一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置及方法与流程

本发明属于冶金过程控制技术领域，涉及一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置及方法。

背景技术：

在连铸生产过程中，高温液态钢水经过结晶器和二冷区连续冷却形成带有一定厚度液芯的铸坯，最终完全凝固。由于铸坯在凝固过程中钢液发生了凝固收缩，如果凝固收缩得不到完全补充，在铸坯中心部位可形成偏析、疏松、缩孔和裂纹等内部缺陷。在连铸过程中，在铸坯凝固末端前通过几组机架对带有液芯的铸坯进行压下来补偿凝固收缩，而在此过程中，最核心的技术是如何准确确定铸坯的凝固末端位置。

传统的方法是对连铸过程中的凝固行为建立数学模型，根据钢种性能参数、拉速和冷却参数等计算铸坯的温度场，从而预测凝固末端位置。该技术的缺点是由于凝固液芯的末端位置是理论计算所得，其准确度与模型的建立方法、钢种参数及边界条件密切相关，而且缺乏直接检测依据，生产中很难验证。在连铸实际生产过程中，由于影响因素多而复杂，计算的凝固末端位置和实际偏离很大，导致压下效果波动很大，达不到生产要求。

技术实现要素：

本发明解决的问题在于提供一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置及方法，为连铸机压下提供支持，解决铸坯内部质量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置，支撑导辊的多个机架上设置多个检测位，在每个检测位上分别设置测压元件和位移元件，所述的测压元件和位移元件分别与处理单元相连接，处理单元比较各检测位发送来的压力、位移变化情况，判断出铸坯凝固末端的位置。

所述的检测位设置于机架的四个角落处。

所述的处理单元还根据位移反馈值控制每个机架的导辊位置，使上下导辊间距值为铸坯自然冷却收缩值。

所述的处理单位根据测压元件发送的压下力反馈值，获得导辊负载的分布规律，判断铸坯凝固末端位置：当铸造速度稳定不变时，当相邻机架导辊负载出现突变时，初步确定出现突变的位置为凝固末端位置。

所述的处理单位根据位移元件发送的位移反馈值，对比不同状态的铸坯通过机架时导辊负载的变化，根据当导辊负载斜率进一步确认铸坯凝固末端位置。

一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的方法，在支撑导辊的机架之间设置多个检测位，在每个检测位上分别设置测压元件和位移元件，所述的测压元件和位移元件分别与处理单元相连接；

处理单位根据测压元件发送的压下力反馈值，获得导辊负载的分布规律，判断铸坯凝固末端位置：当铸造速度稳定不变时，当相邻机架导辊负载出现突变时，初步确定出现突变的位置为凝固末端位置；

所述的处理单位根据位移元件发送的位移反馈值，对比不同状态的铸坯通过机架时导辊负载的变化，根据当导辊负载斜率进一步确认铸坯凝固末端位置。

所述的处理单元根据测压元件反馈的判断为：

当铸造速度稳定不变时，当第一个机架的导辊负载大于第二个机架的导辊负载很大时，第一个机架处于铸坯凝固末端位置；当铸造速度为增速变化时，当某个机架的导辊负载由很小变为很大时，则此机架所处位置为铸坯凝固末端位置；当铸造速度为减速变化时，当某个机架的导辊负载由很大变为很小时，则此机架所处位置为铸坯凝固末端位置。

具体的判断为：当铸造速度稳定不变时，当第一个机架的导辊负载为第二个机架的导辊负载2倍时，第一个机架处于铸坯凝固末端位置；当铸造速度为增速变化时，当某个机架的导辊负载增大为原来的2倍时，则此机架所处位置为铸坯凝固末端位置；当铸造速度为减速变化时，当某个机架的导辊负载减小为原来的0.5倍时，则此机架所处位置为铸坯凝固末端位置。

所述的处理单元根据测压元件反馈的判断为：

处理单元通过位移反馈值控制每个机架的导辊位置，使上下导辊间距值为铸坯自然冷却收缩值；逐步减小导辊间距值，当导辊负载近似以二次线性缓慢变化，斜率由小变大，判定此处为铸坯凝固末端位置；逐步减小导辊间距值，导辊负载近似以一次线性快速变化，斜率为定值，判定铸坯已经完全凝固。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置及方法，在支撑导辊的机架设置测压元件和位移元件，通过分析压力、位移变化在铸坯凝固的变化规律，根据铸坯凝固变化时压力、位移相应的突然变化从而进行初步判断和进一步判断判断出铸坯凝固末端的位置：通过记录机架处的铸坯由带有液芯状态变为完全凝固时，导辊负载的变化规律来初步确定铸坯凝固末端位置；通过连续减少辊间距值，分析导辊负载变化差异以及减小量与负载变化的关系来确认铸坯凝固末端位置。

本发明提供的基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置及方法，检测元件设置简单，数据处理简便，很容易能够将压力、位移变化规律与铸坯凝固相结合，而且能够在线进行处理，贴近实际，克服了现有技术中的缺陷，能够为连铸机压下提供支持，解决铸坯内部质量。

附图说明

图1为测压元件和位移元件在机架的安装示意图；

图2为测压元件和位移元件在机架的俯视示意图；

图3为铸造速度变化时铸坯凝固末端的变化示意图；

图4为铸造速度不同时导辊负载变化图；

图5为铸坯没有完全凝固时导辊负载与导辊间距值的比值变化示意图；

图6为铸坯完全凝固时导辊负载与导辊间距值的比值变化示意。

其中，1为导辊，2为铸坯，3为测压元件，4为位移元件，5为支架。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1、图2，一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的装置，在支撑导辊1的多个机架上设置多个检测位，在每个检测位上分别设置测压元件3和位移元件4，所述的测压元件3和位移元件4分别与处理单元相连接，处理单元比较各检测位发送来的压力、位移变化情况，判断出铸坯凝固末端存在的位置。

具体的，所述的检测位设置于机架的四个不同方向，每个方向设置一个检测位；在机架的四个位置分别安装测压元件和位移元件，从而获得位移反馈值和压下力反馈值；通过位移反馈值控制每个机架的导辊位置，使上下导辊间距值为铸坯自然冷却收缩值。

所述的处理单位根据测压元件发送的压下力反馈值，获得导辊负载的分布规律，判断铸坯凝固末端位置：当铸造速度稳定不变时，当相邻机架导辊负载出现突变时，初步确定出现突变的位置为凝固末端位置。

所述的处理单位根据位移元件发送的位移反馈值，对比不同状态的铸坯通过机架时导辊负载的变化，根据当导辊负载斜率进一步确认铸坯凝固末端位置。

一种基于导辊负载检测判断铸坯凝固末端位置的方法，包括以下操作：

在机架的四个位置分别安装测压元件和位移元件，从而获得位移反馈值和压下力反馈值；

通过位移反馈值控制每个机架的导辊位置，使上下导辊间距值为铸坯自然冷却收缩值；

记录机架测压元件压下力反馈值，获得导辊负载的分布规律，初步判断铸坯凝固末端位置：当铸造速度稳定不变时，分析相邻机架导辊负载情况，当相邻机架导辊负载出现突变时，初步确定凝固末端位置。具体判断方法是：当第一个机架的导辊负载大于第二个机架的导辊负载很大时(比如，为第二个机架的导辊负载2倍)，第一个机架处于铸坯凝固末端位置；当铸造速度为增速变化时，当某个机架的导辊负载由小变为很大时(增大为原来的2倍时)，则此机架所处位置为铸坯凝固末端位置。当铸造速度为减速变化时，当某个机架的导辊负载由很大变很小为时(减小为原来的0.5倍时)，则此机架所处位置为铸坯凝固末端位置。

通过位移元件反馈值改变每个机架的导辊位置，对比不同状态的铸坯通过机架时导辊负载的变化规律，分析导辊负载的分布规律差异，进一步确认铸坯凝固末端位置。具体方法为：逐步减小导辊间距值，当导辊负载近似以二次线性缓慢变化，斜率由小变大，可判定此处为铸坯凝固末端位置；逐步减小导辊间距值，导辊负载近似以一次线性快速变化，斜率几乎为定值，可判定铸坯已经完全凝固。

参照图3，铸造速度变化时,凝固末端位置也跟随变化；当铸造速度变小时，凝固末端位置变短，当铸造速度变大时，凝固末端位置变长。

参照图4，机架位置由凝固前到凝固后时，导辊负载出现明显减小且随后基本保持很小波动，所以当导辊负载由大明显变小且随后基本保持很小波动可初步判定此处为铸坯凝末端位置。

参照图5，当导辊间距值逐渐变小时，由于此区域铸坯没有完全凝固，导辊负载近似以二次线性缓慢变化，斜率由小变大，可在附图4的基础上确认为铸坯凝末端位置。

参照图6，当导辊间距值逐渐变小时，由于此区域铸坯完全凝固，弹性系数很大且近视为一恒定值，导辊负载近似以一次线性快速变化，斜率几乎为定值。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。