CN102240788B - 用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的方法，具体是：通过考虑高温坯壳凝固收缩特性，将结晶器宽度增大过程导入在线调宽过程中，该过程为宽度增加过程，并迅速确定调宽过程的控制参数，包括：调宽速度、调宽时间和楔形段长度；以此来指导连铸结晶器在线调宽操作，实现小范围在线热调宽过程，该过程为宽度增加过程。本发明通过考虑铸坯凝固收缩特点，实施减缓铸坯作用铜板摩擦力，不仅简易可行，操作方便，同时对降低生产成本，改善生产质量，增加金属收得率，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

Description

用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的方法

技术领域

本发明涉及连铸结晶器在线调宽技术领域，尤其是涉及小范围连铸结晶器在线热调整宽度增加的过程。

背景技术

连铸结晶器作为连铸机的心脏，在连铸生产中具有极其重要的作用。随着连铸技术的不断发展，不断变化的连续生产要求对连铸机本身提出了更加严格的要求，结晶器经常需要调整宽度来获得不同尺寸的铸坯。即便是在小范围调整结晶器宽度时，传统的连铸机在变更铸坯尺寸时，采用的方法是停止浇铸，手动调整结晶器宽度或者通过更换结晶器实现宽度改变。在连铸机停机并二次开浇情况下，一方面打乱了钢厂的生产节奏、降低铸坯产量；另一方面停机开浇还造成原材料的浪费，增加生产成本。此外，传统在线调宽技术由于结晶器上下口速度差异导致调宽过程中液压缸出现的瞬时压力变化作用调宽速度的急增和急减，对设备使用不利。

基于上述情况，有必要开发一种新的，能够适应多种规程铸坯连续生产需要、缩短生产准备时间、降低劳动强度、提高铸坯质量，提高设备使用寿命的结晶器连续在线调宽技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的方法，该方法简易可行，为用于连铸生产中小范围在线热态调整宽度增加的过程提供了便捷的途径，从而满足连铸在线变更生产铸坯尺寸的要求。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的计算方法，具体是：通过考虑高温坯壳凝固收缩特性，将结晶器宽度增大过程导入在线调宽过程中，该过程为宽度增加过程，并迅速确定调宽过程的控制参数，包括：调宽速度、调宽时间和楔形段长度；以此来指导连铸结晶器在线调宽操作，实现小范围在线热调宽过程，该过程为宽度增加过程。

所述的用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的计算方法，其步骤包括：

第一步，判定调宽范围：

首先，根据当前实际值和最终目标值，判定是否可进行小范围连铸结晶器在线调宽，如若超出调宽范围则直接终止调宽计算；如若在许用调宽范围之内，则进行调宽控制参数设定步骤； 

第二步，调宽控制参数确定：

调宽速度由公式（1）确定获得：

                           （1）

式中：Vm为调宽速度，Vc为连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值；

如若调宽宽度小于锥度变更量时，则调宽速度由公式（2）确定获得：

                         （3）

式中：Vm为调宽速度，Vc为连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值，W是单侧调宽宽度，l是结晶器有效长度；

调宽时间可由公式（3）确定获得：

                                  （3）

式中：t是调宽时间，Vc是连铸拉坯速度，ΔL是锥度改变量，W是单侧调宽宽度值，l是结晶器有效长度；

如若调宽宽度小于锥度变更量时，则调宽时间有公式（4）确定获得：

                           （4）

式中：t是调宽时间，Vc是连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值，W是单侧调宽宽度值，l是结晶器有效长度；

调宽楔形段长度可由公式（5）确定获得：

                                  （5）

式中：S是楔形段长度，Vc是连铸拉坯速度，t是调宽时间。

本发明通过设定的调宽速度、调宽时间和楔形段长度，就能够详细获知调宽每个阶段，并进行小范围连铸结晶器在线热调宽。

所述小范围连铸结晶器在线热调宽，其中“小范围”是指单边调宽范围不超过10 mm的结晶器宽度变化过程。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要有益效果：

本方法从小范围调整结晶器宽度要求出发，立足于高温坯壳的凝固收缩特性，将结晶器宽度增大过程导入在线调宽过程的计算中，并迅速确定调宽过程控制参数，包括：调宽速度、调宽时间和楔形段长度。通过预设结晶器锥度变更量，利用锥度变更与钢液的凝固过程中高温坯壳的自然收缩量相符的基本特征，将高温坯壳的拉坯过程始终限定在调整的结晶器窄边铜板上，实现了在线调宽过程与拉坯过程的匹配，成功克服了传统调宽工艺中，结晶器上下口速度差异导致平移过程中液压缸的瞬时变化对设备造成的影响，减缓调宽过程中，钢液对窄面铜板的磨损，同时也稳定了连铸结晶器内钢液的凝固传热过程。这为高效连铸提供条件，对降低生产成本，改善生产质量，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

例如：实际生产中，在结晶器单侧锥度为4.5 mm，拉坯速度1.0 m/min，两侧调宽，宽度增加16 mm的生产过程中。传统工艺中将调宽过程中调宽速度设定为6～8 mm/min，这就造成弯月面开始凝固的初生坯壳在出结晶器前的凝固坯壳收缩变化跟不上窄面铜板的平移变化，造成凝固坯壳与结晶器窄边铜板之间间隙，凝固坯壳离开结晶器铜板，影响了坯壳的正常凝固收缩，易于造成连铸生产隐患。

而通过该方法中设定的调宽过程，将调宽过程与拉坯过程进行匹配，实现调宽过程与坯壳的凝固收缩相符。通过首先设定调宽速度设定为5 mm/min，使得在调宽过程中宽度变化的凝固坯壳有结晶器窄边铜板的支撑，同时又不受到铜板的挤压，无应力造成坯壳变形，减缓凝固坯壳对窄面铜板的磨损，减小连铸坯缺陷生成几率。同时，在交替变化锥度过程中，实现结晶器上下口的连续平移变化，对设备顺行十分有利。

综上，本发明通过考虑铸坯凝固收缩特点，实施减缓铸坯作用铜板摩擦力，不仅简易可行，操作方便，同时对降低生产成本，改善生产质量，增加金属收得率，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

附图说明

图1是在实例1中，调宽得到结晶器上下口对应的时间位移关系。

图2是在实例2中，调宽得到结晶器上下口对应的时间位移关系。

具体实施方式

本发明提供的用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的计算方法，具体是：通过考虑高温坯壳凝固收缩特性，将结晶器宽度增大过程导入在线调宽过程中，该过程为宽度增加过程，并迅速确定调宽过程的控制参数，包括：调宽速度、调宽时间和楔形段长度；以此来指导连铸结晶器在线调宽操作，实现小范围在线热调宽过程，该过程为宽度增加过程。

所述的用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的计算方法，其步骤包括：

第一步，判定调宽范围：

首先，根据当前实际值和最终目标值，判定是否可进行小范围连铸结晶器在线调宽，如若超出调宽范围则直接终止调宽计算；如若在许用调宽范围之内，则进行调宽控制参数设定步骤； 

第二步，调宽控制参数确定：

调宽速度由公式（1）确定获得：

                           （1）

式中：Vm为调宽速度，Vc为连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值；

如若调宽宽度小于锥度变更量时，则调宽速度由公式（2）确定获得：

                         （3）

式中：Vm为调宽速度，Vc为连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值，W是单侧调宽宽度，l是结晶器有效长度；

调宽时间可由公式（3）确定获得：

                                  （3）

式中：t是调宽时间，Vc是连铸拉坯速度，ΔL是锥度改变量，W是单侧调宽宽度值，l是结晶器有效长度；

如若调宽宽度小于锥度变更量时，则调宽时间有公式（4）确定获得：

                           （4）

式中：t是调宽时间，Vc是连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值，W是单侧调宽宽度值，l是结晶器有效长度；

调宽楔形段长度可由公式（5）确定获得：

                                  （5）

式中：S是楔形段长度，Vc是连铸拉坯速度，t是调宽时间。

本发明通过设定的调宽速度、调宽时间和楔形段长度，就能够详细获知调宽每个阶段，并进行小范围连铸结晶器在线热调宽。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细阐述，但不限定本发明。

实施例1：

在结晶器单侧锥度为4.5 mm，调宽过程锥度增加量为4.5 mm，拉坯速度1.0 m/min，结晶器高度900 mm，弯月面高度800 mm，两侧调宽，宽度增加16 mm，得到对应的调宽过程速度，时间和楔形段长度关系。

由上述分析可知，结晶器两侧调宽，单侧调宽宽度8 mm。调宽过程中相关参数即可设置为：

tanα=4.5/900， tanθ=(4.5+4.5)/900，V_c=1000 mm/min，l=800 mm，Δl=4.5 mm，W=8 mm

因此：

1. 调宽速度：

                   （1）

2. 调宽时间：

                            （2）

3. 楔形段长度：

                             （3）

本实施例1在调宽过程中，其得到结晶器上下口对应的时间位移关系如图1所示。由图1可知：该过程经由反复锥度变更过程组成，通过锥度变更实现结晶器窄面铜板的小范围调宽过程。通过缓慢的加速变锥过程，实现了锥度变化为设定值（变化4.5 mm）。该过程中，结晶器上下口同时交替运动，液压缸行程连续均匀变化。在结晶器上口锥度达到预设锥度变化一半时（2.25 mm），缓慢减速，直至达到一步调宽锥度变更过程。此时，结晶器下口开始动作，动作过程与结晶器上口相同。该过程中一方面保证结晶器变锥调宽与铸坯凝固收缩相符，坯壳不受应力，不对结晶器产生额外的调宽磨损。另一方面实现调宽过程的连续均匀变化，对调宽装置的长寿化使用具有很重要的意义。

总之，该过程经由反复锥度变更过程实现结晶器宽度的小范围调整过程，为连铸过程中，连续、高效、稳定、安全生产提供必要保证。

实施例2：

在结晶器单侧锥度为7.8 mm，调宽过程锥度增加量为7.8 mm，拉坯速度0.9 m/min，结晶器高度900 mm，弯月面高度800 mm，两侧调宽，宽度增加12 mm，得到对应的调宽过程速度，时间和楔形段长度关系。

由上述分析可知，结晶器两侧调宽，单侧调宽宽度6 mm。调宽过程中相关参数即可设置为：

tanα=7.8/900， tanθ=(7.8+7.8)/900，V_c=900 mm/min，l=800 mm，Δl=7.8 mm，W=6 mm

因此：

1. 调宽速度：

              （3）

2. 调宽时间：

                    （4）

3. 楔形段长度：

                               （3）

本实施例2在调宽过程中，其得到结晶器上下口对应的时间位移关系如图2所示。由图2可知：该过程经由反复锥度变更过程组成，通过锥度变更实现结晶器窄面铜板的小范围调宽过程。通过缓慢的加速变锥过程，实现了锥度变化为设定值（变化7.8 mm）。该过程中，由于锥度变更量大于调宽宽度变化值，因此以调宽宽度变化值作为标准进行小幅调宽。结晶器上下口同时交替运动，液压缸行程连续均匀变化。在结晶器上口锥度达到预设锥度变化一半时（3 mm），缓慢减速，直至达到一步调宽锥度变更过程。此时，结晶器下口开始动作，动作过程与结晶器上口相同。该过程中一方面保证结晶器变锥调宽与铸坯凝固收缩相符，坯壳不受应力，不对结晶器产生额外的调宽磨损。另一方面实现调宽过程的连续均匀变化，对调宽装置的长寿化使用具有很重要的意义。

总之，该过程经由反复锥度变更过程实现结晶器宽度的小范围调整过程，为连铸过程中，连续、高效、稳定、安全生产提供必要保证。

Claims (2)

1.一种用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的方法，其特征在于通过考虑高温坯壳凝固收缩特性，将结晶器宽度增大过程导入在线调宽过程中，该过程为宽度增加过程，并迅速确定调宽过程的控制参数，包括：调宽速度、调宽时间和楔形段长度；以此来指导连铸结晶器在线调宽操作，实现小范围在线热调宽过程，该过程为宽度增加过程；

所述的在线调宽过程控制参数由下述方法获得，其步骤包括：

第一步，判定调宽范围：

首先，根据当前实际值和最终目标值，判定是否可进行小范围连铸结晶器在线调宽，如若超出调宽范围则直接终止调宽计算；如若在许用调宽范围之内，则进行调宽控制参数设定步骤；

第二步，调宽控制参数确定：

调宽速度由公式(1)确定获得：

V_m＝V_c(tanθ-tanα)        (1)

式中：V_m为调宽速度；V_c为连铸拉坯速度；tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值；tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值；

如若调宽宽度小于锥度变更量时，则调宽速度由公式(2)确定获得：

$V_m=V_c\sqrt{\frac{W(\tan \mathrm{\θ}-\tan \mathrm{\α})}{l}}---\left(2\right)$

式中：Vm为调宽速度；Vc为连铸拉坯速度；tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值；tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值；W是单侧调宽宽度；

调宽时间可由公式(3)确定获得：

$t=\frac{4\mathrm{Wl}}{\mathrm{\Δ}{\mathrm{LV}}_c}---\left(3\right)$

式中：t是调宽时间，Vc是连铸拉坯速度，ΔL是锥度改变量，W是单侧调宽宽度值，l是结晶器有效长度；

如果调宽宽度小于锥度变更量时，则调宽时间由公式(4)确定获得：

$t=\frac{1}{V_c}\sqrt{\frac{\mathrm{Wl}}{(\tan \mathrm{\θ}-\tan \mathrm{\α})}}---\left(4\right)$

式中：t是调宽时间，Vc是连铸拉坯速度，tanθ是调宽过程中，锥度变更后的夹角值，tanα是调宽过程前，结晶器锥度的夹角值，W是单侧调宽宽度值，l是结晶器有效长度；

调宽楔形段长度可由公式(5)确定获得：

S＝V_ct    (5)

式中，S是楔形段长度，Vc是连铸拉坯速度，t是调宽时间。

2.权利要求1所述的用于小范围连铸结晶器在线调整宽度增加的方法的用途，其特征在于该方法通过设定的调宽速度、调宽时间和楔形段长度，以获知连铸结晶器在线调宽每个阶段，并进行小范围连铸结晶器在线热调宽。

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