CN116274919A - 连铸过程辊缝调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸过程辊缝调节方法，属于冶金技术领域。包括辊缝收缩算法及补偿方法，所述辊缝收缩算法包含基础辊缝收缩和轻压下辊缝收缩算法；所述补偿方法通过计算扇形段所受到的铸坯鼓肚力、轻压下力(若该扇形段启用轻压下)和矫直反力(若该段为矫直段)及收缩偏差反力，进而计算扇形段的每个液压缸所受到的合力，通过扇形段的压力‑变形量关系式，得到该扇形段的变形量，用该变形量对扇形段位置传感器的显示值进行补偿得到连铸坯扇形段实际的辊缝值，从而更精准地控制连铸坯扇形段的辊缝值，进而改善连铸坯质量。

Description

连铸过程辊缝调节方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种连铸过程辊缝调节方法。

背景技术

在连铸生产过程中，在连铸坯凝固末端通过扇形段对铸坯实施一定的压下量，以改善铸坯的内部质量的工艺过程。该工艺之所以称之为“轻压下”的原因是因为压下量很小，每个扇形段的压下量一般不超过3mm，压下段一般不超过3个扇形段。

由于辊缝控制精度对铸坯质量有着重要影响，因此，在连铸生产过程中一般要求辊缝控制精度在±0.5mm以内。然而，当高温铸坯通过扇形段时，扇形段受到铸坯的鼓肚力、轻压下的反力、矫直反力等，导致其发生变形，该变形量导致扇形段的实际辊缝与设定辊缝严重不符。当扇形段受外力较大时，该变形量会接近1mm～2mm，达到了轻压下量的30％～60％以上，严重影响了辊缝控制精度，进而影响铸坯质量。

综上所述，对扇形段的受力变形量进行补偿以及提高辊缝控制精度是值得研究的内容。目前对扇形段的变形量补偿方法是根据扇形段油缸反馈的压力，通过该扇形段的压力-变形量曲线插值计算得到该扇形段当下变形量，将该变形量对位置传感器的显示值进行补偿，得到实际辊缝值。然而，随着开关阀在连铸扇形段控制的应用越来越普遍，导致无法在线获取扇形段油缸的压力值(一般开关阀控制的扇形段的油缸上没有独立的压力传感器)，因此，上述方法将失去作用。

为此，刘强等(刘强等,一种连铸扇形段在线变形补偿的方法,专利号：201710692617.8)公开了一种连铸坯扇形段在线变形补偿的方法，该方法通过计算扇形段所受到的铸坯鼓肚力、轻压下力(若该扇形段启用轻压下)和矫直反力(若该段为矫直段)，进而计算扇形段的每个液压缸所受到的合力，通过扇形段的压力-变形量关系式，得到该扇形段的变形量，用该变形量对扇形段位置传感器的显示值进行补偿得到连铸坯扇形段实际的辊缝值。

然而，在实际应用中发现，有些扇形段并不受鼓肚力、轻压下力和矫直反力，某些扇形段辊缝未进行任何补偿，辊缝出现了阶跃性跳变，反而恶化了铸坯质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连铸过程辊缝调节方法，在不增加成本的前提下，实现改善铸坯质量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种连铸过程辊缝调节方法，包括辊缝收缩算法及补偿方法，所述辊缝收缩算法包含基础辊缝收缩算法和轻压下辊缝收缩算法；所述补偿方法为通过在线实时计算连铸坯对扇形段的反力，进而得到连铸坯扇形段的变形量，用所述变形量对扇形段位置传感器的显示值进行补偿得到连铸坯扇形段实际的辊缝值。

可选的，所述辊缝收缩算法具体包含如下步骤：

S1：根据所生产钢种的化学成分确定基础辊缝收缩系数，然后根据每根辊子距离弯月面的距离计算每根辊子的基础辊缝收缩量；

S2：根据所生产钢种的化学成分确定轻压下辊缝收缩系数，根据铸坯的厚度计算轻压下量。

可选的，基础辊缝收缩系数为0.1mm/m～0.4mm/m。

可选的，轻压下辊缝收缩系数为1％～2.5％。

可选的，所述补偿方法具体包含如下步骤：

S1：计算连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力F_t；

S2：根据连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力，通过压力-变形量的插值计算，得到所述连铸坯扇形段的变形量

y＝a·F_t+b

其中，y为连铸坯扇形段的变形量；a，b为系数；

S3：根据连铸坯扇形段位置传感器的显示值和连铸坯扇形段的变形量，计算连铸坯扇形段实际辊缝值

g_r＝g_s+y

其中，g_r为连铸坯扇形段真实辊缝值；g_s为连铸坯扇形段位置传感器的显示值。

可选的，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力包括连铸坯扇形段所受到的连铸坯鼓肚力为：

其中，

为连铸坯扇形段所受到的连铸坯鼓肚力，F_t为连铸坯扇形段所受到的连铸坯对其的反作用力的合力；n为连铸坯扇形段内弧辊数，i为连铸坯扇形段第i对辊，1≤i≤n。

可选的，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力还包括连铸坯扇形段所受到的轻压下力为：

其中，

为连铸坯扇形段所受到的轻压下力。

可选的，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力还包括连铸坯矫直段所受到的矫直反力为：

其中，

为连铸坯矫直段所受到的矫直反力。

可选的，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力还包括连铸坯收缩偏差反力为：

其中，

为连铸坯矫直段所受到的收缩偏差反力。

本发明的有益效果在于：

本发明能在不增加成本的前提下，通过辊缝收缩算法计算出基础辊缝收缩量和轻压下辊缝收缩量，为后续计算收缩偏差反力提供基础，并通过在线实时计算铸坯对扇形段的反力，进而得到该扇形段的变形量，用该变形量对扇形段位置传感器的显示值进行补偿得到连铸坯扇形段实际的辊缝值，从而更精准地控制连铸坯扇形段的辊缝值，达到改善铸坯质量的目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为连铸坯扇形段的油缸和位置传感器示意图；

图2为连铸坯扇形段受力变形示意图；

图3连铸坯扇形段受力-变形量关系图。

附图标记：1-位置传感器1；2-油缸。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，本发明适用所有具有轻压下功能的连铸机，本发明实施例仅选取其中一种方法以说明本发明的计算过程：

步骤一：计算扇形段所受到的铸坯鼓肚力

其中，

为第i对辊所受的鼓肚力，单位N；

ρ为钢液密度，单位kg/m³；

g为重力加速度，单位m/s²；

h_i为第i对辊处相对于钢液面的高度值，单位m；

l_i为第i对辊的辊间距，单位m；

w为铸坯的宽度，单位m；

β_i为第i对辊铸坯坯壳厚度，单位m；

步骤二：计算扇形段所受到的轻压下力

其中，

为第i对辊的轻压下力，单位KN；

σ为变形抗力，一般取值在40×10⁶～100×10⁶N/m²

δ_i为第i对辊的轻压下量，单位m；

r_i为第i对辊的半径，单位m；

步骤三：计算矫直段所受到的矫直反力

其中，

为第i对辊所受的矫直反力，单位N；

K为常数，本实施例取28.3×10⁶；

D为板坯厚度，单位m；

m为常数项，本实施例取0.34；

R_i为第i对辊所对应的连铸机外弧线半径，单位m；

L_i为第i对辊与第i+1对辊的间距，单位m；

步骤四：计算扇形段所受到的偏差收缩反力

其中，

为第i对辊的偏差收缩反力，单位KN；

β_i为第i对辊铸坯坯壳厚度，完全凝固时则取铸坯的宽度，单位m；

σ为变形抗力，一般取值在40×10⁶～100×10⁶N/m²

ε_i为第i对辊的收缩偏差量，单位m；

r_i为第i对辊的半径，单位m；

步骤五：计算扇形段所受到的合力

其中，F_t为扇形段所受的铸坯对其的反作用力的合力，KN；

n为扇形段内弧辊数；

步骤五：根据扇形段的每个液压缸所受到的合力，通过压力-变形量的插值计算，得到该扇形段的变形量；

y＝a·F_t+b

其中，y为扇形段变形率，单位mm；a，b为系数

步骤六：根据位置传感器1的显示值和扇形段的变形量，计算实际辊缝值；

g_r＝g_s+y

其中：g_r为真实辊缝值，mm；g_s为位置传感器1显示值，mm。

本发明通过在线实时计算铸坯对扇形段的反力，进而得到扇形段的变形量，根据位置传感器1的显示值，得到实际辊缝值，通过补偿连铸坯扇形段的辊缝值，从而改善铸坯质量。

下面结合实际生产应用对本实施例进行介绍：

如图1所示，位置传感器1设置在油缸2上，连铸扇形坯的受力变形示意图如图2所示。某钢厂连铸机生产断面为230mm×1600mm的板坯，钢种为低碳钢，拉速为1.4m/min。本实施例在各个扇形段上的实施步骤是相同的，因此，此处仅选取7段矫直段和8号水平段，具体参数如表1-表4所示，进行详细说明，具体如下：

1)根据钢种的化学成分确定基础辊缝收缩系数为0.2mm/m，并据此计算基础辊缝收缩量；

2)根据所生产钢种的化学成分确定轻压下辊缝收缩系数，一般为1.2％，根据铸坯的厚度计算轻压下量为2.7mm。

3)计算扇形段所受到的铸坯鼓肚力；

其中，ρ＝7800kg/m³；g＝9.8m/s²；w＝1.6m

表1

4)计算扇形段所受到的轻压下力；

其中：σ＝70×10⁶N/m²；

表2

5)计算矫直段所受到的矫直反力；

其中，K＝28.3×10⁶N/m²；D＝0.23m；m＝0.34；w＝1.6m

表3

6)计算扇形段所受到的收缩偏差反力；

其中：σ＝70×10⁶N/m²；

表4

7)计算扇形段的每个液压缸所受到的合力，这里以两个扇形段为例，一个扇形段为矫直段，未完全凝固，所受合力如下：

一个扇形段为水平段，且已完全凝固，所受合力如下：

8)根据扇形段所受到的合力，通过压力-变形量的插值计算，得到矫直段的变形量；y＝-0.002×1089.690+1.1787＝1.0mm，水平段的变形量：y＝-0.002×799.526+1.1787＝0.42mm。

9)根据位置传感器1的显示值和扇形段的变形量，计算矫直段实际辊缝值；g_r＝233.1+1.0＝234.1mm，水平段实际辊缝值为g_r＝233.0+0.42＝233.42mm。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，包括辊缝收缩算法及补偿方法，所述辊缝收缩算法包含基础辊缝收缩算法和轻压下辊缝收缩算法；所述补偿方法为通过在线实时计算连铸坯对扇形段的反力，进而得到连铸坯扇形段的变形量，用所述变形量对扇形段位置传感器的显示值进行补偿得到连铸坯扇形段实际的辊缝值。

2.根据权利要求1所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，所述辊缝收缩算法具体包含如下步骤：

S1：根据所生产钢种的化学成分确定基础辊缝收缩系数，然后根据每根辊子距离弯月面的距离计算每根辊子的基础辊缝收缩量；

S2：根据所生产钢种的化学成分确定轻压下辊缝收缩系数，根据铸坯的厚度计算轻压下量。

3.根据权利要求2所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，基础辊缝收缩系数为0.1mm/m～0.4mm/m。

4.根据权利要求2所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，轻压下辊缝收缩系数为1％～2.5％。

5.根据权利要求1所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，所述补偿方法具体包含如下步骤：

S1：计算连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力F_t；

S2：根据连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力，通过压力-变形量的插值计算，得到所述连铸坯扇形段的变形量

y＝a·F_t+

其中，y为连铸坯扇形段的变形量；a，b为系数；

S3：根据连铸坯扇形段位置传感器的显示值和连铸坯扇形段的变形量，计算连铸坯扇形段实际辊缝值

g_r＝g_s+

其中，g_r为连铸坯扇形段真实辊缝值；g_s为连铸坯扇形段位置传感器的显示值。

6.根据权利要求5所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力包括连铸坯扇形段所受到的连铸坯鼓肚力为：

其中，

为连铸坯扇形段所受到的连铸坯鼓肚力，F_t为连铸坯扇形段所受到的连铸坯对其的反作用力的合力；n为连铸坯扇形段内弧辊数，i为连铸坯扇形段第i对辊，1≤i≤n。

7.根据权利要求5所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力还包括连铸坯扇形段所受到的轻压下力为：

其中，

为连铸坯扇形段所受到的轻压下力。

8.根据权利要求5所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力还包括连铸坯矫直段所受到的矫直反力为：

其中，

为连铸坯矫直段所受到的矫直反力。

9.根据权利要求5所述的连铸过程辊缝调节方法，其特征在于，所述连铸坯扇形段的每个液压缸所受到的合力还包括连铸坯收缩偏差反力为：

其中，

为连铸坯矫直段所受到的收缩偏差反力。

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