CN1205259A

CN1205259A - 金属带浇铸

Info

Publication number: CN1205259A
Application number: CN98108010A
Authority: CN
Inventors: 沃尔特·布莱德; 克里斯琴·巴洛
Original assignee: BHP STEEL (RP) PTY Ltd; IHI Corp
Current assignee: Castlip Co.
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: BR9801204A; ZA982471B; KR19980080745A; ES2165660T3; ID20101A; DK0867244T3; JPH10263758A; AU735316B2; EP0867244A1; AUPO591697A0; PT867244E; US5988258A; AU5954998A; MY119632A; KR100548170B1; TW396073B; ATE206645T1; CN1074327C; NZ329967A; CA2231078C

Abstract

一种浇铸金属带的方法,通过将熔融金属注入到依托于一对水平浇铸辊之上的浇注熔池中,并从浇铸辊之间向下移动,从而形成凝固金属带。注入浇注熔池的金属液流由液流输入控制阀控制。在起始浇注时,当向熔池注入时,根据实际的和预定的熔池液面间的偏差改变浇铸辊速度,直到熔池接近预定的操作液面。之后,根据瞬时浇铸辊速度和预定的操作浇铸辊速度之间的偏差来调节控制阀,以使熔池液面和浇铸辊速度达到预定的操作值。

Description

金属带浇铸

本发明涉及金属带的浇铸，尤其(但不是唯一的)涉及黑色金属带的浇铸。

用双辊式连铸机通过连铸方法浇铸金属带是众所周知的。在此方法中，将熔融金属注入一对反向旋转且受到冷却的水平浇铸辊中，从而，熔融金属在旋转的浇铸辊表面上形成凝固壳，凝固壳汇集在两浇铸辊之间的辊缝中，并向下移动离起始浇注铸辊之间的辊缝形成凝固带坯。这里的术语“辊缝”通常是指浇铸辊最接近的区域。将熔融金属从浇注包注入到较小的中间包中或一系列较小的中间包中，再从这里通过位于辊缝上方的金属浇注水口直接流入浇铸辊之间的辊缝中，从而就在紧邻辊缝的上方形成了一个依托在浇铸辊表面上的熔融金属浇注熔池，该浇注熔池被限定在与浇铸辊的两端以滑动方式连接的二个端部封闭的侧板或侧堰板之间。

尽管双辊式浇铸法已成功地应用于浇铸冷却时能够快速凝固的有色金属，但应用这一技术去浇铸具有高凝固温度且会因为在浇铸辊激冷浇铸表面上的不均匀凝固而导致产生缺陷的黑色金属还有一定的问题。当浇铸黑色金属带时，在整个浇铸辊的长度上保持所要求的金属液流分布是特别重要的，由于在所要求的金属液流分布中的局部液流的不稳定性可能会导致产生缺陷。因此，通过准确地控制浇注熔池液面和浇注速度来形成稳定的浇注条件是重要的。已建议要连续监测浇注熔池液面和根据实际熔池液面测量值通过操纵液流控制阀来控制流向浇注水口的液流，以保持最佳熔池液面。这种方法已在澳大利亚专利642049中予以了说明，该专利详细说明了合适的金属液流控制阀的结构和操作。

根据熔池液面测量值对浇注水口的金属液流进行控制能够在稳定的浇注条件下准确地控制熔池液面。然而，这种控制形式在一开始形成浇注熔池和注入到操作液面时还不能解决形成均匀冷却和凝固的问题。为了在形成稳定的浇注状况使得浇注在最佳状况下进行之前就开始连铸，必须快速达到均匀的冷却和凝固。为了达到这些要求，必须快速填充浇注熔池，但这种快速填充要以受控的方式进行，速度不能超过受控的填充速率，以便使得在开始的状况下金属凝固并形成连贯的带。

一种可能的起始浇注技术就是要在起始浇注期间内用预定设计的液流控制程序操纵液流控制阀，以使熔池液面按预计升高。具体说，控制阀可从敞开状态向节流状态步进转变，从而随着液面接近于所要求的操作液面，使熔池液面的升高速度变慢。然而，在起始浇注期间浇铸辊和浇注熔池的状态迅速发生变化。这些状况的波动不可能被准确地预计，因此，熔池液面的升高将肯定与所预定的和理想的起始浇注模型不同。因为改变对控制阀的设定和对浇注熔池的影响之间的时间滞后不可能通过根据实际熔池液面测量值调节控制阀来控制这种偏差。本发明是通过两段式起始浇注工艺来解决这一问题。在第一阶段，即初始起始浇注阶段，在(用液流)填充熔池期间熔池液面的升高是通过根据瞬时熔池液面测量值改变浇铸辊旋转速度来控制的。改变浇铸辊速度可以使熔池液面迅速发生变化，并且还发现可以通过预定的程序将控制浇铸辊速度与操纵控制阀相结合来准确控制熔池液面的升高，从而符合所要求的模型。最初的起始浇注阶段允许浇铸辊速度偏离所希望的稳定浇注状况下的最佳速度。在第二阶段，即过渡阶段，浇铸辊速度与理想的最佳速度的任何偏离都可用来引起控制阀的调节，以能够使浇铸辊速度达到所希望的速度范围以内。一旦达到了所希望的液面和最佳速度范围，则本发明提供了一种稳定控制状况，在这种情况下，熔池液面的变化都直接通过控制阀来调节，并相应于瞬时熔池液面水平控制速度。

本发明提供一种浇铸金属带的方法，它包括：通过带有金属液流注入控制阀的金属浇注系统将熔融金属注入一对形成辊缝的激冷浇铸辊之间，从而形成依托于浇铸辊之上的熔融金属浇注熔池，该浇注熔池由辊缝两端的端部隔板限定；旋转浇铸辊，从而浇铸成从辊缝向下移动的凝固金属带坯；在金属浇注的开始，当填充浇注熔池以便达到所希望的操作液面水平时，浇铸辊的速度随着实际瞬时熔池液面测量值和预期的瞬时液面值之间偏差的变化而变化，从而控制熔池液面的升高，直到熔池液面到达所预定的操作液面；之后，根据瞬时浇铸辊速度测量值和预定的浇铸辊速度值之间的偏差变化来调节液流输入控制阀，以控制注入浇注熔池的熔融金属，使瞬时熔池液面和瞬时浇铸辊速度测量值相对于所预定的熔池液面和浇铸辊速度处于预定的误差范围内。

最好液流控制阀是随着瞬时熔池液面测量值而被调节，并且浇铸辊速度随着这些测量值而同步变化，以使熔池液面和浇铸辊速度保持在所述预定范围内，从而保持基本稳定的浇注状况。

本发明还提供用于浇铸金属带的设备，该设备包括：一对平行的浇铸辊，平行浇铸辊之间形成辊缝；一个金属浇注系统，用于将熔融金属注入到辊缝中，形成依托于辊缝之上的熔融金属浇注熔池，该浇注系统包括一个可调节的液流控制阀，以控制流入浇注熔池的金属液流；一对限定熔池的端部隔板，每一个放置在浇铸辊的一端；浇铸辊驱动装置，用于旋转浇铸辊使其相互反向旋转，以使浇铸金属带向下移动离开辊缝；一个熔池液面传感器，用于监测浇注熔池液面，并产生熔池液面测量信号；一个浇铸辊速度传感器，用于监测浇铸辊速度，并产生浇铸辊速度测量信号；一台过程控制机，用于接收熔池液面和浇铸辊速度测量信号，并根据这些信号控制液流控制阀和浇铸辊驱动装置。

在金属浇注的开始，当注入浇注熔池以便达到所预定的操作液面水平时，运行过程控制机，以根据实际瞬时熔池液面测量值和所预定的瞬时熔池液面值之间的偏差来改变浇铸辊速度，从而控制熔池液面的升高，直到熔池液面达到操作液面。

之后，最好运行过程控制机来准确计算瞬时浇铸辊速度和最佳浇铸辊速度之间的偏差，从而根据这些计算值调节液流控制阀和浇铸辊速度驱动装置，以使熔池液面和浇铸辊速度测量值相对于预定的熔池操作液面值和浇铸辊速度值处于预定的误差范围内。

为了更充分地理解本发明，下面将参照附图对一具体实施例予以详细地说明，其中：

图1是表示适用于本发明操作的带坯连铸机；

图2是图示在二段式起始浇注操作期间用于控制连铸机操作的过程控制机原理图；

图3是表示在起始浇注操作之后的稳定状况期间用于控制连铸机操作的控制机控制原理图；以及

图4、图5、图6和图7在AA、BB和CC线处连在一起，联合起来表示根据本发明而在带坯连铸机上进行实际浇注操作时，在起始浇注操作及随后的稳定操作状态期间熔池液面、浇铸辊速度和控制阀位置的参考值和实际测量值的曲线图。

所示的连铸机包括有一个从车间地面12竖起的主机框架，用标号11总体表示。框架11支托可在装配工位和浇注工位之间水平移动的浇铸台车13，浇铸台车13安装有一对水平浇铸辊16，浇铸辊16形成辊缝，并构成金属浇注熔池，且该浇注熔池保持在与浇铸辊端部以滑动方式连接的两个侧板或堰板(没有示出)之间。

在浇注操作中，熔融金属由大包17通过中间包18、浇注分配器19a和水口19b注入到浇注熔池中。在装配上述的台车13之前，中间包18、分配器19a、水口19b和侧板都要用适当的预热炉(没有示出)进行1000℃以上的预先加热。对这些部件进行预热，然后移动到台车13上组装在一起的方法已在美国专利5184668中予以完全公开。

浇铸辊16是水冷的，以使浇注熔池中的熔融金属在旋转的浇铸辊表面上形成凝固壳，并且汇集在浇铸辊之间的辊缝处，从而在辊缝出口处形成凝固带坯20。该带坯被送到输出台21上，并最终到达标准卷取机。容器23被安装在靠近浇注工位的主机框架上，从而，假如在浇注操作期间发生严重故障，则可以通过分配器19a上的溢流口25将熔融金属排入到该容器23中。

如图1所示，中间包18安装有包盖32，且其包底有一阶梯24，从而在中间包底部左边形成了一个凹槽或池子26。通过水口37和滑动阀38将熔融金属从大包17注入中间包的右侧。在池子26的底部，即在中间包包底有一个出口40，以使熔融金属从中间包通过出水口42流入到浇注分配器19a和水口19b中。中间包18安装有一个塞棒46和滑动阀47以选择性打开和关闭出口40，并有效地控制通过出口40的金属液流。

在图示的设备操作中，从浇注水口19b注入的熔融金属在浇铸辊之间的辊缝上方形成了熔池81，该熔池81由浇铸辊两端的侧隔板限定，其中侧隔板通过一对液压缸装置而保持在浇铸辊的阶梯式端部。通常叫做“弯月面”的熔池81的上表面高于浇注水口下端。因此，浇注水口下端被浸入到浇注熔池中，且水口的出口通道延伸到熔池表面或弯月面以下。在浇注水口的下部金属液流也产生一个压头或熔融金属熔池，其高度超过弯月面82以上。阀47能够准确地调节来自中间包的液流，从完全关闭到完全打开，同样能对浇铸辊之间的辊缝中的金属液流进行准确的控制。

如图2和图3所示，阀47的致动液压缸91是通过伺服控制器而连接到安装有控制电路的自动过程控制机100上。图2表示在起始浇注期间当浇注熔池正在朝最佳操作液面进行(金属液流)注入时的行之有效的控制原理图，图3表示对于建立稳定的浇注状况行之有效的控制原理图。

参照图2，在最初的起始浇注阶段，过程控制机100接收来自熔池液面传感器系统93和浇铸辊速度传感器系统94的信号。熔池液面传感器系统93包括有一连续监测熔池81液面的视频摄像机95，浇铸辊速度传感器系统94包括有安装在浇铸辊或浇铸辊驱动装置上的任何适宜的速度传感器。

过程控制机100通过速度控制装置96而与浇铸辊驱动系统相连接，以在整个浇注操作中准确无误地控制浇铸辊的速度。过程控制机100包括有一个与阀47的致动液压缸91相连接的起始浇注控制器97。过程控制机100还包括一个触发式转换装置98和一个数据输入装置99。起始浇注控制器97只是在接受转换装置98的指令时才开始运行。

为了进行起始浇注，一个预定的熔池注入参考方案被输入到过程控制机100的数据输入装置99。这使得转换装置98启动计算阀47动作程序的起始浇注控制器97，从而将金属注入到浇铸辊16之间。于是对熔池的注入就开始了。用熔池液面传感器93对实际熔池液面进行连续监测，把实际瞬时熔池液面的升高与所预定的熔池注入参考方案进行比较。瞬时熔池液面测量值和熔池注入参考方案之间的差值被用于产生控制信号，以操纵速度控制器96，从而改变浇铸辊16的速度，来使熔池液面符合所预定的熔池注入参考方案。

图4到图7绘制了在本发明带坯连铸机运行期间对应于起始浇注阶段、过渡阶段和随后的稳定浇注阶段所得到的实际结果。起始浇注阶段和过渡阶段被记录在图4和图5中。在图中，预定的熔池注入参考方案由线110表示，阀47的预定移动参考方案由线111表示，线112表示实际的熔池液面测量值，线113表示在起始浇注阶段和过渡阶段阀47的实际位置，线114是实际浇铸辊速度的曲线。

可以看出，通过根据熔池液面与参考液面110的偏差来控制浇铸辊速度，熔池液面的上升被控制得接近于符合所预定的参考方案。

当熔池液面达到预定的值时，过渡阶段就开始了，而过程控制机100中的转换装置98根据计算的实际浇铸辊速度和预定的稳定状况的理想浇铸辊速度之间的偏差调节起始浇注控制器97来操纵阀47。为了达到根据预定的金属带厚度所预先确定的接触时间而选择上述理想浇铸辊速度，并按要求调节浇铸辊速度，打开或关闭阀47，直到相对于所预定的操作值浇铸辊速度和熔池液面都达到预定的误差范围以内。从图5至图6所示的数值的变化可以看到这一操作阶段。

这时过程控制机100转到稳定控制阶段，其操作方法如图3所示。

参照图3，过程控制机100包括与阀47相连接并控制阀47的稳定状态熔池控制器101。过程控制机100还包括一个数据输入装置103，该数据输入装置103接收理想的浇注参数，如带坯厚度、熔池高度等，并计算为达到该理想的浇注参数所要求的接触时间和浇铸辊速度。稳定状态熔池控制器101根据熔池液面与参考值的偏差直接操纵阀47，并控制浇铸辊速度以达到所希望的接触时间。在这个操作中，稳定状态熔池控制器101和速度控制装置96都根据来自液面传感器93的熔池液面测量值而运行，以保持熔池液面和浇铸辊速度相对于用图6、图7中所示的曲线方法通过装置103输入的初始设定的预定熔池液面和金属带坯厚度所确定的最佳值都处于预定的误差范围以内。

在熔池液面和浇铸辊速度传感器系统中还包括有适当的过滤器，以过滤掉在浇注操作中可能产生的瞬时波动变化。该过滤器在20微秒量的连续时间区域内进行区段测量，并对几个连续的区段瞬时值求得平均值。

Claims

1．一种浇铸金属带的方法，包括：通过带有金属液流注入控制阀(47)的金属浇注系统(18、19a、19b)将熔融金属注入一对形成辊缝的激冷浇铸辊(16)之间，从而形成依托于浇铸辊(16)之上的浇注熔池(81)，且该金属浇注熔池(81)通过辊缝两端的端部隔板而限定；旋转浇铸辊，从而浇铸成从辊缝向下移动的凝固带坯(20)；该方法的特征在于：在金属浇注的开始，当浇注熔池(81)被填充以接近所希望的操作液面时，浇铸辊(16)的速度随着实际瞬时熔池液面测量值和预计的瞬时熔池液面值之间的偏差而变化，从而控制熔池液面(81)的升高，直到熔池液面达到所希望的操作液面；之后，根据瞬时浇铸辊速度测量值和所希望的浇铸辊速度之间的偏差来调节液流输入控制阀(47)，以控制流入浇注熔池(81)的液流，使瞬时熔池液面和瞬时浇铸辊速度测量值相对于所希望的熔池操作液面和浇铸辊速度值都处于所预定的误差范围之内。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：在金属浇注的开始，当浇注熔池被注入以接近所希望的操作液面时，用相应于理想的浇注熔池注入方案的预定控制程序操纵液流输入控制阀。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述希望的瞬时熔池液面值是由所述理想的熔池注入方案确定的。

4．如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述理想的熔池注入方案是熔池液面逐步升高到所希望的熔池操作液面。

5．如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：在初始的熔池注入阶段之后，根据瞬时熔池液面测量值调节液流控制阀(47)，并根据这些测量值同步改变浇铸辊速度，以保持熔池液面和浇铸辊速度处于所述预定的范围内，并保持基本稳定的浇注状态。

6．用于浇铸金属带的设备，包括：一对平行的浇铸辊(16)，其间形成辊缝；一个金属浇注系统(18、19a、19b)，用于将熔融金属注入到辊缝中，形成依托于辊缝之上的熔融金属浇注熔池(81)，该浇注系统包括一个可调节的液流控制阀(47)，以控制流入浇注熔池的金属液流；一对限定熔池的端部隔板，每个被放置在浇铸辊的一端；浇铸辊驱动装置，用于旋转浇铸辊使其相互反向运动，以使浇铸金属带向下移动离开辊缝；一熔池液面传感器(93)，用于监测浇注熔池(81)液面，并产生熔池液面测量信号；以及一浇铸辊速度传感器(94)，用于监测浇铸辊(16)的速度，并产生浇铸辊速度测量信号；其特征在于：过程控制机(100)接收所述熔池液面和浇铸辊速度测量信号，并根据这些信号控制液流控制阀(47)和浇铸辊驱动装置；在金属浇注的开始，当浇注熔池被注入以达到所希望的操作液面时，运行所述过程控制机，以根据实际瞬时熔池液面测量值和预定的瞬时熔池液面值之间的偏差来改变浇铸辊(16)的速度，从而控制熔池液面的升高，直到熔池液面达到操作液面。

7．如权利要求6所述的设备，其特征在于：所述过程控制机(100)用对应于所希望的浇注熔池注入程序的预定的控制程序来可预调地操作液流控制阀(47)。

8．如权利要求7所述的设备，其特征在于：所述希望的瞬时熔池液面值是由所述理想的熔池注入方案确定的。

9．如权利要求7或8所述的设备，其特征在于：所述理想的熔池注入方案是逐步将熔池液面升高到所希望的熔池操作液面。

10．如权利要求6到9中任意一项所述的设备，其特征在于：在熔池液面接近或达到操作液面之后，运行所述过程控制机，来计算瞬时浇铸辊速度测量值和最佳浇铸辊速度值之间的偏差，并根据这些计算值调节液流控制阀(47)和浇铸辊速度装置，以使熔池液面和浇铸辊速度测量值相对于所希望的熔池操作液面和浇铸辊速值处于预定的误差范围以内。