宝钢分公司4 - 连铸机的扇形段控制 - 图文

2008年第1期宝　钢　技　术17

宝钢分公司4连铸机的扇形段控制

吕　蔚

(宝钢分公司　炼钢厂,上海　200941)

摘要:连铸机扇形段起着支撑和导向铸坯的作用,是在铸坯凝固过程中直接与之接触的设备,对铸坯表面质量和内部质量有很大的影响。扇形段控制的目的主要是使其根据工艺需求确保准确和稳定的辊缝。介绍了宝钢4#板坯连铸机扇形段控制系统的组成和特点,从控制阀和位置传感器这两个决定辊缝控制系统稳定和精度的关键点入手,阐述了提高系统稳定性和精确性的措施;最后介绍了利用扇形段控制来优化连铸工艺流程的理论和实践。

关键词:扇形段;连铸;辊缝

中图分类号:TF777.1　文献标识码:B　文章编号:1008-0716(2008)01-0017-03#

SegmentControlofBaosteelBranch’sNo.4ContinuousCaster

LüWei(SteelmakingPlant,BaosteelBranch,Shanghai200941,China)

Abstract:Castersegmentsplayaroleofguidingandsupportingslabsinthesolidificationprocess.Theyarethe

equipmentsthatcontactslabsdirectlyandwouldaffectslab’ssurfaceandinternalqualitygreatly.Thesegmentcon2trolaimstoensureastableandaccurategapbetweenrollsonthebasisoftheprocessrequirements.ComponentsandcharacteristicsofthesegmentcontrolsystemforBaosteelNo.4slabcontinyouscasterareintroduced.Measurestoen2hancethesystem’sstabilityandaccuracywereelaboratedintermsofthecontrolvalveandpositionsensor,twokeysdecisivetothesystem’sstabilityandaccuracy.Finally,thetheoryandpracticeonoptimizingthecontinuouscastingprocesswiththesegmentcontrolareintroduced.

Keywords:segment;continuouscasting;rollgap

0　前言

连铸机扇形段起着支撑和导向铸坯的作用,

是在铸坯凝固过程中直接与之接触的设备,直接影响着铸坯的表面质量和内部质量。如果连铸机只生产一种厚度规格的普通铸坯,只要采用机械垫片调整扇形段辊缝锥度与铸坯厚度方向的热收缩率相匹配即可。但是,现在很多连铸机都被要求能够生产多种厚度规格的产品,以适应日益复杂的市场需求。另外,还有许多对铸坯内部质量要求比较高的钢种希望采用轻压下技术,即通过收缩辊缝,在铸坯凝固末端施加均匀外力,形成一定的压下量,以减轻甚至消除板坯中心偏析和疏松,从而提高板坯质量。因此,在使用机械垫片调整好辊缝初始值后,还需要根据铸坯的厚度规格

吕　蔚　工程师　1973年生　1996年毕业于北京科技大学

现从事冶金自动化专业　电话　26643803

E2mail　letitgocn@yahoo.com.cn

及轻压下的要求方便灵活地对扇形段辊缝进行调

整。这种调整就是通过扇形段的位置控制系统完成的。

1　扇形段位置控制系统的组成

宝钢4连铸机共18个扇形段,每个扇形段的入口侧和出口侧各设置2个液压缸,驱动扇形段的抬起和压下动作。图1为一个扇形段的侧面示意图。

每个液压缸的动作由一个控制阀来调节,并在缸体内配置位置传感器检测活塞的位置,以实现闭环控制。工艺参数表中针对不同的钢种和浇铸速度定义了每个扇形段入口和出口的目标辊缝值。辊缝与液压缸位置之间的关系如图2所示。

图中,A=P1(X1+X2)/X2-P2?X1/X2,B=P2(X2+X3)/X2-P1?X3/X2,X1为入口到液

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压缸1的距离,X2为2个液压缸的距离,X3为液压缸2到出口的距离,P1,P2为扇形段实际辊缝,

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A,B分别为扇形段入口、出口辊缝。

宝　钢　技　术2008年第1期

感器是确保系统稳定和精度的关键。

控制阀可以采用高速开关电磁阀、比例阀或伺服阀。高速开关阀采用脉冲流量控制方式。由于受电磁铁的响应能力及阀芯运动时间的影响,实际的阀芯响应不可能完全跟随脉冲信号的变化,而且为了防止在目标位置附近发生振荡,这种开关阀在控制上必须设置一个死区,所以其系统响应不是很理想。但是与比例阀、伺服阀相比,高速开关阀具有价格低廉、抗污染能力强的特点,所以还是得到了一些应用。根据实际应用经验,发

图1　扇形段的侧面示意图

Fig.1　Sideviewofasegment

现选择合适的脉冲频率是系统调试的主要难点之

一。较高的频率可以得到较好的精度,但是过高的频率会限制开关阀的线性范围,反而使控制性能变差。而且,在较高的脉冲输出频率下还得考虑PLC自身扫描周期对输入频率的影响,从而使得系统的调试更加复杂,稳定性难以保证。而比例阀或伺服阀采用的是连续控制方式,阀门本身的理论控制误差为零,所以被广泛地应用在各种

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位置控制中。4连铸机选用了伺服阀用于扇形段的位置控制,确保了扇形段动作的响应速度和位置精度。需要强调的是,要保证伺服阀或比例阀良好的工作状态,必须保证油品的清洁度,一般要求达到NAS6级以上。

位置传感器如同整个扇形段控制系统的眼睛,起着举足轻重的作用。目前在冶金行业中广泛使用的是磁致伸缩线性位移传感器。传感器利用非接触技术监测活动磁铁的位移,由于磁铁和传感器并无直接接触,因此传感器可以工作在极其恶劣的工业环境下,还能承受高温、高压和高振荡的环境。传感器的检测精度可达±0.01mm。这些特性正好极大地满足了扇形段控制系统中位置传感器的安装条件和精度要求。

另外需要特别注意的是,为了确保传感器检测到的数据准确无误地传送到PLC控制系统中,

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应该选用具有数字输出的传感器。4连铸机采用的位置传感器的输出信号是一个绝对值,不需要再放大处理,所以不存在信号漂移或变值的情况,更不必定期重新标定,有效地保证了检测的稳定和精度。

图2　辊缝与液压缸位置之间的关系

Fig.2　Calculationrelationshipbetweenthe

cylinderpositionandrollgapvalue

控制PLC利用工艺参数表中的目标辊缝值计算出每个液压缸的目标位置,作为位置控制闭环PID回路的目标值。目标值和位置传感器检测的实际值的偏差就是控制阀的参考值。位置控制示意图见图3。

图3　扇形段位置控制示意图

Fig.3　Schematicdiagramofthesegmentpositioncontrol

3　扇形段控制对连铸工艺流程的优化

2　扇形段位置控制系统的优化

在扇形段位置控制系统中,控制阀和位置传

有了稳定精确的控制和检测元件及稳妥的异

常保护措施,每个扇形段的升降动作都可以灵活准确地达到所需要的位置。从引锭杆插入到完成

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吕　蔚　宝钢分公司4连铸机的扇形段控制

浇注的整个工艺过程中,每个扇形段的辊缝位置

都在不断地进行调整。

在引锭杆插入及回收过程中,扇形段的辊缝被调整到与引锭杆厚度相匹配的大小。当铸坯的头部即将到达某一个扇形段时,该扇形段将被适当抬起,待头部顺利通过后,压下至工艺参数预定的与板坯相适应的位置。这种扇形段频繁的升降动作在很多连铸机上都是没有的,因为如果位置控制得不好,频繁的升降扇形段无法确保准确的辊缝收缩,从而影响铸坯质量。通常,扇形段的开口度都被固定在某个位置,仅仅利用驱动辊的升降来实现引锭杆和铸坯夹送过程中所需的抬起和

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压下动作,所以只有驱动辊与铸坯表面接触。4连铸机除了驱动辊的升降,整个扇形段也随之抬起和压下,使得每个扇形段上所有的辊子都能与铸坯有所接触,最大限度地抑制了铸坯鼓肚,充分贯彻实现了连铸机小辊密排的工艺思想。通过实#

际生产验证,4连铸机的扇形段位置控制情况良好,在日产高达30炉的情况下铸机辊缝位置能够#

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保持稳定和精确,生产的铸坯表面质量和内部质量均保持优良。4　结语

连铸是钢水从液态到固态的连续作业过程,扇形段辊缝的精确稳定不仅是良好的铸坯质量的

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保证,更关系着浇注作业的安全。宝钢分公司4连铸机从系统设计、设备选型上对辊缝控制系统进行的优化,经实践证明是行之有效的。但必须注意的是,良好的控制效果必须以良好的设备状态为基础。由于整个辊缝位置控制的执行系统是液压回路,而像伺服阀等精密液压控制元件的正常工作依赖于清洁的油品质量。所以,为了持续稳定地确保辊缝控制处于良好的状态,保持油品的清洁度是不容忽视的重要环节。

(收稿日期:2007-11-10)(改稿日期:2007-12-29)

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包下渣检测、大容量中间包和中间包吹氩等有利于减少夹杂物。

(2)工艺上,采用先进的一冷、二冷技术全程保护浇注和动态轻压下技术。

(3)在质量管理上,在线质量评估模型和热检及时发现板坯缺陷,采取相应措施。对铸机进行定期检查维护,保证铸机良好的工作状态,减少各类缺陷。

参

考文

献

尺坯,也会有合适的代表数据来说明其质量情况。4.2　板坯的热态检查

对每一块板坯进行在线热态检查,结合质量评估模型的结果初步确定板坯的处置。5　结束语

连铸坯质量由前工序的钢水质量、连铸工艺、

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连铸设备和质量管理技术方面共同决定。4板坯连铸机正是从这些角度出发,采用了一系列技术,来满足板坯的质量要求。

(1)设备上,小辊密排、分节辊布置,连续弯曲,连续矫直,选用合理的弯曲和矫直半径,可减少鼓肚和弯矫变形。扇形段设计允许以最佳工艺参数进行轻压下,有利于防止内裂及中心偏析。结晶器液压非正弦振动减少对铸坯的摩擦力,提高振动精度,减少表面横裂纹。结晶器电磁制动、高精度的结晶器液面控制、较长的铸机垂直段、大

[1]　刘名延,李平,栾兴家,等.板坯连铸机设计与计算[M].北

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[2]　蔡开科.连铸坯裂纹控制[C].板坯连铸技术研讨会论文汇

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(收稿日期:2007-11-19)(改稿日期:2008-01-04)

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