CN111438344B - 一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法，两根扇形段出口上框架传感器安装支架、与其对应相连的两根扇形段出口下框架标尺支架、两根扇形段入口上框架传感器安装支架、其对应相连的扇形段入口下框架标尺支架，扇形段出口上框架传感器安装支架、扇形段入口上框架传感器安装支架均连于扇形段上框架上，扇形段出口下框架标尺支架、扇形段入口下框架标尺支架均连于扇形段下框架上，以及设于扇形段出口上框架传感器安装支架上、扇形段入口上框架传感器安装支架上的位移传感器、倾角传感器。本发明为扇形段在线辊缝控制和离线检修标准提供指导，同时也为铸坯质量缺陷分析提供有益的依据。

Description

一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及连铸机机械控制领域，更具体地说，涉及一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法。
背景技术
板坯连铸机液压扇形段的应用时为了配合轻压下等连铸新工艺的推进。液压扇形段的主要特性是扇形段的上下框架靠四个带有液压缸的立柱连接起来的，每个油缸都安装有位置传感器，在生产过程中，根据工艺要求进行辊缝的变化控制以达到获得更好的铸坯偏析、铸坯内裂、铸坯角横裂等铸坯质量缺陷控制的目的，并减少扇形段异常受力，提升其使用寿命。
目前国内外各个钢厂使用的液压扇形段大致分为柔性连杆式的立柱结构(即扇形段上下框架靠四根具有一定柔性的立柱，柔性连杆下端用螺丝螺母结构固定在下框架上，上端则与固定在上框架上的油缸相连，在轻压下实施过程中，可以有一定的弯曲度)和多铰接立柱结构(即扇形段的四根连接立柱与上下框架之间的连接靠具有转动功能的球面轴承或立柱中间设置的一个关节轴承，在轻压下的实施过程中，球面轴承和关节轴承可以有一定的倾转角度)。两种扇形段辊缝控制结构各有优缺点，其中，柔性连杆的结构相对稳定，辊缝控制精度不管是浇注过程还是非浇注过程都比较直观，便于进行连铸机的辊缝冷态管理，但油缸的受力比较大。而多铰接立柱结构的液压扇形段油缸受力较小，但球面轴承或关键轴承之间存在不同的间隙，这些间隙在非浇注过程(冷态)和浇注过程(热态)存留的位置不同，导致扇形段辊缝冷态管理非常困难，扇形段离线检修标定过程中必须用千斤顶顶升消除间隙后，通过实际测量值来确定辊缝，而在线标定过程中由于工况环境影响，无法使用千斤顶等设备消除间隙，只能通过辊缝控制油缸将上框架压下到基准面后，用离线检修测定的间隙值和辊缝值标定扇形段，而在扇形段上升到目标辊缝后，通过人工测量或辊缝仪等工具测量的辊缝值都存在锯齿状缺陷。但在线标定除扇形段刚刚上线，设置在油缸周围的基准面非常干净的状态下才能做到精确标定，在使用一段时间后，由于这些基准面已经受到污染，同时各个立柱关键的间隙也可能随着扇形段的使用寿命的延长、设备受力等问题而增加。另外，由于扇形段安装角度的不同，特别是连铸机弧形区的上半部分，扇形段上框架因重心问题，锯齿状缺陷的表现程度也不同。在浇注过程中这些锯齿状的辊缝缺陷是否能随着铸坯进入扇形段而消除一直是一个争论不休和难以解决的问题，为了验证这个问题，曾经用在连铸机的固定框架上焊接钢结构、用位移传感器或千分表等设备顶住扇形段上框架的四个角，然后用示波仪等设备跟踪连铸机开浇、正常浇注、引拔等过程中四个角位置(垂直高度)变化的方式进行验证，扇形段上框架即使在浇注过程中被顶升也肯定因此而存在前后的偏转位移，但由于这种测量方法中位移传感器安装的位置固定，且与扇形段安装角度之间存在偏差，这种测量只能看到一个大致的趋势，其精度无法保证。
扇形段冷态辊缝的锯齿状缺陷能否在浇注过程中消除、上下框架立柱的关节间隙增大、辊缝传感器受干扰后引起辊缝漂移等都会导致连铸机辊缝突变，而辊缝突变对铸坯中心偏析、中心裂纹、三角区裂纹、内裂、角横裂等缺陷产生严重的影响。同时，扇形段辊缝精度在另一方面也是导致设备使用寿命低下的重要因素，所以辊缝控制在±0.5mm内是连铸机生产质量控制和设备稳定性控制的关键指标。
目前板坯连铸机液压扇形段上广泛使用的是磁致伸缩线性位移传感器，其检测精度高，能适应较为复杂的环境温度和湿度，基本满足了扇形段控制系统中位移传感器的安装条件和精度要求。但由于扇形段的上下框架之间的连接存在多个铰接点，而这些关节点的轴承与轴承座之间的间隙会随着使用时间推移、维护程度和受力程度的不同发生一定变化，其中辊子的轴承间隙基本可以确定，但铰接点的间隙变化和连铸机冷态过程中留存位置的不确定性是导致在线冷态辊缝管理精度的最大困难点，会造成辊缝在冷态检测(采用多功能辊缝仪等设备)中存在整体锯齿状缺陷，而这些锯齿状辊缝除严重干扰连铸机辊缝冷态管理，对连铸机设备和铸坯质量造成一定影响外，在连铸机浇注过程中是否能恢复，及恢复多少一直是一个较大的疑问。
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连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法，通过在扇形段两侧安装外置式传感器的方法，检测与追踪浇注过程各节点的液压扇形段，特别是多铰接连接结构的液压扇形段从冷态辊缝到热态辊缝之间的变化，为这种扇形段在线辊缝控制和离线检修标准提供指导，同时也为铸坯质量缺陷分析提供有益的依据。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置，包括：扇形段上框架、扇形段下框架、以及连于扇形段上框架、扇形段下框架之间的上下框架连接立柱，设于扇形段上框架上的上辊组，设于扇形段下框架上的下辊组，还包括：两根扇形段出口上框架传感器安装支架、与其对应相连的两根扇形段出口下框架标尺支架、两根扇形段入口上框架传感器安装支架、其对应相连的扇形段入口下框架标尺支架，扇形段出口上框架传感器安装支架、扇形段入口上框架传感器安装支架均连于扇形段上框架上，扇形段出口下框架标尺支架、扇形段入口下框架标尺支架均连于扇形段下框架上，以及
设于每根扇形段出口上框架传感器安装支架上、每根扇形段入口上框架传感器安装支架上的位移传感器；
设于单根扇形段出口上框架传感器安装支架上、单根扇形段入口上框架传感器安装支架上的倾角传感器；
所述位移传感器、倾角传感器的数据通过数据采集模块连接至PLC，并与连铸机浇注信息数据库连接。
所述扇形段出口上框架传感器安装支架的上端通过支架与框架连接点连于扇形段上框架上，扇形段出口上框架传感器安装支架的下端与扇形段出口下框架标尺支架的上端相连，扇形段出口下框架标尺支架的下端通过支架与框架连接点连于扇形段下框架上。
所述扇形段入口上框架传感器安装支架的上端通过支架与框架连接点连于扇形段上框架上，扇形段入口上框架传感器安装支架的下端与扇形段入口下框架标尺支架的上端相连，扇形段入口下框架标尺支架的下端通过支架与框架连接点连于扇形段下框架上。
所述扇形段出口上框架传感器安装支架与扇形段出口下框架标尺支架连接处、所述扇形段入口上框架传感器安装支架与扇形段入口下框架标尺支架连接处均还设有传感器支架上下接触点导向。
所述倾角传感器设于同侧的扇形段出口上框架传感器安装支架、扇形段入口上框架传感器安装支架上。
所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器。
所述倾角传感器设于位移传感器的磁铁滑块的拉杆上。
另一方面，一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量方法：
热态辊缝的信号处理与计算方法，连铸机液压扇形段移动时，四个位移传感器的侧头部分通过传感器支架上下接触点导向与对应的扇形段出口下框架标尺支架、扇形段入口下框架标尺支架发生相对移动测得上辊组、下辊组之间辊缝的变化量；两个倾角传感器用于检测扇形段上框架因间隙原因造成倾斜量的实际倾斜角度；
四个位移传感器、两个倾角传感器的数据通过数据采集模块连接至PLC，并与连铸机浇注信息数据库连接，当连铸机的引锭杆插入前，根据连铸机插入模式信号触发四个位移传感器、两个倾角传感器位置调零；
辊缝与位移传感器位置之间的关系如下：
A＝L1(X1+X2)/X2-L2×X1/X2
B＝L2(X2+X3)/X2-L1×X3/X2
上式中，X1为扇形段入口到扇形段入口上框架传感器安装支架上位移传感器的距离，X2为扇形段入口上框架传感器安装支架上位移传感器到扇形段出口上框架传感器安装支架上位移传感器的距离，X3为扇形段出口上框架传感器安装支架上位移传感器到扇形段出口的距离；
L1、L2为位移传感器的测量辊缝，A、B分别为扇形段入口、出口辊缝；
扇形段上框架水平位移与倾角传感器之间的关系如下：
C＝L×tg(β)
上式中，L为位移传感器上磁铁滑块的拉杆的长度，β为倾角传感器的角度输出值，C为扇形段上下框架水平位飘移值。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置及其测量方法，贴合了连铸机液压扇形段结构特点、辊缝控制特点以及主机常见设备、质量控制问题的分析需求，在连铸机浇注前后实现连续测量跟踪扇形段辊缝和倾斜角度的变化量，从而为获得更合理的扇形段辊缝控制、提升连铸机精度、稳定铸坯质量、提升扇形段使用寿命提供了基本保障。
附图说明
图1是连铸机上每个液压扇形段整体结构的侧视图；
图2是本发明测量装置的安装示意图；
图3是连铸机液压扇形段安装角、实际倾斜角的示意图；
图4是连铸机液压扇形段上铰接点间隙留存位置的示意图；
图5是本发明测量装置中位移传感器在扇形段侧面的示意图；
图6是图5中辊缝与位移传感器位置之间的关系图；
图7是本发明测量装置中倾角传感器角度与上下框架水平位移之间的关系图。
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2所示，本发明所提供的一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置，连铸机液压扇形段包括：扇形段上框架1、扇形段下框架2、以及连于扇形段上框架1、扇形段下框架2之间的四根上下框架连接立柱3，设于扇形段上框架1上的上辊组4、升降油缸5、升降牌坊6，设于扇形段下框架2上的下辊组7，上下框架连接立柱3上端设置带有位移传感器的辊缝控制油缸8，在上下框架连接立柱3上具有多个上下框架连接点9。上述为现有技术部分，在此就不再赘述。与现有技术不同的是，本发明测量装置还包括：两根扇形段出口上框架传感器安装支架10、与其对应相连的两根扇形段出口下框架标尺支架11、两根扇形段入口上框架传感器安装支架12、其对应相连的扇形段入口下框架标尺支架13，以及
设于每根扇形段出口上框架传感器安装支架10上、每根扇形段入口上框架传感器安装支架12上，共垂直方向四个磁致伸缩位移传感器14。
设于单根扇形段出口上框架传感器安装支架10上、单根扇形段入口上框架传感器安装支架12上，同侧的共两个倾角传感器15，倾角传感器15安装于磁致伸缩位移传感器14的磁铁滑块的拉杆上。
较佳的，所述扇形段出口上框架传感器安装支架10的上端通过支架与框架连接点16连于扇形段上框架1上，扇形段出口上框架传感器安装支架10的下端与扇形段出口下框架标尺支架11的上端相连，扇形段出口下框架标尺支架11的下端通过支架与框架连接点16连于扇形段下框架2上。
较佳的，所述扇形段入口上框架传感器安装支架12的上端通过支架与框架连接点16连于扇形段上框架1上，扇形段入口上框架传感器安装支架12的下端与扇形段入口下框架标尺支架13的上端相连，扇形段入口下框架标尺支架13的下端通过支架与框架连接点16连于扇形段下框架2上。
较佳的，所述扇形段出口上框架传感器安装支架10与扇形段出口下框架标尺支架11连接处、以及所述扇形段入口上框架传感器安装支架12与扇形段入口下框架标尺支架13连接处均还设有传感器支架上下接触点导向17。
较佳的，所述位移传感器14、倾角传感器15的数据通过数据采集模块连接至PLC，并与连铸机浇注信息数据库连接，当连铸机的引锭杆插入前，根据连铸机插入模式信号触发四个位移传感器14、两个倾角传感器15位置调零。
请结合图3至图4所示，连铸机液压扇形段安装到连铸机上的位置与水平位置之间存在一个安装角度18，但由于扇形段上、下框架1、2之间连接的间隙会导致扇形段上框架1因自重力向下倾斜形成另一个角度，即扇形段上框架1实际倾斜角度19，当浇注过程中铸坯的鼓肚力会使四根上下框架连接立柱3的各个上下框架连接点9呈现从扇形段非浇注状态间隙留存位置形貌20到扇形段浇注状态间隙留存位置形貌21的变化，同时上辊组4、下辊组7的驱动辊22压着铸坯旋转的力使扇形段上框架1沿着板坯浇注的相反方向爬升。
结合图5至图7所示，本发明还提供了一种连铸机液压扇形段热态辊缝的测量方法：
热态辊缝的信号处理与计算方法，连铸机液压扇形段移动时，四个位移传感器14的侧头部分通过传感器支架上下接触点导向17与对应的扇形段出口下框架标尺支架11、扇形段入口下框架标尺支架13发生相对移动测得上辊组4、下辊组7之间辊缝的变化量；两个倾角传感器15用于检测扇形段上框架1因间隙原因造成倾斜量的实际倾斜角度19。
四个位移传感器14、两个倾角传感器15的数据通过数据采集模块连接至PLC，并与连铸机浇注信息数据库连接，当连铸机的引锭杆插入前，根据连铸机插入模式信号触发四个位移传感器、两个倾角传感器位置调零；
本发明测量方法是在扇形段的入口侧和出口侧各设置两个位移传感器14，位移传感器14的滑块磁铁随着扇形段的抬起和压下动作而移动。
辊缝与位移传感器位置之间的关系如下：
A＝L1(X1+X2)/X2-L2×X1/X2
B＝L2(X2+X3)/X2-L1×X3/X2
上式中，X1为扇形段入口到扇形段入口上框架传感器安装支架上位移传感器的距离，X2为扇形段入口上框架传感器安装支架上位移传感器到扇形段出口上框架传感器安装支架上位移传感器的距离，X3为扇形段出口上框架传感器安装支架上位移传感器到扇形段出口的距离；
L1、L2为位移传感器的测量辊缝，A、B分别为扇形段入口、出口辊缝；
本发明测量方法还在扇形段的左侧出口和右侧出口各设置一个倾角传感器15，倾角传感器15安装在位移传感器14的磁铁滑块的拉杆上，它随着滑块拉杆的倾斜而改变角度，扇形段上框架水平位移与倾角传感器之间的关系如下：
C＝L×tg(β)
上式中，L为位移传感器上磁铁滑块的拉杆的长度，β为倾角传感器的角度输出值，C为扇形段上下框架水平位飘移值。
综上所述，铸坯质量和连铸机设备使用寿命是连铸最为重要的两个指标，而连铸要获得高质量的铸坯、实现更高的扇形段等主要设备的使用寿命，连铸机的精度是关键，本发明为连铸机的精度管理提供了一个更合理、简洁在线检测手段，具有非常广泛的应用和推广前景。
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 (3)

1.一种用于连铸机液压扇形段热态辊缝的测量装置的测量方法，其特征在于：
所述测量装置包括：扇形段上框架、扇形段下框架、以及连于扇形段上框架、扇形段下框架之间的上下框架连接立柱，设于扇形段上框架上的上辊组，设于扇形段下框架上的下辊组，还包括：两根扇形段出口上框架传感器安装支架、与其对应相连的两根扇形段出口下框架标尺支架、两根扇形段入口上框架传感器安装支架、其对应相连的扇形段入口下框架标尺支架，扇形段出口上框架传感器安装支架、扇形段入口上框架传感器安装支架均连于扇形段上框架上，扇形段出口下框架标尺支架、扇形段入口下框架标尺支架均连于扇形段下框架上，以及
设于每根扇形段出口上框架传感器安装支架上、每根扇形段入口上框架传感器安装支架上的位移传感器；
设于单根扇形段出口上框架传感器安装支架上、单根扇形段入口上框架传感器安装支架上的倾角传感器；
所述位移传感器、倾角传感器的数据通过数据采集模块连接至PLC，并与连铸机浇注信息数据库连接，
其中，所述扇形段出口上框架传感器安装支架的上端通过支架与框架连接点连于扇形段上框架上，扇形段出口上框架传感器安装支架的下端与扇形段出口下框架标尺支架的上端相连，扇形段出口下框架标尺支架的下端通过支架与框架连接点连于扇形段下框架上；
所述扇形段入口上框架传感器安装支架的上端通过支架与框架连接点连于扇形段上框架上，扇形段入口上框架传感器安装支架的下端与扇形段入口下框架标尺支架的上端相连，扇形段入口下框架标尺支架的下端通过支架与框架连接点连于扇形段下框架上；
所述扇形段出口上框架传感器安装支架与扇形段出口下框架标尺支架连接处、所述扇形段入口上框架传感器安装支架与扇形段入口下框架标尺支架连接处均还设有传感器支架上下接触点导向；
所述倾角传感器设于同侧的扇形段出口上框架传感器安装支架、扇形段入口上框架传感器安装支架上，
所述测量方法包括：
热态辊缝的信号处理与计算方法，连铸机液压扇形段移动时，四个位移传感器的侧头部分通过传感器支架上下接触点导向与对应的扇形段出口下框架标尺支架、扇形段入口下框架标尺支架发生相对移动测得上辊组、下辊组之间辊缝的变化量；两个倾角传感器用于检测扇形段上框架因间隙原因造成倾斜量的实际倾斜角度；
四个位移传感器、两个倾角传感器的数据通过数据采集模块连接至PLC，并与连铸机浇注信息数据库连接，当连铸机的引锭杆插入前，根据连铸机插入模式信号触发四个位移传感器、两个倾角传感器位置调零；
辊缝与位移传感器位置之间的关系如下：
A＝L1(X1+X2)/X2-L2×X1/X2
B＝L2(X2+X3)/X2-L1×X3/X2
上式中，X1为扇形段入口到扇形段入口上框架传感器安装支架上位移传感器的距离，X2为扇形段入口上框架传感器安装支架上位移传感器到扇形段出口上框架传感器安装支架上位移传感器的距离，X3为扇形段出口上框架传感器安装支架上位移传感器到扇形段出口的距离；
L1、L2为位移传感器的测量辊缝，A、B分别为扇形段入口、出口辊缝；
扇形段上框架水平位移与倾角传感器之间的关系如下：
C＝L×tg(β)
上式中，L为位移传感器上磁铁滑块的拉杆的长度，β为倾角传感器的角度输出值，C为扇形段上下框架水平位飘移值。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器。
3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于：所述倾角传感器设于位移传感器的磁铁滑块的拉杆上。
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