CN1265345A - 连铸金属带材的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通过转动平行的铸辊,通过分配器和输送嘴向铸辊提供熔化的金属来进行带材的连铸。X射线扫描仪持续地检测带材的厚度,产生一个信号,该信号是沿带材长度方向带材厚度的连续变化值,由于铸辊的偏心产生所述带材厚度的变化。这个信号控制铸辊驱动装置的操作,对铸辊施加一个速度变化曲线,所以,减少了厚度变化的振幅。

Description

连铸金属带材的方法和设备

本发明涉及金属带材连铸的方法和设备，更具体地说，本发明涉及但不局限于铁基金属带材的连铸的方法和设备。

众所周知，用双辊连铸机通过连铸获得金属带材。熔化的金属被送至一对反向转动的水平铸辊之间，所述铸辊被冷却，所以，在运动的铸辊表面，金属凝固成壳，并被送至铸辊之间的铸辊间隙，产生一个凝固的带材产品，并通过铸辊之间的铸辊间隙，将所述带材产品向下输送。文中所用的术语“铸辊间隙”是指铸辊之间距离最小的区域。熔化的金属可以从浇包倒入一个小容器或多个小容器，从所述小容器，熔化的金属流过铸辊间隙上方的金属输送嘴，进入铸辊之间的铸辊间隙，所以，形成了熔化金属铸池，所述铸池被铸辊间隙上方的铸辊表面所支撑。利用端部封闭侧板或隔墙限制所述铸池，上述侧板或隔墙与铸辊端部滑动接触。

在一个双辊连铸机中，铸辊的偏心导致沿带材长度方向出现带材厚度变化。由于机加工和装配工序的问题或变形，可以引起所述的铸辊偏心，当铸辊变热时，由于不均匀的热量分布，导致铸辊产生上述的变形。更具体地说，铸辊每转动一周，根据铸辊的偏心状态，都将产生一个厚度变化曲线，随着铸辊的转动，所述厚度变化曲线重复出现。通常，所述重复出现的曲线是正弦波形式，但是，在正弦波范围内可有二次或小的波动。对于本发明来讲，通过在铸辊转动速度上施加一个速度变化曲线，这些重复出现的厚度变化可以被减轻。由于即使是小速度的变化，都可以改变铸池内的凝固的金属外壳与铸辊的接触时间，因此，改变被送至铸辊间隙处的外壳的厚度，所以，用此方式进行调整是可行的。对于铸辊间隙增大，使带材产生变厚的倾向，通过对铸辊瞬时加速而进行调整是可行的，通过所述加速，减少了凝固成壳的时间，因而，产生了使带材厚度减薄的调整趋势。更进一步地说，改变凝固时间，将导致铸辊温度分布的改变，因而，导致铸辊形状的变化，与适当的初始铸辊偏心相匹配，而改变凝固时间，可以补偿铸辊偏心所带来的影响。

本发明提供一种连铸金属带材的方法，它包括：将熔化的金属注入一对受冷却的铸辊之间，形成熔化的金属铸池，在铸辊之间形成铸辊间隙，所述铸池被铸辊支撑，在铸辊间隙的端部，所述铸池被端部限制封闭件所限制，转动铸辊，凝固的金属带材从铸辊间隙向下移动，输送所述带材离开铸辊间隙，随着带材离开铸辊间隙，检测带材，用于确定沿带材长度方向，由于铸辊偏心所引起的带材厚度的变化曲线，根据所述的厚度变化曲线，对转动的铸辊施加一个速度变化曲线，所以减少了厚度变化的幅度。

所述厚度变化曲线可以是有规律重复的曲线。

最好，用一个检测设备对带材进行检测，产生一个信号，表明重复的厚度变化的曲线的频率和振幅，根据这些信号，改变铸辊的速度。

铸辊每转动一周，所施加的速度变化曲线包括一个单独变化，或者，速度多次发生变化。

最好，用电动机驱动铸辊，通过将所述信号直接送至电动机，而施加所述速度变化曲线。

在相对于铸辊转动的初始相位时，施加所述速度变化曲线，相位因此被改变，减少了厚度变化的振幅。

本发明所述方法也包括改变铸辊在连铸期间转动的平均速度，以维持恒定平均数量的带材厚度的工序。

本发明进一步提供连铸金属带材的设备，它包括：

一对平行的铸辊，铸辊之间形成铸辊间隙；

用以将熔化的金属送至铸辊间隙，以形成熔化的金属铸池的金属输送系统，所述铸池在铸辊间隙上方；

一对铸池限制端部封闭件，在每对铸辊的每侧端部安置一个铸池限制端部封闭件；

铸辊驱动装置，使两个铸辊沿相反方向转动，用以驱动带材向下通过铸辊间隙；

带材输送装置，用以将带材从铸辊间隙运走；

带材检测装置，随着带材离开铸辊间隙，检测带材，用于确定沿带材长度方向，由于铸辊表面偏心所引起的带材厚度的变化曲线；

控制装置，根据所述的厚度变化曲线，对铸辊的转动施加一个速度变化曲线，因此，减少厚度变化的幅度。

最好，操作检测装置，能够产生一个表示厚度变化的频率和振幅的信号，相应上述信号，控制装置有效地控制铸辊驱动装置的操作。

最好，铸辊驱动装置包括电动机，控制装置有效地将信号送至电动机。

为了更好地理解本发明，下文将接合附图对本发明进行详尽的描述。

图1显示了一个符合本发明的连铸机；

图2是一个垂直横截面视图，显示了连铸机的基本部件；

图3显示了参考信号和实际所测量到的带材厚度的曲线，所述曲线是图1所示的连铸机在连铸期间产生的。

图示连铸机包括一个主机体框架，通常用符号11来表示，它竖立在工厂的地面上。主机体框架11支撑一个铸辊箱13，铸辊箱13可以在装配位置和连铸位置之间水平地移动。铸辊箱13装配有一对水平铸辊16，所述铸辊形成铸辊间隙16A，在所述铸辊间隙处，形成熔化金属的铸池，所述铸池被两个侧板或隔墙56所限制，上述侧板或隔墙与铸辊的端部滑动接触。

在连铸操作时，从浇包17，通过一个中间包18，输送分配器19a和嘴19b，熔化的金属进入铸池。

在装配上述铸辊箱13之前，在一个适当的预热炉(图中未示)中，中间包18，分配器19a，嘴19b和侧板56都被预热到1000℃以上。专利号为5,184,668的美国专利详尽地介绍了上述部件的预热方式和将它们与铸辊箱装配的方式。

在电动机53上的传动轴51的驱动下，两个铸辊16相互反向旋转。铸辊16具有铜外壳，所述外壳上具有多个轴向延伸、周向分布的冷却水通道，通过铸辊端部，将来自驱动轴51上的供水管中的冷却水送往冷却水通道，通过旋转压盖54，驱动轴51上的供水管与软管52相连。铸辊的直径通常为500mm，长度可达2000mm，用来生产与铸辊宽度几乎相同的带材产品。

铸池限制板56被安置在铸辊16的阶梯端部57，用强的耐火材料例如氮化硼制造铸池限制板56。所述板56具有与铸辊阶梯端部相匹配的扇形边缘。所述板56可以被安置在板夹持器58上，通过操纵一对液压缸59，移动所述板夹持器，使板56与铸辊阶梯端部接触，在连铸期间，对熔化金属的铸池的端部进行限制。

在连铸期间，在转动的铸辊表面，铸池中的金属凝固为薄壳，薄壳被送至铸辊之间的铸辊间隙，在铸辊的出口，产生凝固的金属带材产品20。通过导向台21，将带材产品20送至销辊支架41，销辊支架41将带材产品送往卷材机。

在进入导向台21之前，带材产品20悬挂在连铸机下方的环道42内。导向台21包括多个带材支承辊43，在带材进入销辊支架41之前，支承带材产品20。支承辊43排成一排，从销辊支架41向回延伸至连铸机，在远离销辊支架的端部，向下弯曲，所以能够平稳地接收和输送来自环道42的带材。在主机体框架上，邻近连铸位置，安置一个容器23，在连铸期间，如果发生严重故障，通过分配器19a上的溢流出口25，熔化的金属可以流入所述容器23。

中间包18具有一个盖板32，中间包18的底部24具有一个台阶，因此，如图1所示，在中间包的左侧形成一个凹槽或井26。通过出口嘴37和滑动闸阀38，熔化金属从浇包17进入中间包18右侧。在井26的底部，中间包的地板上有一个出口40，通过出口嘴62，出口40允许熔化金属从中间包18进入分配器19a和嘴19b。中间包18具有一个挡杆46和滑动闸阀47，用以选择性地打开和关闭出口40，有效地控制金属流出出口。

在操作中，在铸辊间隙上方，来自输送嘴19a的熔化金属形成铸池81。在铸辊的端部，所述铸池被侧板82所限制，通过操纵一对液压缸，所述侧板被安置在铸辊阶梯端部上。铸池81的上表面，通常被称作“弯月面”，在输送嘴19a的下端升起，因此，输送嘴19a的下端浸入铸池，输送嘴19a的出口通道延伸至铸池的表面或弯月面的下方。

根据本发明，在导向台21上的带材20在X射线扫描仪44下通过，扫描仪44沿带材的中心线连续检测带材20的厚度，并产生一个信号，该信号是沿带材中心线所测量到的带材厚度。由于铸辊表面不可避免的偏心，铸辊每转一周，铸辊间隙的宽度将发生变化，因此，沿带材长度方向产生重复的厚度变化。所述厚度变化通常是一个正弦波，没有进行相当宽振幅的调整。对于本发明，通过对铸辊的转动速度施加一个速度变化曲线，能够对铸辊间隙宽度的变化进行调整。由于即使是小速度的变化也能改变铸池内凝固金属薄壳与铸辊的接触时间，因而，改变所述被送至铸辊间隙的薄壳的厚度，因此，所述的调整是可行的。对于铸辊间隙宽度的增大，使带材产生变厚的倾向，通过对铸辊瞬时加速而进行调整是可行的，通过所述加速，减少了凝固成壳的时间，因而，产生了使带材厚度减薄的调整趋势。

此外，改变凝固时间将导致传播至铸辊的热量发生变化，改变了铸辊上的温度分布。铸辊局部区域的温度增加，导致该区域膨胀，因此，导致铸辊以中凸的方式弯曲。通过诱使铸辊在初始弯曲位置相反处产生明显的弯曲，可以进行相当的调整，导致具有统一的铸辊间隙。

将X射线扫描仪44所产生的信号送给控制器45，控制器产生一个控制信号，将所述控制信号直接送至驱动铸辊的电动机53。从直接的带材厚度的测量信号或间接的铸辊位置测量信号，派生出控制信号，所述控制信号用于确定速度变化曲线的相位和振幅。通常至少一个铸辊被安置在支架上，所述支架可以使该铸辊逆着偏压力横向移动，所述偏压力可以是弹簧力或流体压力，通过检测这些支架的运动或铸辊之间力的变化，可以获得所述控制信号。一个根据铸辊的移动进行操作的速度控制器容易出错误信号，通过系统将所述信号送回。在另一方面，离开铸辊间隙并悬挂在环道上的带材具有吸收速度变化的作用，因此，当带材通过X射线扫描仪下时，具有基本上不变的速度，通过持续的检测，可以产生控制信号，因而，在带材整个长度方向，建立了厚度变化曲线。通常，沿带材长度方向，所述曲线是有规律的重复曲线。

在速度变化和由此导致的带材厚度变化之间，能够对任何带材厚度和连铸速度建立一个系数。因此，从扫描仪44所派生的信号提供了一个速度变化循环的振幅和频率的数值，所述数值用以对所测量的厚度变化进行调整，用所测量的厚度变化振幅除以适当的系数，可以获得所施加的速度变化的振幅，所述适当的系数适用于具体的连铸速度和带材厚度。

为了获得适当的厚度控制，必须用与铸辊转动相适应的相位，施加速度变化信号，也就是说，铸辊每转一周，速度变化曲线必须与由偏心导致的铸辊运动曲线相匹配。合适的相位匹配这样得到，以初始相位关系在基准信号上施加信号，铸辊每转动一周，产生一个脉冲信号，改变相位关系，使厚度变化的振幅减少。通过绘制一个振幅误差信号，可以获得上述结果。

在实践中发现，当正确的相位匹配被获得时，厚度变化的振幅被显著地缩小，所以通过直观的绘制，控制信号的调整可以很快地进行。这在图2中被显示，图2绘制出本发明所述带材连铸机操作的实际结果。线48表示，在没有进行调整，或以不同的相位关系施加控制信号时，沿带材中心线X射线扫描仪所测量的带材厚度变化曲线，在此具体情况下，在区域49获得对厚度变化的最大的遏制，在此，控制信号与基准信号的相位差为180°。可以看到，在此区域，与没有进行速度调整的区域相比，厚度变化的振幅被显著地减少了。

为了对复杂厚度变化提供更准确的调整，在本发明的系统中，铸辊每转一周，施加一个以上的速度变化循环，能够实现所述准确的调整。通过分析X射线扫描仪所获得的信号，二次循环可以获得。在另一方面，由于通过相位锁定初始信号，X射线信号和铸辊支架之间的相互关系被建立，根据从铸辊支架所派生的位置和力的变化信号，所述二次循环可以获得。

在本发明所述系统中，在整个连铸期间，能够控制铸辊转动速度，对长时间的带材厚度变化或漂移进行调整。例如由于在所送进的金属热或熔化的化学反应中，温度下降，导致所述的长时间的变化。通过使用一个不同的过滤器，给予一个平均厚度信号，从X射线扫描仪产生的连续变化的信号中，可以派生一个单独的控制信号，所述平均厚度信号被用来判断铸辊的平均速度，所述单独控制信号可以被直接送回铸辊驱动电动机，用以在整个连铸期间，维持带材正确的平均厚度。

Claims (12)

1.一种连铸带材方法，包括：将熔化的金属注入一对受冷却的铸辊(16)之间，形成熔化金属的铸池，在铸辊之间形成铸辊间隙(16A)，所述铸池被铸辊(16)支撑，在铸辊间隙端部，被铸池限制端部封闭件(56)所限定，转动铸辊(16)，连铸凝固的金属带材(20)，将带材(20)从铸辊间隙(16A)向下输送，使带材(20)离开铸辊间隙，其特征在于，随着带材(20)离开铸辊间隙(16A)，检测带材(20)，确定沿带材长度方向带材厚度的变化曲线，由于铸辊表面的偏心引起上述带材厚度的变化，对铸辊的转动施加一个由厚度变化曲线所决定的速度变化曲线，所以减少了厚度变化的振幅。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厚度变化曲线是有规律重复的曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：用检测装置(44)检测带材，产生一个表示重复的厚度变化曲线的频率和振幅的信号，根据上述信号铸辊(16)的速度被改变。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：铸辊(16)每转一周，所施加的速度变化曲线包括一次变化。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：铸辊(16)每转一周，所施加的速度变化曲线包括一次以上的变化。

6.根据权利要求1～5之一所述的方法，其特征在于：用电动机(53)驱动铸辊(16)，通过将所述信号直接送至电动机(53)，施加所述速度变化的曲线。

7.根据权利要求1～6之一所述的方法，其特征在于：在相对于铸辊(16)转动的初始相位时，施加所述速度变化曲线，相位因此被改变，从而减少厚度变化的振幅。

8.根据权利要求1～7之一所述的方法，其特征在于：改变铸辊(16)在连铸期间转动的平均速度，以维持恒定平均数量的带材(20)厚度。

9.一种带材连铸设备，它包括：

一对平行的铸辊(16)，铸辊(16)之间形成铸辊间隙(16A)；

用以将熔化的金属送至铸辊间隙(16A)，以形成熔化的金属铸池(81)的金属输送系统(19a，19b)，所述铸池被支撑在铸辊间隙(16A)上方；

一对铸池限制端部封闭件(56)，在该对铸辊(16)的每个端部安置一个铸池限制端部封闭件(56)；

铸辊驱动装置(53)，使两个铸辊沿相反方向转动，用以驱动带材(20)向下通过铸辊间隙；

带材输送装置(21，41)，用以将带材从铸辊间隙运走；

其特征在于：它包括带材检测装置(44)，随着带材离开铸辊间隙(16A)，检测带材，用于确定沿带材长度方向由于铸辊表面偏心所引起的带材厚度的变化曲线；

控制装置(45)，根据所述的厚度变化曲线，对铸辊的转动，施加一个速度变化曲线，因此减少厚度变化的幅度。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：操作检测装置(44)，能够产生一个表示厚度变化的频率和振幅的信号，相应上述信号，控制装置(45)有效地控制铸辊驱动装置(53)的操作。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于：铸辊驱动装置包括电动机，控制装置(45)有效地将信号送至电动机。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于：操纵控制装置(45)，相对于铸辊(16)的转动，改变所施加的速度变化曲线的相位。

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