CN113165061B - 用于确定铸造金属产品的火口端位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定铸造金属产品在其浇铸期间的火口端位置的方法，所述火口端位置是铸造金属产品变得完全凝固的位置。本发明还涉及一种连续浇铸方法和一种连续浇铸机。

Description

用于确定铸造金属产品的火口端位置的方法

本发明涉及用于确定铸造金属产品的火口端位置的方法、金属产品的浇铸方法以及连铸机。

如图1中所示，连续浇铸机11或连铸机包括：中间包12，该中间包12用于容纳来自钢包的熔融金属；模具13，该模具13用于容纳来自中间包的金属流并将金属成形为浇铸产品1，例如板坯；以及多个辊14，所述多个辊14用于在金属产品凝固时对金属产品进行运输和/或成形。板坯1在其离开模具时具有熔融的芯，并且在板坯被辊沿着行进路径传递至输出端15时，该芯凝固，在输出端15处板坯被切断或被进一步加工。板坯完全凝固的时刻称为火口端16或固体池端。

了解火口端的位置对于浇铸设备的正常运行是必不可少的。的确，如果板坯在其离开设备时未完全凝固，则可能由于产品的显著隆起而导致浇铸设备停工。此外，由于该火口端位置主要取决于浇铸工艺参数，并且特别取决于浇铸速度，因此通过了解火口端位置，可以精确地监控浇铸速度并因此提高生产率。这对于应用所谓的动态软压下方法也是重要的，该方法包括根据铸坯的凝固状态对铸坯施加限定的压力，以减少浇铸板坯的中心偏析和孔隙率。

文件US 2018 0161831A1描述了一种监控方法，其中成对的载荷传感器位于支撑每个辊的两个轴承中的一个轴承的壳体上或位于该壳体内，以计算相邻辊的载荷之间的差。一旦该差小于阈值，便到达火口端。该方法意味着仅在更换辊时引入传感器，并且如果传感器发生故障，则必须停止设备并移除整个区段，以更换相关的辊和传感器。

文件JP 2013 123739A描述了一种方法，其中位移传感器安置在支撑辊的至少一个上区段的入口侧和出口侧上，并在铸件在下方行进时测量所述区段的位移。当测得的位移大于或等于0.1mm时，铸件被认为完全凝固。该方法是不精确的，0.1mm的位移难以检测并且容易受到产品中的缺陷尤其是平整度缺陷的影响。

文件JP 09 225611A描述了一种方法，其中通过将应变仪粘贴在辊轴承座的下端处来检测火口端。该方法意味着仅在更换辊时才引入传感器，并且如果传感器发生故障，则必须停止设备并移除整个区段，以更换相关的辊和传感器。

因此，需要一种用于确定铸造金属产品的火口端位置的方法，该方法是精确的并且可以容易地实施于铸件而无需高水平的维护。

该问题通过一种用于确定铸造金属产品在其浇铸期间的火口端位置的方法来解决，所述火口端位置是铸造金属产品变得完全凝固的位置，所述方法包括以下步骤：

a.在连续浇铸机中浇铸熔融金属，该连续浇铸机包括支承分别位于铸造金属产品上方和下方的辊的数个上区段框架和下区段框架，

b.估算连续浇铸机内的金属产品变得完全凝固的位置P_est，

c.至少测量所估算的位置P_est的最接近的上区段框架的弯曲，

d.基于所测得的弯曲来计算火口端的位置P_mes。

根据本发明的方法还可以包括单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的以下可选特征：

-至少对最接近的上区段框架的两端测量弯曲。

-利用模型对连续浇铸机内的金属产品变得完全凝固的位置P_est进行估算。

本发明还涉及一种以浇铸速度S浇铸金属产品的方法，根据通过如前所述的方法确定的火口端位置来监控所述浇铸速度S。可以对浇铸速度S进行监控，以使火口端位置与连续浇铸机的输出端之间的距离最小。金属产品的浇铸可以包括将动态软压下施加于金属产品，以及监控浇铸速度以在到达火口端位置之前将所述动态软压下施加于金属产品。

本发明还涉及一种用于浇铸金属产品的连铸机，所述连铸机包括：

-支承分别位于浇铸的金属产品上方和下方的辊的数个上区段框架和下区段框架，

-位于至少一个上区段框架上并且能够发射弯曲测量信号的至少一个弯曲测量装置，

-够接收所述弯曲测量信号并基于所测得的弯曲信号来计算火口端的位置P_mes的处理器，所述火口端位置是所浇铸的金属产品变得完全凝固的位置。

根据本发明的连铸机还可以包括单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的以下可选特征：

-弯曲测量装置是轨距传感器(gauge sensor)。

-至少一个上框架配备有分别定位于其端部中的每个端部上的至少两个弯曲测量装置。

通过阅读以下描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚。

为了说明本发明，已经进行了试验并且将通过非限制性示例的方式特别是参照附图进行描述，附图表示：

-图1示出了浇铸机或铸机；

-图2示出了铸机的一区段；

-图3是一组的三条曲线，该三条曲线表示浇铸速度和通过两个弯曲测量装置进行的弯曲测量；

-图4示出了可以通过使用根据本发明的方法获得的结果。

图2描述了用于浇铸金属产品1的连铸机的区段5。金属产品1在上区段框架2A与下区段框架2B之间移动，区段框架2A，2B均支承辊3。每个辊3均经由辊轴承座4和在辊轴承座4与辊3之间建立连接的轴承6连接至区段框架2A，2B。上区段框架2A和下区段框架2B经由梁7彼此连接。在根据本发明的方法中，对于每种新产品铸件，例如对于每种新钢种和/或每次改变浇铸速度，估算火口端的位置P_est，即，浇铸产品变得完全凝固的点。该估算可以例如通过使用Abaqus、统计或物理模型来完成。然后测量该估算位置的最接近的上区段框架2A的弯曲。可以通过应变仪、引伸计或任何其他合适的弯曲测量装置8来进行该测量。弯曲测量装置8可以安置在上区段框架2A的外表面上，如图1中所示。弯曲测量装置8可以胶粘或焊接至区段框架。在优选实施例中，在区段框架2A的入口和出口处进行弯曲测量，入口是铸件首先在辊之间行进的一侧，而出口是铸件离开区段的相反侧。当火口端的估算位置在两个区段之间时，在两个区段上执行弯曲测量。当浇铸产品的范围或浇铸速度变化是宽泛的时，将测量装置安装在数个上区段框架上，以能够在所有配置中测量弯曲，而无需为每个新的浇铸活动添加或更换测量装置。该测量的原理是基于这样的事实：当产品状态从糊状变为固态时，由于铁水静压力降低或升高，由金属产品施加在区段的辊上的载荷改变。这解释了为什么现有技术方法专注于在辊水平处的测量，但是发明人发现该载荷变化被传递至区段框架并以足够的比例被适当的传感器测量。出于说明目的，区段框架由1m³的生铁制成。

一旦测量弯曲，就可以基于所述弯曲来计算火口端的位置P_mes。当进行仅一次弯曲测量时，可以将测得的信号与糊状状态下的弯曲的预定值进行比较，如果测量的弯曲度小于所述值，则表示施加到区段框架的载荷小于糊状状态下的预期值，因此金属产品已经凝固。因此，火口端位于弯曲测量装置位置之前。如果测得的弯曲大于或等于预定值，则表示火口端位于所述测量装置之后。根据弯曲测量值与预定值之间的差，可以计算传感器的位置与火口端位置之间的距离。

当使用数个弯曲测量装置时，可以比较由每个弯曲测量装置测得的弯曲，火口端位于在其各自的信号中具有最大弯曲变化的测量传感器的两个位置之间。这在图2中被示出。在该示例中，作为引伸计的两个弯曲测量装置的信号表示为浇铸速度的函数。这两个引伸计分别在所述区段的入口和出口处安装在上区段框架上。观察虚线框中的信号，对于给定的浇铸速度，引伸计1“看出”糊状产品，弯曲大，而引伸计2“看出”固体产品，弯曲小。因此，火口端位置在这两个弯曲测量装置的位置之间。

通过利用根据本发明的方法增加浇铸速度变化并计算火口端位置，可以精确地确定对于给定钢种和给定厚度的凝固坯料具有火口端从而使板坯在铸机内完全凝固时所允许的最大浇铸速度是多少。这在图3中被示出。

图3表示通过根据本发明的方法针对浇铸速度确定的火口端位置。在实践中，针对给定的浇铸速度，根据本发明的方法被执行数次，然后所述浇铸速度被增加，火口端位置确定，等等，直到火口端位置几乎到达浇铸机的输出端，以避免任何损坏。虚线是铸机即输出端15的最大长度，长度零是中间包出口。如从图中可以看出，对于这种给定的金属产品，使火口端位于铸机内所能够允许的最大速度为1.60m/s。了解该最大速度允许提高铸机的生产率。

使用根据本发明的方法，可以精确且有力地检测火口端位置。实际上，对上区段框架进行测量，测量装置定位于所述框架上并且只要它们运行就可以进行测量，并且不需要等待铸机停止和零件更换以替换有缺陷的传感器。

Claims (7)

1.一种用于确定铸造金属产品在其浇铸期间的火口端位置的方法，所述火口端位置是所述铸造金属产品变得完全凝固的位置，所述方法包括以下步骤：

a.在连续浇铸机中浇铸熔融金属，所述连续浇铸机包括支承分别位于所述铸造金属产品上方和下方的辊的数个上区段框架和下区段框架，

b.估算所述连续浇铸机内的所述金属产品变得完全凝固的位置P_est，

c.至少测量所估算的位置P_est的最接近的上区段框架的弯曲，其中至少对最接近的所述上区段框架的两端测量所述弯曲，

d.基于所测得的弯曲，计算火口端的位置P_mes。

2.根据权利要求1所述的方法，其中利用模型来对所述连续浇铸机内的所述金属产品变得完全凝固的所述位置P_est进行估算。

3.一种以浇铸速度S浇铸金属产品的方法，根据通过根据权利要求1至2中任一项所述的方法确定的所述火口端位置来监控所述浇铸速度S。

4.一种根据权利要求3所述的浇铸金属产品的方法，其中所述浇铸速度S被监控，以使所述火口端位置与所述连续浇铸机的输出端之间的距离最小。

5.一种根据权利要求3所述的浇铸金属产品的方法，其中动态软压下被施加于所述金属产品，并且所述浇铸速度被监控，以使得在达到所述火口端位置之前，所述动态软压下被施加于所述金属产品。

6.一种用于浇铸金属产品(1)的连铸机，所述连铸机包括：

-支承分别位于所浇铸的金属产品(1)上方和下方的辊(3)的数个上区段框架(2A)和下区段框架(2B)，

-分别定位于至少一个上区段框架(2A)的端部中的每个端部上并能够发射弯曲测量信号的至少两个弯曲测量装置(8)，

-能够接收所述弯曲测量信号并基于所测得的弯曲信号计算火口端的位置P_mes的处理器，所述火口端位置是所浇铸的金属产品变得完全凝固的位置。

7.根据权利要求6所述的连铸机，其中所述弯曲测量装置是应变仪传感器。