专利名称：连铸机动态轻压下的控制方法和系统、连铸机的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种连铸机动态轻压下的控制方法和系统、 连铸机。
背景技术：
在连铸生产中，铸坯内部尤其是板坯内部一般都会存在中心偏析、中心疏松及内 裂等中心质量问题，影响连铸坯的性能及后续加工。为了提高连铸坯质量，人们开发出一系 列方法抑止中心偏析的产生。其中轻压下技术是经过多年生产实践验证，最有效且经济的 方法之一。轻压下技术是一种在连铸过程中对凝固末端前沿某段区域内，由连铸机扇形段 (板坯)或是拉矫机架(方坯)通过相对常规辊缝设置加大了辊缝收缩，从而使凝固中的连 铸坯在经过这个区间时受到一定的压下力而主要在厚度方向上产生一定变形，这些变形一 方面给予铸坯凝固末端前的快速凝固造成的较大凝固收缩进补偿，防止中心疏松；另一方 面促成了连铸坯凝固前沿和糊状区发生一系列轻微变化，阻止了中心偏析的形成。目前动 态轻压下技术在板坯连铸机上得到了大量应用。在这项技术的发展经过两个阶段，从早期的静态轻压下技术到近年得到快速发展 的动态轻压下技术。静态轻压下技术，是在开浇前预先设定轻压下参数，即每个机架的辊缝 值，在整个开浇过程中维持此辊缝值不变，虽然静态轻压下能稳定地实现轻压下的功能，但 它无法适用于复杂的连铸生产条件。所谓动态轻压下技术，是在连铸生产过程中，根据连铸 工艺的变化，动态跟踪连铸坯凝固末端的变化，实时下达轻压下指令的一种连铸工艺自动 控制技术。动态轻压下的连铸工艺变化的情况下能快速进行反应，从而更好实现轻压下的 效果。辊缝的精确控制是实现动态轻压下改善中心偏析的前提。板坯连铸机扇形段的辊 缝控制，通过控制液压阀的开口来控制液压缸壁与活塞杆的运动实现控制扇形段上下框架 的上下运动。辊缝的实时检测方法为通过装在连铸机上扇形段内位移传感器显示的上下框 架的相对运动来反馈辊缝变化。目前最常见的位移传感器安装方式为安装于板坯连铸机扇 形段四个夹紧液压缸内，检测液压缸壁与活塞杆的相对位移，从而检测出辊缝变化。方坯连 铸机则由拉矫机组成轻压下执行机构，也可通过拉矫机液压缸控制辊缝，达到改善中心偏 析的目的，因此传感器安装方式同板坯连铸机扇形段。目前位移传感器一般安装后要通过辊缝校准，确保位移传感器的计数准确，再投 入应用。然而在应用中经常会发现辊缝值与位移传感器所反映的实际辊缝值存在偏差，只 有通过反复进行辊缝校准来保证精度。这样一方面给现场维护工人增加了大量工作，另一 方面更为重要是经分析即使通过定期辊缝校准消除了由于设备老化间隙变化带来的影响， 在不同压力情况下还存在着机架关键部位的变形所引起的位移传感器计数与实际辊缝变 化的偏差，该偏差严重影响了动态轻压下的执行效果，从而影响了铸坯的内部质量改善。针对相关技术中控制系统只能判断凝固末端的变化简单执行轻压下指令，无法保证精确辊缝控制，导致无法保证不同工艺、不同工况下动态轻压下最佳效果稳定实现的问 题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中控制系统只能判断凝固末端的变化简单执行轻压下指令，无法保 证精确辊缝控制，导致无法保证不同工艺、不同工况下动态轻压下最佳效果稳定实现的问 题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种连铸机动态轻压下的控制方法和 系统、连铸机，以解决上述问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种连铸机动态轻压下的控 制方法。根据本发明的连铸机动态轻压下的控制方法包括根据连铸机的动态轻压下参数 转化计算得到机架的目标辊缝值；判断目标辊缝值与机架的实际辊缝值的差值是否超过预 设阈值，其中，当差值大于等于预设阈值，根据目标辊缝值，通过机架的夹紧液压缸来调整 机架的压下辊的位置，否则机架的压下辊保持原位置；根据压下辊动作前后压力值的差值， 获取机架的变形偏差值；根据机架的变形偏差值获取修正的目标辊缝值，使机架按照修正 的目标辊缝值执行压下或抬起的动作。进一步地，根据压下辊动作前后的压力值的差值，获取机架的变形偏差值包括按 照如下公式获取该机架的变形偏差值aij = AAhij+C = AE APij+C，其中，表示变形偏差 值，A 表示压力值的差值，Ahu表示A 情况下机架产生的变形，A、C为与机架设计相 关的经验参数，E为与机架关键部件选用材料相关常数。进一步地，机架根据变形偏差值获取修正的目标辊缝值之前，方法还包括判断变 形偏差值是否超过第一阈值，其中，当变形偏差值大于等于第一阈值时，获取修正的目标辊 缝值，否则修正的目标辊缝值等于原来的目标辊缝值。进一步地，根据机架的变形偏差值获取修正的目标辊缝值，使机架按照修正的目 标辊缝值执行压下或抬起的动作包括按照如下公式获取修正的目标辊缝值s' :a'
= Daij+J，S' = S+a'⑴其中，％表示变形偏差值，a' u表示补偿量，S为当前的目标 辊缝值，D、J为与机架设计相关的常数。进一步地，补偿量等于机架在动作前后的变形偏差值。进一步地，在根据连铸机的动态轻压下参数转化计算得到机架的目标辊缝值之 前，方法还包括通过辊缝测量装置和辊缝校准模块进行辊缝校准，获取基准辊缝值。进一步地，在根据连铸机的动态轻压下参数转化计算得到机架的目标辊缝值之 前，方法还包括根据凝固末端位置和固相率fs分布，获取连铸机的动态轻压下参数， 动态轻压下参数包括压下区间、总压下量和压下量分布，其中，压下区间根据钢种和现 场调试结果确定，选择起始固相率范围为(0.3 0.7)，结束固相率变化范围为(0.7 1)，选择好固相率区间后经计算可得出压下区间总长L，其中，总压下量8由如下公式确 定J = 其中，j是压下率，压下率选择范围为0.6 1.4mm/m;总压下量5将由连 铸机的机架自然分成多个连续的小压下区间，总压下量S的在每个区间的分配方法为 s,-s2 sn ^^fO)^-.^/^)^ \li)fU)di，其中，n 表示执行轻压下动作的最后一个小压下区间，根据压下量分布，确定各区间的压下率\ = ，而相应的压下速率为 = SiU，u为拉速。为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种连铸机动态轻压下的控 制系统。根据本发明的连铸机动态轻压下的控制系统包括位移传感器，用于获取机架的 实际辊缝值；第一处理器，用于根据目标辊缝值与实际辊缝值的差值是否超过预设阈值来 确定此时机架的工作状态，其中，当差值大于等于预设阈值，根据目标辊缝值控制机架的夹 紧液压缸来调整压下辊的位置，否则机架的压下辊保持原位置；压力传感器，接收该机架的 夹紧液压缸两腔压强值，获取压下辊动作前后的第一压力值和第二压力值；第二处理器，用 于根据第一压力值和第二压力值的差值获取机架的变形偏差值，并根据变形偏差值获取修 正的目标辊缝值，机架按照修正的目标辊缝值执行压下或抬起动作。进一步地，系统还包括第三处理器，用于根据连铸机的动态轻压下参数转化计算 得到机架的目标辊缝值。为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了 一种连铸机。该连铸机包括上 述连铸机动态轻压下的控制系统。通过本发明，采用根据连铸机的动态轻压下参数转化计算得到机架的目标辊缝 值；判断目标辊缝值与机架的实际辊缝值的差值是否超过预设阈值，其中，当差值大于等于 预设阈值，通过机架的夹紧液压缸调整机架的压下辊的位置使得压下辊按照目标辊缝值动 作，否则机架的压下辊保持原位置；根据压下辊动作前后的压力值的差值，获取机架的变 形偏差值；根据机架的变形偏差值获取修正的目标辊缝值，使机架按照修正的目标辊缝值 执行压下或抬起的动作，解决了相关技术中控制系统只能判断凝固末端的变化简单执行轻 压下指令，无法保证精确辊缝控制，导致无法保证不同工艺、不同工况下动态轻压下最佳效 果稳定实现的问题，进而达到了保证动态轻压下精确控制机架的辊缝值，在不同工艺、工况 下，稳定地发挥轻压下的效果。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的连铸机动态轻压下的控制系统的结构示意图；图2是根据本发明实施例的连铸机动态轻压下的控制方法的流程图；图3是根据本发明实施例优选的连铸机动态轻压下的控制方法的流程图；图4是根据本发明实施例的连铸坯切片示意图；图5示出了根据图4实施例的采用差分法计算切片内温度的示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据本发明的实施例，提供了一种连铸机动态轻压下的控制系统。本发明所有实 施例中的机架可以是扇形段或拉矫机。
图1是根据本发明实施例的连铸机动态轻压下的控制系统的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的连铸机动态轻压下的控制系统系统包括位移传 感器11、压力传感器13、第一处理器12、第二处理器14。优选的还可以包括第三处理器15。其中，位移传感器11，用于获取机架的实际辊缝值；第一处理器12，用于根据目标 辊缝值与实际辊缝值的差值是否超过预设阈值来确定此时机架的工作状态，其中，当差值 大于等于预设阈值，通过机架的夹紧液压缸调整夹紧液压阀开口度，来控制机架的压下辊 的位置使得压下辊按照目标辊缝值压下或抬起，否则机架的压下辊保持原位置；压力传感 器13，接收该机架的夹紧液压缸两腔压强值，获取压下辊动作前后的第一压力值和第二压 力值；第二处理器14，用于根据第一压力值和第二压力值的差值获取机架的变形偏差值， 并根据变形偏差值获取修正的目标辊缝值，机架按照修正的目标辊缝值执行压下或抬起动 作。本发明中的连铸机各机架需要安装位移传感器11、压力传感器13，位移传感器11 计量夹紧液压缸壁和活塞杆的相对位移，压力传感器13计量夹紧液压缸上下两腔压强。远 程辊缝控制投入前进行辊缝校准，为位移传感器确定一个基准辊缝，位移传感器根据所述 基准辊缝计量辊缝变化。本发明实施例通过在连铸生产过程中在线采集连铸浇铸工艺，实时跟踪凝固末端 位置，给出相应的动态轻压下控制策略，该动态轻压下控制策略通过位移传感器11来计量 辊缝值，并在机架的压下辊在目标辊缝值压下时，通过压力传感器13跟踪压下辊压下的执 行过程中的压力变化情况，计算关键部件的变形和辊缝偏差程度，进而补偿辊缝，保证动态 轻压下命令地精确执行，在不同工艺、工况下，稳定地发挥轻压下效果。优选地，该系统还可以包括第三处理器15，用于根据连铸机的动态轻压下参数转 化计算得到机架的目标辊缝值。系统根据目标辊缝值可以获取机架的压下辊的工作状态。图2是根据本发明实施例的连铸机动态轻压下的控制方法的流程图。如图2所示， 该方法包括如下的步骤S102至步骤S108 步骤S102，客户端根据连铸机的动态轻压下参数计算得到机架的目标辊缝值。步骤S104，通过图1中的第一处理器12来判断目标辊缝值与机架的实际辊缝值 的差值是否超过预设阈值，其中，当差值大于等于预设阈值，通过机架的夹紧液压缸调整机 架的压下辊的位置使得压下辊按照目标辊缝值动作(压下或抬起)，否则机架的压下辊保 持原位置，即保持压下辊的原辊缝值。本实施例中通过位移传感器11获取机架的实际辊缝 值。步骤S106，通过图1中的第二处理器14来根据该压下辊执行动作前后的压力值的 差值，获取机架的变形偏差值。步骤S108，机架通过第二处理器14根据机架的变形偏差值获取修正的目标辊缝 值，使机架按照修正的目标辊缝值执行压下或抬起的动作。动态轻压下系统通过跟踪凝固末端位置，在凝固末端，具有特定中心固相率的区 间内，科学实施辊缝收缩，补偿凝固、热收缩，抑制由选分结晶造成的溶浓钢液在中心线部 位的富集，从而改善中心偏析，提高铸坯内部质量。本发明实施例保证在不同工艺、工况下，通过精确地在控制压下区间执行辊缝收 缩，来稳定实现动态轻压下的效果。该过程中不但需要科学地设置压下区间和压下量，还要求机架(机架/拉矫机)能精确执行压下参数。本发明实施例引入有关于受力变形所引起 的辊缝偏差补偿，保证轻压下的效果有效体现。同时还可以利用定期的检修，可检测重复作 用引起的相关部件疲劳效应，对辊缝偏差补偿办法进行修正。图3是根据本发明实施例优选的连铸机动态轻压下的控制方法的流程图。如图3 所示，该优选的方法包括如下步骤步骤S202，在系统投入前，根据设计在连铸机各机架安装位移传感器和压力传感 器，安装完成后，或是更换了位移传感器之后，需要对位移传感器进行校准，为位移传感器 确定一个基准辊缝，位移传感器相对基准辊缝计量变化反映辊缝变化。步骤S204，采集连铸机状态，当连铸机处于浇铸状态时，采集连铸机的浇铸工艺参数。步骤S206，根据凝固末端跟踪模型计算连铸坯的温度分布、凝固末端位置和固相 率fs。步骤S208，由通过现场调试调整优化的压下模式，确定轻压下的压下区间、总压下 量δ和压下速率ν，并转化成目标执行机架和目标辊缝值S。步骤S210，读取实际轻压下工艺参数，将目标辊缝值S与实际辊缝值进行比较，如 果目标辊缝值S与实际辊缝值的差值大于预设阈值，根据目标执行机架和目标辊缝值S执 行相应动作。步骤S212，读取轻压下动作执行前后，压力变化，计算各机架的变形量变化，计算 其引起位移传感器计数与实际辊缝变化的偏差。判断新增偏差是否大于阈值，如果大于设 定阈值，则计算该偏差所需辊缝补偿修正量，并计算出相应执行机架的修正辊缝值S’。步骤S214，计算偏差补偿量。步骤S216，各机架执行修正后的辊缝值S’。在本实施例中，通过在连铸生产过程中在线采集连铸浇铸工艺，实时跟踪凝固末 端位置，给出相应的动态轻压下控制策略，随时根据压力变化计算机架关键部件的变形，预 测位移传感器计数与实际辊缝的偏差，根据实际情况进行补偿，从而保证动态轻压下命令 的精确执行。克服了传统的动态自动控制系统，无法保证轻压下在不同工艺和工况下准确 执行的问题。在本发明的实施例中，新安装的位移传感器或是维护后的位移传感器，需要进行 辊缝校准。系统投入使用后，每隔固定时间周期(时间周期可根据具体的设备和现场条件 确定，参考范围为Is 2min。)，利用凝固末端跟踪模型计算连铸坯的温度分布，预测凝固 末端位置和压下区间，随时跟踪辊缝变化和压力变化，对辊缝偏差进行补偿，确保总压下量 的准确执行。优选地，在上述控制方法中，浇铸工艺参数包括以下至少之一钢种和成分、中包 温度Tc、结晶器冷却水量、进出水温差、二冷水量、二冷水温以及电磁搅拌方式和电流。图4是根据本发明实施例的连铸坯切片示意图；图5示出了根据图4实施例的采 用差分法计算切片内温度的示意图。如图4所示，将整个连铸坯看成是沿拉坯方向上顺序 排列的众多切片1，而对每个切片对其从浇铸入结晶器开始考虑其厚度方向和宽度方向的 传热，直至凝固末端。每个切片的计算如图5所示，取切片1某一端点为原点，取宽度方向 为χ方向和厚度方向为y方向，切片温度计算采用的热传导方程为
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权利要求
一种连铸机动态轻压下的控制方法，其特征在于，包括根据连铸机的动态轻压下参数转化计算得到机架的目标辊缝值；判断所述目标辊缝值与所述机架的实际辊缝值的差值是否超过预设阈值，其中，当所述差值大于等于所述预设阈值，根据所述目标辊缝值，通过所述机架的夹紧液压缸来调整所述机架的压下辊的位置，否则所述机架的压下辊保持原位置；根据所述压下辊动作前后的压力值的差值，获取所述机架的变形偏差值；根据所述机架的所述变形偏差值获取修正的目标辊缝值，使所述机架按照所述修正的目标辊缝值执行压下或抬起的动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述压下辊动作前后的压力值的差 值，获取所述机架的变形偏差值包括按照如下公式获取该机架的所述变形偏差值aij = AA hu+C = AEA PyC，其中，aij表示所述变形偏差值，A Pi」表示所述压力值的差 值，Ah.j表示APU情况下机架产生的变形，A、C为与机架设计相关的经验参数，E为与机 架关键部件选用材料相关常数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括所述机架根据所述变形偏差值 获取修正的目标辊缝值之前，所述方法还包括判断所述变形偏差值是否超过第一阈值，其中，当所述变形偏差值大于等于所述第一 阈值时，获取所述修正的目标辊缝值，否则所述修正的目标辊缝值等于原来的所述目标辊 缝值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述机架的所述变形偏差值获取修正的目标辊缝值，使所述机架按照所述修正的目标辊缝值执行压下或抬起的动作包括按 照如下公式获取所述修正的目标辊缝值S' a/ ij = Da^'+J S1 ij = S+a1其中，表示所述变形偏差值，a' 表示补偿量，S为当前的所述目标辊缝值，D、J为 与所述机架设计相关的常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述补偿量等于所述机架在动作前后的 所述变形偏差值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据连铸机的动态轻压下参数转化计 算得到所述机架的目标辊缝值之前，所述方法还包括通过辊缝测量装置和辊缝校准模块 进行辊缝校准，获取基准辊缝值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据连铸机的动态轻压下参数转化计 算得到机架的目标辊缝值之前，所述方法还包括根据凝固末端位置和固相率fs分布，获取所述连铸机的所述动态轻压下参数，所述动 态轻压下参数包括压下区间、总压下量和压下量分布，其中，所述压下区间根据钢种和现场调试结果确定，选择起始固相率范围为(0. 3 0. 7)，结 束固相率变化范围为(0.7 1)，选择好固相率区间后经计算可得出压下区间总长L，其中， 所述总压下量S由如下公式确定d = L*5 ’其中M是压下率，所述压下率选择范围为0. 6 1. 4mm/m ；所述总压下量S将由所述连铸机的所述机架自然分成多个连续的小压下区间，所述 总压下量S的在每个区间的分配方法为W ... & = ￡ f{l)dl ￡f(l)dl 丄” f(l)dl其中，n表示执行轻压下动作的最后一个所述小压下区间，根据所述压下量分布，确定 各所述小压下区间的所述压下率式=8,11,，而相应的压下速率为v, ，u为拉速。
8.—种连铸机动态轻压下的控制系统，其特征在于，包括位移传感器，用于获取机架的实际辊缝值；第一处理器，用于根据目标辊缝值与所述实际辊缝值的差值是否超过预设阈值来确定 此时所述机架的工作状态，其中，当所述差值大于等于所述预设阈值，根据所述目标辊缝值 控制所述机架的 夹紧液压缸来调整压下辊的位置，否则所述机架的压下辊保持原位置；压力传感器，接收该机架的夹紧液压缸两腔压强值，获取压下辊动作前后的第一压力 值和第二压力值；第二处理器，用于根据所述第一压力值和所述第二压力值的差值获取所述机架的变形 偏差值，并根据所述变形偏差值获取修正的目标辊缝值，所述机架按照所述修正的目标辊 缝值执行压下或抬起动作。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第三处理器，用于根据 连铸机的动态轻压下参数转化计算得到所述机架的目标辊缝值。
10.一种连铸机，其特征在于，包括权利要求8或9所述的连铸机动态轻压下的控制 系统。
全文摘要
本发明公开了一种连铸机动态轻压下的控制方法和系统、连铸机。其中，该方法包括根据连铸机的动态轻压下参数转化计算得到机架的目标辊缝值；判断目标辊缝值与机架的实际辊缝值的差值是否超过预设阈值，其中，当差值大于等于预设阈值，根据目标辊缝值，通过机架的夹紧液压缸调整机架的压下辊的位置，否则机架的压下辊保持原位置；根据压下辊动作前后的压力值的差值，获取机架的变形偏差值；根据机架的变形偏差值获取修正的目标辊缝值，使机架按照修正的目标辊缝值执行压下或抬起的动作。通过本发明，能够保证动态轻压下精确控制机架的辊缝值，在不同工艺、工况下，稳定地发挥轻压下。
文档编号B22D11/16GK101979184SQ201010557378
公开日2011年2月23日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者杨建桃, 田陆 申请人:田陆