专利名称：薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及冶金行业连铸工艺和设备技术领域，特别涉及一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法。
背景技术：
双辊薄带连铸技术典型的示例如图1所示，将熔融的钢水直接浇注在一个由两个相对转动并能够快速冷却的冷却辊la、lb和侧封板 、2b围成的熔池中，熔融钢水在冷却辊旋转的周向表面被冷却并凝固，进而形成凝固壳并逐渐生长，然后在两冷却辊la、lb辊缝隙最小处被挤压在一起，形成铸钢带4，铸钢带4经由导板5导向活套导向辊12和夹送辊6，并在活套导向辊12和冷却辊la、lb之间形成活套3，然后由轧机7轧制成薄带，轧制后的带钢通过输送辊道8带动经过喷淋冷却装置9进行冷却，最后送入卷曲机11卷曲。图中标记10为卷曲机夹送辊。在薄带连铸生产中，为了匹配整条生产线的速度变化，特在铸机和轧机之间留有一定量的自由活套3，一般形成于铸机出带口处，用来缓冲由于铸机和轧机的速度不匹配时对铸带的冲击。在典型的薄带连铸生产中，形成自由活套的前、后两个端点的位置常常是不等高的，其中高点是铸机两根冷却辊所形成的nip点，低点是铸机出口处与铸带相接触的导向辊或导向装置。按照图1所示的工艺布置方案，在铸带自由活套的低端，形成活套的铸带4与活套导向辊12接触处的弯曲半径比较大。随着活套高度的增大，铸带在活套导向辊12处所承受拉应力逐渐增大，相应的在此处的铸带弯曲半径则会逐渐变小。如果铸带在活套导向辊 12上的弯曲半径小于铸带最小允许弯曲半径，则铸带弯曲所产生的应力超过了材料的许用应力，可能会导致铸带表面出现横向裂纹。图2显示了活套高度检测范围。另外，在实际浇铸过程中，形成活套的铸带具有一定的弹性，在经过铸机出带口处时，如果移动速度发生变化，则在活套导向辊上的的铸带会剧烈变形并弯曲，因此铸带在经过这个位置时应该有较长的平稳过渡段，保证铸带行走稳定。为了避免出现上述浇铸过程中某些工艺参数变化导致铸带在活套导向辊处由于弯曲半径过小而产生裂纹，本发明提出以下控制薄带连铸自由活套位置的控制装置及控制方法。
发明内容
本发明的任务是提供一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法，通过该控制装置及控制方法实时检测带钢活套的位置在线调节活套位置，活套位置控制装置所形成的铸带导向轮廓弯曲半径可以使铸带在经过此位置时的弯曲半径大于可致铸带产生裂纹的弯曲半径，保证铸带无裂纹，同时，可使铸带与活套位置控制装置一致保持贴合状态，从而保持铸带输送平稳性，以得到良好的铸带质量。本发明的技术解决方案如下一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，它包括冷却辊、侧封板、活套、铸带、导板、 夹送辊、轧机、输送辊道、喷淋冷却装置、卷曲机夹送辊、卷曲机以及活套导向辊，它还包括活套位置控制装置；
所述活套位置控制装置包括驱动电机、第一摇臂、第二摇臂、若干编码器23、轴承座、主动导向辊、数根被动导向辊、传动链条、链轮、底座以及液压缸30、31 ；
所述主动导向辊通过轴承座固定在底座上，底座固定在基础上，主动导向辊的一端装有链轮，链轮通过传动链条与驱动电机连接，在主动导向辊的两端分别设有一组第一摇臂 21、21'，所述第一摇臂一侧与主动导向辊相连接，第一摇臂另一侧与被动导向辊32相连接，在主动导向辊与被动导向辊32之间设有一根被动导向辊25固定在第一摇臂上，在液压缸31、31'的驱动下，第一摇臂绕主动导向辊上下摆动；
所述被动导向辊32还与第二摇臂22、22'相连，在液压缸30、30'的驱动下，第二摇臂 22,22'绕被动导向辊32上下摆动，所述第二摇臂上装有数根被动导向辊，被动导向辊的转动轴承固定在第二摇臂内。所述被动导向辊设有六根，其中一根被动导向辊安装在第一摇臂上，其余五根被动导向辊均勻地安装在第二摇臂上。所述编码器安置在主动导向辊和被动导向辊的非传动端，且安装于电机后部用来检测转速。所述主动导向辊和被动导向辊的直径均小于200mm，相邻导向辊轴心间距小于 500mmo所述液压缸装有位移传感器。一种薄带连铸带钢自由活套位置控制方法，包括以下步骤
(1)与摆动导板接合的导向辊的辊道保持与后续输送辊道同一水平线，确保带钢顺利输送；
(2)形成活套后，液压缸收缩行程，铸带导向轮廓的弯曲半径减小，通过实时检测铸带位置，调节铸带导向轮廓的半径，保证铸带与活套位置控制上的导向辊贴合，并且，导向半径大于可致铸带产生裂纹的弯曲半径；
(3)形成活套后，检测系统实时比较导向辊上的检测编码器所发送的检测信号，判断铸带的实际位置和铸带与导向辊之间的接触情况，通过接触铸带的导向辊轴心连线拟合推导出铸带导向轮廓半径；
(4)形成活套以后，若铸带活套位置控制装置上产生了检测信号，但是检测信号点中最高点与最点之间有一个或多个点没有检测信号，即铸带位置检测信号不连续，说明此时的铸带导向轮廓与铸带所形成的实际弯曲半径不符，则通过液压缸动作第一摇臂或第二摇臂调整铸带导向轮廓，直至位置检测最低点和最高点之间的信号连续产生，并且，铸带活套位置控制装置所形成的铸带导向轮廓曲线半径大于可致铸带产生裂纹的铸带弯曲半径；保持此时的铸带活套位置控制装置上各个导向辊相互之间的位置不变，继续浇铸；如果再次发生铸带位置检测信号不连续现象，重复上述调解方法，直至浇铸结束。本发明的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法适用于检测并控制铸带钢的自由活套，通过安装在导向辊道上的检测仪表，检测到铸带位于导向辊道上的位置， 并同时调整活套位置控制装置的铸带导向轮廓的曲率，保证铸钢带在经过该装置进入输送辊道时的弯曲半径大于铸带最小允许弯曲半径，而不会出现裂纹。本发明的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法的主要优点如下
1、可以精确地检测带钢自由活套的形状，通过调整自由活套低点处的导板曲率可以使铸带钢自由过渡到输送辊道上，不会因为铸带弯曲过大导致表面出现裂纹，进而影响铸带表面质量。2、通过检测铸带位置而自动改变铸带活套位置控制装置与铸带接触点，能够使导向轮廓与铸带弯曲形状相一致，铸带与导向装置贴合，行走平稳。
图1是一种典型的薄带连铸工艺示意图。图2是活套高度检测原理示意图。图3是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置的主视图。图4是按图3所示的左视图。图5是按图3所示的俯视图。图6是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置的另一实施例的工作示意图之一。图7是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置的另一实施例的工作示意图之二。图8是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置的另一实施例的工作状态立体图之一。图9是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置的另一实施例的工作状态立体图之二。图10是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置未形成活套时的工作位置示意图，为浇铸初始阶段的活套导向控制装置工作示意。图11是本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置在活套形成后的工作位置示意图，为浇铸稳定阶段的活套导向控制装置工作示意。附图标记
1为冷却辊，2为侧封板，3为活套，4为铸带，5为导板，6为夹送辊，7为轧机，8为输送辊道，9为喷淋冷却装置，10为卷曲机夹送辊，11为卷曲机，12为活套导向辊，20为驱动电机， 21为第一摇臂，22为第二摇臂，23为编码器，24为轴承座，25为被动导向辊，26为主动导向辊，27为传动链条，28为链轮，29为底座，30、31为液压缸，32、33、34、35、36为被动导向辊， 50、51为挡块。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。参看图3至图5，本发明提供了一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，它包括冷却辊1、侧封板2、活套3、铸带4、导板5、夹送辊6、轧机7、输送辊道8、喷淋冷却装置9、卷曲机夹送辊10、卷曲机11、活套导向辊12以及活套位置控制装置。活套位置控制装置主要由驱动电机20、第一摇臂21、21’、第二摇臂22、22’、若干编码器23&、2313、23(；、23(1、236、23厂238、轴承座24、主动导向辊沈、数根被动导向辊25、32、 33、34、35、36、传动链条27、链轮观、底座四以及液压缸30、31组成。主动导向辊沈通过轴承座M固定在底座四上，底座四固定在基础上，由此确定了本活套位置控制装置的安装位置。主动导向辊沈的一端装有链轮观，链轮观通过传动链条27与驱动电机20连接，在主动导向辊沈的两端分别设置一组第一摇臂21、21’，第一摇臂21、21’ 一侧与主动导向辊沈相连接，第一摇臂21、21’另一侧与被动导向辊32相连接。在主动导向辊沈与被动导向辊32之间设置一根被动导向辊25固定在第一摇臂21、 21'上，在液压缸31、31'的驱动下，第一摇臂21、21'可以绕主动导向辊沈上下摆动。被动导向辊32还与第二摇臂22、22'相连，在液压缸30、30'的驱动下，第二摇臂 22,22'可以绕被动导向辊32上下摆动。在第二摇臂22、22'上安装了五根均勻布置的被动导向辊32、33、34、35、36，五根被动导向辊32、33、34、35、36的转动轴承均固定在第二摇臂 22,22'内。本发明通过在活套位置控制装置上设置编码器或传感器，实时检测出自由活套3 在活套导向装置上的位置，通过控制模型计算出活套的形状，进而调整活套位置控制装置的铸带导向轮廓的曲率，保证铸钢带在经过该装置进入输送辊道时的弯曲半径大于铸带最小允许弯曲半径。如图10和图11所示，铸带摆动导板5和活套位置控制装置需要配合使用，两者在不同的浇铸阶段通过变化相对位置使得铸带可顺利导入后续辊道。活套位置控制装置的弯曲半径是该装置上所有辊道相互位置发生变化后所形成的铸带导向轮廓与输送辊道水平高度相切的弧形曲线半径P，如图13所示，在铸带活套导向装置抬起，保持其所有的辊子上表面所形成的铸带输送路径高度与后续输送辊道高度一致时候的弯曲半径为无穷大。活套位置控制装置布置在铸机活套和后续输送辊道之间用于铸带导向，主要用于过渡形成自由活套的铸带平滑地进入水平的输送辊道。活套位置控制装置有两个动作位置水平或弯曲，通过控制液压缸的行程，可以控制相邻摇臂的相对位置，达到调整铸带导向轮廓的弯曲曲率的目的。为了便于过渡带钢，活套位置控制装置中最前端的两根被动导向辊35、36的安装位置相对其他辊稍低。活套位置控制装置水平放置时，被动导向辊35、36的轴心连线与其他导向辊的轴心连线夹角为15° -20°。在每一根导向辊的非传动端安装有编码器，一般安装于电机后部用来检测转速， 编码器用于检测铸带在活套位置控制装置上的位置。一旦铸带经过被动导向辊，后者转动， 则编码器产生信号，显示带钢通过此处，综合各个编码器的信号可以获知铸带经过活套位置控制装置时的导向轮廓曲率。活套位置控制装置的导向辊直径为均小于200mm，且相邻导向辊轴心间距小于 500mm，以此保证相邻辊组形成的铸带导向轮廓更加圆滑，利于铸带贴合导向轮廓，保证铸钢带在经过该装置进入输送辊道时的弯曲半径大于铸带最小允许弯曲半径，而不会出现裂纹。活套位置控制装置中检测铸带位置的检测仪表，除了本发明中所述的编码器以外，可以采用发电电机或光电码盘。检测仪表的数量与检测精度有关，如果要求的检测精度高，则采用尽量多的检测仪表。铸带活套位置控制装置采用带有位移传感器的液压缸或丝杠螺母等直线运动执行机构，作为调节铸带导向轮廓的动作执行元器件，并有位移检测控制装置。每一侧至少有一组或数组动作执行元件用于调节导向装置的铸带导向轮廓，且执行元件左右对称布置、 数量相同。铸带活套位置控制装置可采用多个摇臂连接形式，每个摇臂上可安装一根或若干根导向辊，可以提高铸带位置检测精度。本发明的薄带连铸带钢自由活套位置的控制方法如下
1、与摆动导板接合的导向辊的辊道保持与后续输送辊道同一水平线，确保带钢顺利输送，如图12所示。2、形成活套后，如图13所示，液压缸收缩行程，铸带导向轮廓的弯曲半径减小，通过实时检测铸带位置，调节铸带导向轮廓的半径，保证铸带与活套位置控制上的导向辊贴合，并且，导向半径大于可致铸带产生裂纹的弯曲半径。3、形成活套后，检测系统实时比较导向辊上的检测编码器23a_23g所发送的检测信号，判断铸带的实际位置和铸带与导向辊之间的接触情况，通过接触铸带的导向辊轴心连线拟合推导出铸带导向轮廓半径。4、形成活套以后，若铸带活套位置控制装置上产生了检测信号，但是检测信号点中最高点与最点之间有一个或多个点没有检测信号，即铸带位置检测信号不连续，说明此时的铸带导向轮廓与铸带所形成的实际弯曲半径不符，则通过液压缸动作第一摇臂或第二摇臂调整铸带导向轮廓，直至位置检测最低点和最高点之间的信号连续产生，并且，铸带活套位置控制装置所形成的铸带导向轮廓曲线半径大于可致铸带产生裂纹的铸带弯曲半径。 保持此时的铸带活套位置控制装置上各个导向辊相互之间的位置不变，继续浇铸。如果再次发生铸带位置检测信号不连续现象，重复上述调解方法，直至浇铸结束。本发明在用于控制铸带应力的装置中采用控制一系列辊子所形成的铸带导向轮廓的方式，控制铸带与在经过导向装置时的应力。本发明在活套导向装置上安装了检测铸带活套位置的装置，可以更加精确地确定活套形状及位置，利于活套控制。本发明中的活套导向装置可以在线实时测量并调节铸带导向轮廓。参看图6至图9，为本发明的一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置的另一实施例，图6至图9显示了该实施例的装置工作原理，基本组成部分是驱动电机20、第一摇臂 21、第二摇臂22、发电电机23a、23b、23c、23d、23e、23f、轴承座24、主动导向辊沈、六根被动导向辊25、传动链条27、链轮观、底座四以及液压缸30、31。主动导向辊沈通过轴承座M固定在底座四上，而底座四固定在基础之上，由此确定了本控制装置的安装位置。主动导向辊沈一端安装有链轮观，通过传动链条27与驱动电机20相连。在主动导向辊沈的两端分别设有一组第一摇臂21、21’，第一摇臂一端与主动导向辊26相连接，另一端与被动导向辊32相连接，而在两者之间还有一根被动导向辊 25固定在第一摇臂上，在液压缸31、31’的驱动下，第一摇臂可以绕主动导向辊沈上下摆动。被动导向辊32同时与第一摇臂22、22’相连，在液压缸30、30’的驱动下，后者可以绕前者上下摆动，而在第二摇臂上均勻地安装有五根被动导向辊32-36，被动导向辊的转动轴承固定在第二摇臂内。本实施例中，铸带活套位置控制装置只有两个动作位置水平或弯曲，固定的弯曲曲率是通过相邻摇臂间的挡块50、51限位限制摇臂相互间的位置而决定。此种方法简单易行，液压缸的动作位置只有两处，控制过程比较容易。对于浇铸单一铸带厚度，活套高度稳定的浇铸条件比较实用。综上所述，本发明的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法适用于检测并控制铸带钢的自由活套，通过安装在导向辊道上的检测仪表，检测到铸带位于导向辊道上的位置，并同时调整活套位置控制装置的铸带导向轮廓的曲率，保证铸钢带在经过该装置进入输送辊道时的弯曲半径大于铸带最小允许弯曲半径，而不会出现裂纹。本发明的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法可以精确检测带钢自由活套的形状，通过调整自由活套低点处的导板曲率可以使铸带钢自由过渡到输送辊道上，不会因为铸带弯曲过大导致表面出现裂纹，进而影响铸带表面质量；通过检测铸带位置而自动改变铸带活套位置控制装置与铸带接触点，能够使导向轮廓与铸带弯曲形状相一致，铸带与导向装置贴合，行走平稳。当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、 变型等都将落在本发明权利要求的范围内。
权利要求
1.一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，它包括冷却辊、侧封板、活套、铸带、导板、夹送辊、轧机、输送辊道、喷淋冷却装置、卷曲机夹送辊、卷曲机以及活套导向辊，其特征在于它还包括活套位置控制装置；所述活套位置控制装置包括驱动电机、第一摇臂、第二摇臂、若干编码器(23)、轴承座、 主动导向辊、数根被动导向辊、传动链条、链轮、底座以及液压缸(30、31)；所述主动导向辊通过轴承座固定在底座上，底座固定在基础上，主动导向辊的一端装有链轮，链轮通过传动链条与驱动电机连接，在主动导向辊的两端分别设有一组第一摇臂 (21,21')，所述第一摇臂一侧与主动导向辊相连接，第一摇臂另一侧与被动导向辊(32)相连接，在主动导向辊与被动导向辊(32)之间设有一根被动导向辊(25)固定在第一摇臂上， 在液压缸(31、31')的驱动下，第一摇臂绕主动导向辊上下摆动；所述被动导向辊(32)还与第二摇臂(22、22')相连，在液压缸(30、30')的驱动下，第二摇臂(22、22')绕被动导向辊(32)上下摆动，所述第二摇臂上装有数根被动导向辊，被动导向辊的转动轴承固定在第二摇臂内。
2.根据权利要求1所述的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，其特征在于，所述被动导向辊设有六根，其中一根被动导向辊安装在第一摇臂上，其余五根被动导向辊均勻地安装在第二摇臂上。
3.根据权利要求1所述的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，其特征在于，所述编码器安置在主动导向辊和被动导向辊的非传动端，且安装于电机后部用来检测转速。
4.根据权利要求1所述的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，其特征在于，所述主动导向辊和被动导向辊的直径均小于200mm，相邻导向辊轴心间距小于500mm。
5.根据权利要求1所述的薄带连铸带钢自由活套位置控制装置，其特征在于，所述液压缸装有位移传感器。
6.一种薄带连铸带钢自由活套位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)与摆动导板接合的导向辊的辊道保持与后续输送辊道同一水平线，确保带钢顺利输送；(2)形成活套后，液压缸收缩行程，铸带导向轮廓的弯曲半径减小，通过实时检测铸带位置，调节铸带导向轮廓的半径，保证铸带与活套位置控制上的导向辊贴合，并且，导向半径大于可致铸带产生裂纹的弯曲半径；(3)形成活套后，检测系统实时比较导向辊上的检测编码器所发送的检测信号，判断铸带的实际位置和铸带与导向辊之间的接触情况，通过接触铸带的导向辊轴心连线拟合推导出铸带导向轮廓半径；(4)形成活套以后，若铸带活套位置控制装置上产生了检测信号，但是检测信号点中最高点与最点之间有一个或多个点没有检测信号，即铸带位置检测信号不连续，说明此时的铸带导向轮廓与铸带所形成的实际弯曲半径不符，则通过液压缸动作第一摇臂或第二摇臂调整铸带导向轮廓，直至位置检测最低点和最高点之间的信号连续产生，并且，铸带活套位置控制装置所形成的铸带导向轮廓曲线半径大于可致铸带产生裂纹的铸带弯曲半径；保持此时的铸带活套位置控制装置上各个导向辊相互之间的位置不变，继续浇铸；如果再次发生铸带位置检测信号不连续现象，重复上述调解方法，直至浇铸结束。
全文摘要
本发明涉及一种薄带连铸带钢自由活套位置控制装置及控制方法，其中主动导向辊通过轴承座固定在底座上，主动导向辊的一端装有链轮，链轮通过传动链条与驱动电机连接，在主动导向辊的两端分别设有一组第一摇臂，第一摇臂一侧与主动导向辊相连接，另一侧与被动导向辊相连接，在液压缸的驱动下，第一摇臂绕主动导向辊上下摆动。一被动导向辊固定在第一摇臂上，还与第二摇臂相连，在液压缸的驱动下，第二摇臂绕该被动导向辊上下摆动，第二摇臂上还装有数根被动导向辊。本发明适用于检测并控制铸带钢的自由活套，通过检测仪表检测到铸带位于导向辊道上的位置，并同时调整铸带导向轮廓的曲率，能使导向轮廓与铸带弯曲形状相一致，铸带与导向装置贴合，行走平稳。
文档编号B22D11/06GK102416450SQ20111043115
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者叶长宏, 郑群, 韩月生 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 宝钢工程技术集团有限公司