CN1329146C - 薄带连铸粘辊在线预报方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄带连铸粘辊在线预报方法，该方法包含下列步骤：浇铸开始后，由压力传感器获取结晶辊的压力值并存储于轧制力寄存器中，采集结晶辊转动电机电流值并将其存储于电流寄存器中；从轧制力寄存器中读取每一时刻的轧制力值，计算轧制力的变化量，并通过轧制力/速度控制器控制轧制力稳定；如果在单位时间内，即使经过了轧制力/速度控制器的控制，轧制力仍然持续增加，则在电流比较器中比较电流是否持续增加，如果持续增加，而且电流超过一定的门槛值，则由粘辊判别装置发出粘辊报警。本发明方法预报精度高，便于操作和观察，减少了粘辊事故的发生，保护了设备的安全，且不需要增加特殊的设备，易于在生产中推广使用。

Description

薄带连铸粘辊在线预报方法
技术领域
本发明属于冶金行业连铸相关技术领域，涉及一种薄带连铸粘辊在线预报方法。
背景技术
薄带连铸主要形式之一是钢水经过高速旋转的结晶辊，并在轧制力的作用下凝固成2-5mm铸带。目前薄带连铸生产的基本工艺过程是：薄带连铸机(双辊、单辊、轮带式)-密闭室-活套-夹送辊-热轧(单机架或两机架或无)-控冷-卷取。钢水从钢包经过长水口、中间包和浸入式水口进入旋转的水冷结晶辊与侧封板形成的熔池内，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，通过摆动导板、夹送辊将铸带送至铸带输送辊道，经过热轧机，喷淋冷却，飞剪直至卷取机。
双辊薄带连铸工艺中的主要设备如图1所示，一对水平平行水冷结晶辊(1，2)，结晶辊中一个为固定辊1，一个是移动辊2。电机通过减速机和联轴器5带动结晶辊旋转，其旋转方向相反。两个结晶辊之间预设置辊缝，钢水从辊缝中经过水冷结晶辊(1，2)凝固成一定厚度的铸带。移动辊2通过的液压伺服机构4可以任意快速、高精度平移，并通过位移传感器8记录辊缝变化量；固定辊1两端安装测试轧制力的压力传感器7。将电机(6，9)的电压、电流信号、压力传感器7的轧制力信号、以及电机转速信号等通过高速信号采集系统以及信号传输系统并经过抗干扰处理，输送到PLC(可编程控制器)中，并在计算机中实现数据存储、显示、控制以及报警等功能。
对连铸过程，无论是传统板坯连铸，还是薄板坯或薄带连铸过程，拉坯阻力即凝固坯壳与结晶辊(结晶器)之间相对运动时的摩擦力，直接影响到铸带凝固和铸带的质量。拉坯阻力的大小与铸机的生产工艺参数有直接关系，如：拉速、钢种、结晶器的表面状态等等。与传统的连铸过程相比，薄带连铸由于拉速快，钢水在结晶辊内的凝固时间很短，只有300ms左右的时间，铸带的表面温度和结晶辊的表面温度都比常规连铸要高，使结晶辊的传热量增加。结晶辊表面温度增加，增加了坯壳和结晶器内壁的粘着机会。又由于缺少了结晶器振动台的振动和保护渣的润滑，因此容易产生粘辊。当铸带局部粘辊发生时，会出现裂纹、铸带撕裂等缺陷；当粘辊严重时，即铸带粘辊的面积较大，铸带粘到辊面会将结晶辊包住，造成结晶辊堵转，使结晶辊设备损伤。另外在薄带连铸过程中，结晶辊和铸带都在密闭室内，铸带的凝固状态以及生产中是否粘辊是操作者难以用肉眼观察的，这也是造成目前事故发生率较高的原因之一。
在传统连铸过程中，开发了多种拉坯阻力的监测方法，主要是为了监测坯壳与结晶器铜板间的摩擦力。这些方法主要有：一、负载元件测定法(Wolf.M，《现代连铸理论与实践》，中国金属学会连续铸钢学会，1986.P198-207)。该方法是将负载元件安装在板坯结晶器左右两边的支撑装置上，结晶器可自由悬挂在滚针轴承上，以避免热膨胀产生的影响。这套系统过于复杂，而且操作和维护都比较麻烦。二、加速度测量仪(Wolf.M，《现代连铸理论与实践》，中国金属学会连续铸钢学会，1986.P198-207；姚曼，连铸结晶器摩擦力在线检测技术及其应用基础研究，博士学位论文。大连：大连理工大学，1998)。它是一个以压电换能器为中心的复杂电子信息处理系统。它已被广泛用来评价保护渣的适用性及其它工艺参数，实践证明该方法的误报率高达40％(姚曼，连铸结晶器摩擦力在线检测技术及其应用基础研究，博士学位论文。大连：大连理工大学，1998)。三、应力计法和测力计(M.R，Ozgu etc.，在Burns Harbor2号板坯连铸机上采用测试的方法评价结晶器保护渣及其实践，第一届欧洲连铸会议译文集，佛罗伦萨，中国金属学会连续铸钢学会，1991，P40-47；Clemens Miller，连铸工厂及其机组的集中监控系统，冶金设备和技术，1993，P32-42)，即在结晶器振动装置的振动壁或振动轴上粘贴电阻应变片，以确定拉坯阻力值，该方法存在的问题主要是由于测力元件远离结晶器区而削弱了其敏感性，而且该方法系统复杂，难以在生产中推广使用。
US4892133专利提出了用光原理，通过光的强度和频率的变化，来监测薄带连铸中结晶辊和铸带间润滑状态；该方法设备复杂，需要光源发生器，以及光线接收装置及相关信号处理系统等。
US4497360专利是在薄带连铸生产铝的过程中通过监测扭矩瞬时变化与平均值的偏差来调整生产拉速；当偏差为正偏差时，增加拉速直到偏差减小到允许范围内；当偏差为负偏差时，降低拉速。与该专利的主要是根据扭矩的变化来调整工艺，将扭矩作为控制参数。该技术的主要缺点是扭矩变化灵敏性差，不能作为主要控制参数。
在当前的薄带连铸技术领域中，如何才能有效地对粘辊进行在线预报，已经成为迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄带连铸粘辊在线预报方法，通过在线时时监测结晶辊的轧制力、结晶辊转动电机电流强度，对薄带连铸工艺过程中的粘辊事故进行预报。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案，
一种薄带连铸粘辊在线预报方法，该方法包含下列步骤：
浇铸开始后，由压力传感器获取结晶辊的压力值并存储于轧制力寄存器中，采集结晶辊转动电机电流值并将其存储于电流寄存器中；
从轧制力寄存器中读取每一时刻的轧制力值，计算轧制力的变化量，并通过轧制力/速度控制器控制轧制力稳定；
如果在单位时间内，即使经过了轧制力/速度控制器的控制，轧制力仍然持续增加，则在电流比较器中比较电流是否持续增加，如果持续增加，而且电流超过一定的门槛值，则由粘辊判别装置发出粘辊报警。其中，所述门槛值的取值范围根据电机的功率、型号以及铸机的结构和负载确定。
作为本发明方法的一种优选方式，所述压力传感器获取的压力信号为结晶辊中固定辊的压力信号。
作为本发明方法的另一优选方式，所述单位时间的取值范围为5秒～20秒。
本发明提供的薄带连铸粘辊在线预报方法，通过在线时时监测结晶辊的轧制力、结晶辊转动电机电流强度，实现了对薄带连铸工艺过程中粘辊事故的在线预报。其精度高，便于操作和观察，且不需要增加特殊的设备，易于在生产中推广使用。减少了粘辊事故的发生，保护了设备的安全，从而降低了生产成本。
附图说明
以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
图1为本发明薄带连铸粘辊在线预报系统结构图
图2为本发明薄带连铸粘辊在线预报系统方框图
图3为本发明薄带连铸粘辊在线预报方法流程图
标号说明：
1固定辊          8位移传感器
2移动辊          10机械设备部分
3轴承座          11轧制力寄存器
4液压执行机构    12P/V控制器
5联轴器          13电流寄存器
6电机            14轧制力比较器
7压力传感器      15电流比较器
16粘辊判定装置    20电气控制部分
17粘辊报警装置    30预报部分
具体实施方式
本发明方法中粘辊预报系统如图2所示，其主要包括三部分：第一部分是机械设备部分，见图2中的虚线方框10，主要的设备是一对结晶辊(1，2)、驱动结晶辊转动的电机(6，9)以及检测轧制力的两压力传感器7。其中固定辊1分别与电机9和压力传感器7相连，所述压力传感器7用于获取浇铸过程中结晶辊和铸带之间的轧制力数值，该部分主要完成该系统的压力信号的检测以及电机(6，9)传动功能，并实现电流信号的采集；第二部分是电气控制部分，见图2中的虚线方框20，该部分主要由连接电机(6，9)的电流寄存器13、连接电流寄存器13的电流比较器15、连接两压力传感器7的轧制力寄存器11、连接轧制力寄存器11的轧制力比较器14、及与电机9和轧制力比较器14相连的P/V控制器12等部分组成。其中轧制力寄存器11，用于存储所述轧制力数值；轧制力比较器14，用于比较单位时间内所述轧制力数值变化；轧制力/速度(P/V)控制器12，通过改变速度使轧制力稳定；电流寄存器13，用于存储电机电流数值，电流比较器15，用于比较电流是否在一定时间内持续增加。该部分主要完成数据的采集、计算以及处理，主要由PLC(可编程控制器)来实现；第三部分是预报部分，见图2中的虚线方框30，该部分主要包括连接轧制力比较器14和电流比较器15的粘辊判定装置16和与其连接的粘辊报警装置17，从而实现数据的显示、报警等功能，该部分在控制室内由计算机完成。
以上述系统进行在线粘辊预报，其在线预报方法流程图如图3所示：
浇注开始(步骤61)后，由压力传感器7获取固定辊1的压力值(步骤62)并存储于轧制力寄存器11(步骤63)中，检测结晶辊转动电机(6，9)电流信号(步骤64)值并将其存储于电流寄存器13(步骤65)中，
读取轧制力寄存器7寄存单元中每一时刻的轧制力值(步骤66)，计算轧制力的变化量ΔΔPi＝Pi-Pi-1(步骤67)，其中Pi表示当前时刻轧制力值，Pi-1表示前一时刻轧制力值。当轧制力增加时，即ΔPi＞0时，通过轧制力/速度(P/V)控制器12改变速度来控制轧制力稳定(步骤68)，即P/V控制。如果在Δt时间范围内，例如5秒～20秒，即使经过了P/V控制，轧制力仍持续增加，则读取电流寄存器13寄存单元中该Δt时间段内的电流数值(步骤70)，比较电流是否该时间段内持续增加，即在Δt时间内Ii-Ii-1＞0(步骤71)，其中Ii表示当前时刻电流值，Ii-1表示前一时刻电流值，如果持续增加，而且电流超过一定的门槛值Ia(步骤72)，即Ii-Ii-1＞Ia时，则由粘辊报警装置发出粘辊报警(步骤73)。
本发明的粘辊预报的判别是通过电机电流值和轧制力值共同变化来确定。并且当轧制力在时间Δt内持续增加，且此时电机电流在Δt也持续增加，并超过一定的门槛值Ia时，发出粘辊事故报警。
本实施例中，高速信号采集的显示系统的采集速度是不低于50ms一次；持续增加的时间Δt在5秒～20秒时间范围内；采集的信号经过中值滤波和平滑处理；信号传输过程经过抗干扰处理，主要包括低通滤波、光电隔离、以及屏蔽等措施。
下表为运用本发明方法对薄带连铸粘辊事件进行在线预报的三个具体实施例，其中所述其在线检测结果表明，本发明方法精度高，便于操作和观察，减少了粘辊事故的发生，保护了设备的安全，从而降低了生产成本。
    实施例     浇注工艺     Δt   Ia
    一 钢种304不锈钢，拉速：100m/min，带厚2mm，     10s   180A
    二 钢种304不锈钢，拉速：60m/min，带厚2mm，     5s   210A
    三 钢种碳钢，拉速：60m/min，带厚2mm，     18s   245A
本发明不局限于上述具体实施方式，只要在薄带连铸粘辊在线预报方法中，通过实时监测结晶辊的轧制力和结晶辊转动电机电流强度对粘辊事故进行预报均落在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1、一种薄带连铸粘辊在线预报方法，该方法包含下列步骤：
浇铸开始后，由压力传感器获取结晶辊的压力值并存储于轧制力寄存器中，采集结晶辊转动电机电流值并将其存储于电流寄存器中；
从轧制力寄存器中读取每一时刻的轧制力值，计算轧制力的变化量，并通过轧制力/速度控制器控制轧制力稳定；
如果在单位时间内，即使经过了轧制力/速度控制器的控制，轧制力仍然持续增加，则比较电流是否持续增加，如果持续增加，并且电流超过一定的门槛值，则由粘辊判别装置发出粘辊报警。
2、根据权利要求1所述的薄带连铸粘辊在线预报方法，其特征在于：所述压力传感器获取的压力信号为结晶辊中固定辊的压力信号。
3、根据权利要求1或2所述的薄带连铸粘辊在线预报方法，其特征在于：结晶辊的压力值和结晶辊转动电机电流值的采集的信号经过中值滤波和平滑处理处理后再存储于寄存器中。
4、根据权利要求1或2所述的薄带连铸粘辊在线预报方法，其特征在于：所述单位时间的取值范围为5秒～20秒。
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