺失而造成的批量性铸坯质量缺陷、扇形段异常损伤。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，包括箱体和设于箱体内的旋转轴、旋转轴套、测量臂、上测头导板、下测头导板、上球面测头、下球面测头、角度编码器和阻尼弹簧，旋转轴垂直设于箱体的底面，角度编码器连接于旋转轴的底端，旋转轴套套设于旋转轴上，测量臂具有一对，一对测量臂的一端分别连接旋转轴和旋转轴套、另一端分别连接上测头导板和下测头导板，上测头导板和下测头导板分别位于箱体上下两侧的测缝长槽并且分别由旋转轴和旋转轴套驱动沿测缝长槽伸缩，上球面测头和下球面测头分别对应设于上测头导板和下测头导板上，阻尼弹簧分别设于箱体的两侧并且分别相应连接旋转轴和旋转轴套。

所述的上测头导板和下测头导板均呈半圆形设置，半圆形的弧形面朝向于箱体的外侧。

所述的上球面测头设于上测头导板的弧形端面上，下球面测头设于下测头导板的弧形端面上。

所述的上球面测头和下球面测头为高耐磨材质制成。

所述的高耐磨材质为碳化钨的航空铝。

所述的上球面测头与下球面测头的直径一致，为辊缝最大和最小值的平均值。

所述的旋转轴通过旋转轴固定块垂直设于箱体的底面上。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，满足了连铸辊缝精度检测的要求，能够在不影响铸机生产的情况下，获得大量的铸机辊缝参数，根据这些参数的重复性检测和趋势性检查确定铸机的实际辊缝状态，为板坯中心偏析、中心疏松、内裂、角横裂等缺陷的控制，防止扇形段设备的异常受力损伤，也为铸机维护效率的提升提供基本保障。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中Y-Y部分的剖视图；

图3是本发明中上球面测头的俯视图；

图4是在线辊缝仪在整个引锭杆循环过程中的运行状态图；

图5是本发明的测量原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1至图4所示，本发明所提供的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，包括箱体1和设于箱体1内的旋转轴2、旋转轴套3、测量臂4、上测头导板5、下测头导板6、上球面测头7、下球面测头8、角度编码器9和阻尼弹簧10，旋转轴2通过旋转轴固定块11垂直固定设于箱体1的底面上，角度编码器9连接于旋转轴2的底端，旋转轴套3套设于旋转轴2上，测量臂4具有一对，其中一个测量臂4的一端连接旋转轴套3，另一端连接上测头导板5，而另一个测量臂4的一端连接旋转轴2，另一端连接下测头导板6，上测头导板5和下测头导板6分别位于箱体1上下两侧的测缝长槽并且分别由旋转轴2和旋转轴套3驱动沿测缝长槽伸缩，上球面测头7对应设于上测头导板5上，下球面测头8对应设于下测头导板6上，两个测量臂4撑开阻尼弹簧10，分别与旋转轴2和旋转轴套3连接。

较佳的，为了与上球面测头7和下球面测头8相适配，上测头导板5和下测头导板6均呈半圆形设置，半圆形的弧形面朝向于箱体1的外侧，上球面测头7设于上测头导板5的弧形端面上，下球面测头8设于下测头导板6的弧形端面上，上球面测头7和下球面测头8是根据铸机辊缝(弧形段辊缝理论平均值)设置的一个圆球上截取一定宽度的2个球面，可以减少或消除由于这种偏摆造成的测量误差，在检测过程中，实际辊缝值越接近这个圆球，则测量值的精度越高。上测头导板5和下测头导板6为了防止上球面测头7和下球面测头8在循环、检测过程中与周边的设备产生干涉、损坏辊缝仪。

较佳的，辊缝仪安装在引锭杆20上，而引锭杆20在插入和运行的过程中会发生微量的左右方向偏摆，因此两个球面测头是根据连铸机辊缝设置的一个圆球并且具有一定宽度的两个球面，可以减少或消除由于这种偏摆造成的测量误差。在检测过程中，实际辊缝值越接近这个圆球，则测量值的精度越高。检测过程中，球面测头与辊子不断摩擦容易磨损，造成测量误差；同时连铸机内部的铁屑吸附在球面测头表面也会导致测量误差；为了消除这两种测量误差，所述的上球面测头7和下球面测头8采用高耐磨材质制成，如在表面喷涂碳化钨的航空铝等材料。

请结合图5所示，为了保证辊缝测量精度，本发明中的上球面测头7和下球面测头8设计为球面，其直径为铸机辊缝最大和最小值的均值，实际测头表面是被对称于球体中心面的两个平行平面截取的一部分球面。这样设计可以保证即使辊缝仪可能随引锭杆出现左右偏摆，也不会影响辊缝的检测精度，而且当球面的直径取铸机弧形段辊缝最大和最小值的均值时，辊缝仪的测量值与测量臂4的夹角变化呈最优的线性关系，测量精度最高。另一方面，旋转轴2中心到球面测头的垂直距离OB越长，则辊缝变化量与测量臂4夹角变化量的线性度越好，对辊缝检测的精度越有利。由于辊缝仪被安装在引锭杆的一个节距上，使辊缝仪的布置受到限制，只有充分利用引锭杆节距的长度才能提高辊缝仪测量的测量精度，引锭杆的厚度要远小于铸机的辊缝目标控制值，本发明的两个球面测头在完全张开状态下能检测到辊缝最大值大于目标辊缝值的20％～30％，同时，由于辊缝仪在铸机内随引锭杆运行检测过程中，引锭杆是无法保证在辊缝的中心位置的，特别是在铸机的垂直弯曲区域内，所以在设计、安装时必须保证单个球面测头的任何一个全部张开状态下的高度h加引锭杆的厚度要大于等于辊缝标准值，这样当安装有辊缝仪的引锭杆贴近铸机外弧或贴近铸机内弧时同样也能准确的测量出铸机辊缝，辊缝仪在铸机内随引锭杆运行时，除在初始插入的铸机垂直区域外，在其它区域均会受银锭杆的自重力和内弧升降辊的压紧作用而贴近铸机外弧(下辊)，所以本发明的两个球面测头在自然张开状态下，上球面测头7张开并超出引锭杆表面的量大于下球面测头8，通过上球面测头7、下球面测头8上的测量臂4的长度差异设计，保证在铸机理论最大和最小辊缝平均值的附近测量精度最高。

综上所述，铸坯质量和铸机设备使用寿命是连铸最重要的两个指标，而要获得高质量的铸坯，实现铸机扇形段等主要设备更高的使用寿命，铸机的辊缝控制精度是关键，本发明为铸机的辊缝精度管理提供了一种更适合现代板坯铸机辊缝测量要求的机构及精度控制。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，包括箱体和设于箱体内的旋转轴、旋转轴套、测量臂、上测头导板、下测头导板、上球面测头、下球面测头、角度编码器和阻尼弹簧，旋转轴垂直设于箱体的底面，角度编码器连接于旋转轴的底端，旋转轴套套设于旋转轴上，测量臂具有一对，一对测量臂的一端分别连接旋转轴和旋转轴套、另一端分别连接上测头导板和下测头导板，上测头导板和下测头导板分别位于箱体上下两侧的测缝长槽并且分别由旋转轴和旋转轴套驱动沿测缝长槽伸缩，上球面测头和下球面测头分别对应设于上测头导板和下测头导板上，阻尼弹簧分别设于箱体的两侧并且分别相应连接旋转轴和旋转轴套。

2.如权利要求1所述的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，所述的上测头导板和下测头导板均呈半圆形设置，半圆形的弧形面朝向于箱体的外侧。

3.如权利要求2所述的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，所述的上球面测头设于上测头导板的弧形端面上，下球面测头设于下测头导板的弧形端面上。

4.如权利要求3所述的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，所述的上球面测头和下球面测头为高耐磨材质制成。

5.如权利要求4所述的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，所述的高耐磨材质为碳化钨的航空铝。

6.如权利要求1所述的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，所述的上球面测头与下球面测头的直径一致，为辊缝最大和最小值的平均值。

7.如权利要求1所述的一种钳式在线辊缝仪的辊缝测量机构，其特征在于，所述的旋转轴通过旋转轴固定块垂直设于箱体的底面上。