专利名称：双辊薄带连铸铸轧力设定方法
技术领域：
本发明涉及双辊薄带连铸的过程控制，尤其涉及双辊薄带连铸铸轧力设定方法，从而能够实现浇铸过程中参数合理设定和控制系统的快速响应。
背景技术：
薄带连铸工艺是将钢液4从钢包注入到中间包3后，通过分配器2将钢液分配到布流器1内，再由布流器注入到两个水冷结晶辊5、6与侧封板围成的溶池内，钢液在这两个结晶辊表面逐渐凝固形成凝固坯壳，在两个结晶辊中心连线附近完全凝固后，通过二个结晶辊的逆向转动后，铸轧制成一定厚度，从而形成一定厚度和宽度的金属薄带，参见图1。
铸轧力的控制对浇铸过程有着重要的影响，尽管铸轧力的作用主要是使坯壳合并形成铸带，但是并不是铸轧力越大越好，铸轧力的大小直接影响着铸带表面质量，其中铸带表面纵向裂纹的产生与铸轧力有直接关系。研究表明，如果铸轧力过大，会使铸带表面产生裂纹，而且铸轧力越大，表面裂纹越严重，甚至造成断带。因此，保持恒定的铸轧力是使铸带质量均匀、良好的必要条件。但是，铸轧力同时受到很多因素的影响，例如，浇铸温度、浇铸速度、浇铸角(液位高度)和铸带厚度(辊缝值)等。同时，在浇铸过程中，由于轧辊受热膨胀，导致辊缝值逐渐变小，因此，要保持恒定的铸轧力，就需要建立一个能够准确描述铸轧力同各种影响因素之间函数关系的模型，通过该模型既能够进行初始浇铸过程设定，又能够实现控制过程的快速响应，这对于浇铸过程稳定，提高铸带质量具有重要意义。
目前的控制模型主要是通过检测铸轧力P，然后调整速度v，来实现对铸轧力的控制，如图2所示。然而，这种控制方式在开浇初期具有明显的滞后性，尤其是在液位不稳时显得尤为突出。现有专利主要是从机械、控制手段或开浇方法上进行改进，其中美国专利US6755234利用计算机导出了浇铸温度模型，通过测量熔池最高点温度和带坯出口温度，将钢水和结晶辊间的热流表示成这两个温度的函数，并利用该函数计算出结晶辊温度，并参与控制。该专利仅研究了浇铸过程中的温度对结晶辊温度及浇铸过程的影响。
发明内容本发明的目的在于提供一种双辊薄带连铸铸轧力设定方法，应用该方法设定的初始参数较为准确，可大大减小控制执行机构的调整范围和执行时间，从而提高控制系统的响应速度。
本发明是这样实现的一种双辊薄带连铸铸轧力设定方法，铸轧力P与浇铸温度t、浇铸速度v、浇铸角α、铸带厚度h有关，其数学表达式为P=wσ‾(t)[bR(2KRα/v-C)+2μR(1-hKRα/v-C/2+h)]---(1)]]>式中w带坯宽度，σ(t)与浇铸温度相关的材料平均变形抗力，b常数，R结晶辊半径，k凝固系数，C冷却效率常数，μ摩擦系数。
本发明是通过建立一个能够准确描述铸轧力及其影响因素之间的函数关系，构建出双辊薄带连铸铸轧力设定模型，将该模型应用于薄带连铸过程的预设定，实现快速响应，并通过调整浇铸速度或辊缝值来保持恒定的铸轧力，提高板带质量。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为双辊薄带连铸工艺示意图；图2为现有的铸轧力控制框图；图3为实测值与计算值比较示意图。
(五)
具体实施例方式
本发明将影响铸轧力的主要因素确定为四个一是钢水温度，即浇铸温度t，二是浇铸速度v，三是浇铸角α，即液位高度，四是辊缝值，即铸带厚度h。根据铸轧工艺特征，铸轧过程与带钢热轧过程有一定的相似性，通过理论推导和试验验证，将铸轧力P表示成浇铸温度t、浇铸速度v、浇铸角α及铸带厚度h的函数，定量地反映了四个主要影响因素对铸轧力的影响，其数学表达式为P=wσ‾(t)[bR(2KRα/v-C)+2μR(1-hKRα/v-C/2+h)]---(1)]]>式中w带坯宽度，σ(t)与浇铸温度相关的材料平均变形抗力，b常数，R结晶辊半径，k凝固系数，C冷却效率常数，μ摩擦系数。
其中常数b是一个与钢种有关的参数，其大小用结晶辊和带坯之间的摩擦系数表示，取值范围为0.4～0.8。
常数C与结晶辊表面结构和冷却效率有关，其取值范围为0.02～0.04。
式(1)构成的模型适用于结晶辊内部水冷的薄带连铸过程，适用钢种为不锈钢和碳钢。
利用该模型可以实现1、预设定功能将式(1)作为预设定模型，用于开浇初期参数设定，将设定好的铸轧力来组合铸带厚度、液位高度、浇铸速度和加速度等参数。
2、快速响应功能式(1)建立了铸轧力P和浇铸速度v以及带坯厚度h之间的函数关系，使浇铸过程可以实现快速前馈闭环控制。
根据式(1)，经数学推导可得dp=∂f∂tdt+∂f∂vdv+∂f∂αdα+∂f∂hdh]]>方式1当浇铸温度和浇铸厚度一定时，由于液位波动，而造成轧制力波动，可通过调节速度来实现恒铸轧力控制。
dp=∂f∂αdα+∂f∂vdv]]>方式2当浇铸温度和液位稳定时，由于结晶辊热膨胀，而造成轧制力变大，这时，可通过调节辊缝，来实现恒铸轧压力控制。
dp=∂f∂hdh]]>在浇铸过程中由于液位波动和结晶辊膨胀引起的出口厚度变化等，都会引起轧制力的变化，利用式(1)的控制模型，可以通过调整浇铸速度或辊缝值来保持恒定的铸轧力，提高铸带质量。
实施例本发明的实施例包括一套控制数学模型、PLC控制器及控制执行机构。控制数学模型即式(1)，将铸轧力描述成温度、浇铸速度、浇铸角以及带坯厚度的函数。本实施例利用该模型预报不同时刻的铸轧力，以验证模型的计算精度。
在浇铸带宽为1200mm薄带连铸试验机上用90m/min的浇铸速度浇铸SUS304不锈钢，在不同时刻利用实测参数计算出的铸轧力和实测铸轧力值进行比较，结果如图3所示。
从图3可以看出，利用该控制模型所计算的铸轧力和现场实测铸轧力结果吻合较好，表明利用该控制模型可以较好的预报铸轧力大小，从而可以利用该模型在开浇前，根据预想的铸轧力变化规律，对浇铸液位、浇铸速度等参数进行预设定。同时，可以在浇铸过程中，根据该模型的快速响应功能进行快速调整，来保持铸轧力恒定，以提高铸带质量。
权利要求
1.一种双辊薄带连铸铸轧力设定方法，其特征是铸轧力P与浇铸温度t、浇铸速度v、浇铸角α、铸带厚度h有关，其数学表达式为P=wσ‾(t)[bR(2KRα/v-C)+2μR(1-hKRα/v-C/2+h)]---(1)]]>式中w带坯宽度，σ(t)与浇铸温度相关的材料平均变形抗力，b常数，R结晶辊半径，k凝固系数，C冷却效率常数，μ摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸铸轧力设定方法，其特征是常数b是一个与钢种有关的参数，其大小用结晶辊和带坯之间的摩擦系数表示，取值范围为0.4～0.8。
3.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸铸轧力设定方法，其特征是常数C与结晶辊表面结构和冷却效率有关，其取值范围为0.02～0.04。
4.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸铸轧力设定方法，其特征是式(1)可用于开浇初期参数设定，将设定好的轧制力来组合铸带厚度、液位高度、浇铸速度和加速度。
5.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸铸轧力设定方法，其特征是式(1)建立了铸轧力P和浇铸速度v以及带坯厚度h之间的函数关系，通过浇铸速度或辊缝值的闭环快速响应来保持恒定的铸轧力。
全文摘要
本发明涉及双辊薄带连铸的过程控制，尤其涉及双辊薄带连铸铸轧力设定方法，从而能够实现浇铸过程中参数合理设定和控制系统的快速响应。一种双辊薄带连铸铸轧力设定方法，是将铸轧力P表达为浇铸温度t、浇铸速度v、浇铸角α、铸带厚度h的函数，建立一个数学模型。本发明将该模型应用于薄带连铸过程的预设定，实现快速响应，并通过调整浇铸速度或辊缝值来保持恒定的铸轧力，提高板带质量。
文档编号B22D11/16GK1939619SQ20051003020
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者方园, 朱光明 申请人:宝山钢铁股份有限公司