薄板坯連鑄機(jī)扇形段校核模型的優(yōu)化

韓靳 李超

摘要： 研究達(dá)涅利薄板坯連鑄機(jī)扇形段的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化扇形段的校核模型，使扇形段最初的輥縫值達(dá)到精度標(biāo)準(zhǔn)要求，為薄板坯連鑄機(jī)進(jìn)一步提高拉速提供設(shè)備保障。

Abstract： The segment mechanical structure of Danieli thin slab caster is studied. By optimizing the segment calculation model ， the segment roll gap value can fulfill the accuracy standard ， which provides equipment support for further improving the casting speed of the thin slab caster.

關(guān)鍵詞： 薄板坯;連鑄機(jī);優(yōu)化

Key words： thin slab;continuous caster;optimization

中圖分類號(hào)：0000? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）16-0098-02

0? 引言

達(dá)涅利薄板坯連鑄機(jī)扇形段輥縫精度問(wèn)題主要是由其獨(dú)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的，與其它的普瑞特、西馬克設(shè)計(jì)的連鑄機(jī)不同，達(dá)涅利設(shè)計(jì)的扇形段活動(dòng)側(cè)與固定側(cè)框架的連接沒(méi)有可靠的導(dǎo)向，扇形段本身的重力問(wèn)題造成非水平安裝的扇形段在最初校核時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生輥縫偏差，輥縫呈現(xiàn)鋸齒狀態(tài)。

基于上述分析，首先要研究薄板坯連鑄機(jī)扇形段的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)受力分析提出目前扇形段校核參數(shù)的修改方案，修改完善扇形段校核參數(shù)后，對(duì)比修改前、后扇形段輥縫值，并與理論值比較，進(jìn)一步優(yōu)化扇形段的校核模型，直到達(dá)到扇形段的輥縫偏差值±0.5mm。

1? 詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

達(dá)涅利設(shè)計(jì)的薄板坯連鑄機(jī)扇形段的校核過(guò)程：扇形段離線維修結(jié)束后，對(duì)扇形段的輥縫進(jìn)行離線校核，即將扇形段水平放置在扇形段液壓測(cè)試臺(tái)上，給定扇形段一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)閉壓力，測(cè)量扇形段的輥縫，通過(guò)調(diào)整扇形段機(jī)械限位的調(diào)整墊片使扇形段輥縫最終達(dá)到理論值，偏差值要求在±0.1mm以內(nèi);扇形段在線安裝后，需要對(duì)扇形段進(jìn)行在線校核，即參照離線校核給扇形段一個(gè)對(duì)應(yīng)的關(guān)閉壓力，扇形段進(jìn)口與出口的關(guān)閉壓力相同，使扇形段的活動(dòng)側(cè)壓在機(jī)械限位柱上，保持關(guān)閉壓力，自動(dòng)控制系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)扇形段的輥縫達(dá)到離線校核時(shí)的輥縫值，按照理論值給定扇形段輥縫的原始值。

對(duì)于薄板坯連鑄機(jī)，扇形段0（彎曲段）、扇形段8-9（水平段）在線的受力狀況與離線受力狀況相同，按照此方法校核扇形段其輥縫偏差不大，但是其它扇形段在線安裝不是水平安裝而是與水平方向呈現(xiàn)不同的角度，導(dǎo)致在線扇形段的輥縫校核與離線校核有較大的差異，這是扇形段輥縫呈現(xiàn)鋸齒狀的主要原因之一。

①通過(guò)薄板坯連鑄機(jī)扇形段在不同液壓夾緊壓力狀態(tài)下扇形段輥縫的變化值分析，確定扇形段離線校核的液壓壓力設(shè)置的合理性。

如圖1，這是薄板坯連鑄機(jī)扇形段A示意圖，因液壓缸和機(jī)械限位在鑄坯寬度方向上存在一定距離，所以在不同的液壓關(guān)閉壓力下，扇形段的框架會(huì)發(fā)生不同程度的彈性變形，從而扇形段的輥縫也會(huì)隨之變化。為了獲得不同液壓壓力下扇形段輥縫的變化狀況，針對(duì)不同扇形段在維修區(qū)做了不同液壓壓力下的測(cè)試。

1）夾緊力在70bar狀態(tài)下，輥縫減小0.34-0.53，隨著夾緊力的變化，扇形段輥縫基本呈線性變化。2）夾緊力在70bar狀態(tài)下，輥縫減小0.34-0.53，隨著夾緊力的變化，扇形段輥縫基本呈線性變化。

用不同的關(guān)閉壓力分別對(duì)扇形段0、扇形段A、扇形段B、扇形段C、扇形段D和彎曲段進(jìn)行測(cè)試，比較其輥縫變化情況，上面是扇形段A、扇形段B的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，扇形段0、扇形段C和扇形段D其測(cè)試結(jié)果相近，在此不再詳細(xì)展示。從上述結(jié)果看，隨著扇形段關(guān)閉壓力的提高，扇形段輥縫逐漸減小，其輥縫減小值與扇形段關(guān)閉壓力基本呈線性關(guān)系。

綜合考慮摩擦力、伺服閥的打開壓力、機(jī)械限位的剛度等因素，最終確定扇形段離線校核液壓壓力為70bar。

②研究扇形段的機(jī)械結(jié)構(gòu)，依據(jù)扇形段在線的不同位置，理論計(jì)算不同扇形段的在線校核壓力。在線扇形段的輥縫校核應(yīng)該與扇形段離線校核時(shí)受力狀況相同，只有這樣才能保證在線扇形段輥縫標(biāo)定的準(zhǔn)確。

在線扇形段0、扇形段8-9與離線測(cè)試位置相同，在線扇形段1-7段并不像離線扇形段一樣水平放置，而是傾斜一定的角度，達(dá)涅利設(shè)計(jì)的薄板坯連鑄機(jī)為了實(shí)現(xiàn)單個(gè)扇形段的大壓下量，扇形段的活動(dòng)側(cè)與固定測(cè)沒(méi)有可靠的導(dǎo)向（其它薄板坯連鑄機(jī)、常規(guī)板坯連鑄機(jī)均設(shè)計(jì)有可靠導(dǎo)向），因?yàn)樯刃味位顒?dòng)側(cè)和固定測(cè)的連接采用銷軸連接，不可避免存在間隙，如果完全按照離線一樣進(jìn)、出口液壓缸均為70bar，在扇形段自身重力的作用下就會(huì)導(dǎo)致在線扇形段輥縫標(biāo)定出現(xiàn)偏差：進(jìn)口輥縫大，出口輥縫小。

在線扇形段校核壓力計(jì)算：以1#扇形段為例。離線校核的壓力：扇形段水平放置，活動(dòng)側(cè)重量6711kg，液壓缸關(guān)閉壓力70bar，打開壓力33bar，液壓缸活塞直徑180，活塞桿直徑80，那么，離線校核扇形段單個(gè)液壓缸的壓力=（9*9-4*4）*3.14*70-9*9*3.14*33=5.9=5894kg≈5.9t，扇形段進(jìn)口壓力=出口壓力=5.9*2+6.71/2=15.2t。

在線校核壓力的計(jì)算：如圖2，進(jìn)口液壓缸的校核壓力為F1，出口液壓缸的校核壓力為F2，活動(dòng)側(cè)扇形段的重力為G，垂直于F1方向的受力平衡未考慮（因該方向不會(huì)對(duì)扇形段校核造成影響），平衡扇形段活動(dòng)側(cè)的傾翻力為FN，則FN*219+FN*221=G*cos14o*297.2

FN*（219+221）=6711*cos14o*297.2

FN=4400kg=4.4t

F1=15.2/2+4.4/2-6.7*sin14o/4=9.4t

F2=15.2/2-4.4/2-6.7*sin14o/4=5t

以此類推，可以得到所有扇形段的進(jìn)、出口單個(gè)液壓缸的校核壓力，如表1。

③優(yōu)化扇形段的校核模型。

1）優(yōu)化扇形段校核壓力，縮小扇形段輥縫標(biāo)定偏差。

原設(shè)計(jì)的在線扇形段輥縫的校核：扇形段0每個(gè)液壓缸的校核壓力為9噸，扇形段1-6段每個(gè)液壓缸的校核壓力均為6.1噸，扇形段7-9段每個(gè)液壓缸的校核壓力均為9噸。這與上述表格計(jì)算的扇形段校核壓力有較大差異，尤其是扇形段1-6段，按照上面表格的數(shù)據(jù)對(duì)在線扇形段校核程序進(jìn)行修改，并重新校核所有扇形段，扇形段的輥縫精度有了明顯改善，偏差值扇形段在線校核的精度由原來(lái)的±1.5mm提高到目前的±0.8mm。

2）通過(guò)FDA曲線分析校核過(guò)程每一步的狀態(tài)，優(yōu)化完善原來(lái)有缺陷的程序，目的是縮小每次校核的輥縫偏差。原始的校段程序中壓力控制只執(zhí)行到第三步，到第四步就自動(dòng)改為位置控制，而此時(shí)的設(shè)定位置是畫面上設(shè)定的72mm（現(xiàn)在的71.5mm）不變，所以會(huì)在第四步的時(shí)候出現(xiàn)壓力增加，檢測(cè)計(jì)算的扇形段開度向目標(biāo)開度靠攏。隨著關(guān)閉壓力的增加，定位柱進(jìn)一步產(chǎn)生形變，根據(jù)以前的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，此過(guò)程中產(chǎn)生的型變量在0.1-0.4mm范圍。而此時(shí)的校段壓力已經(jīng)高于設(shè)定的壓力值，失去了校段的理想狀態(tài)。在校段過(guò)程中，校段偏移量（offset）計(jì)算完成之前（校段第四步）保持壓力控制模式不變。到第五步需要打開扇形段的時(shí)候再轉(zhuǎn)為位置控制，這樣就有效地避免了校段過(guò)程中壓力變化對(duì)校段偏移量計(jì)算帶來(lái)的影響。

具體修改程序如下：a）第一步的關(guān)閉壓力上限修改（防止關(guān)閉壓力過(guò)大在扇形段關(guān)閉過(guò)程中關(guān)閉過(guò)快，關(guān)閉壓力過(guò)大，對(duì)扇形段定位柱產(chǎn)生沖擊）。b）修改校段第一步的位置目標(biāo)（比預(yù)定的校段開度大0.5mm，防止關(guān)閉過(guò)程中定位柱承受大的關(guān)閉壓力或者形變）。c）根據(jù)手持輥縫儀測(cè)試的結(jié)果，對(duì)每個(gè)段的入口和出口校段壓力進(jìn)行修正。d）校段過(guò)程從第二步到第四步都保持壓力控制（防止壓力變化影響對(duì)校段偏移量的計(jì)算）。

④提高扇形段離線維修的精度，實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)。影響扇形段輥縫精度的主要因素：扇形段輥?zhàn)訉?duì)弧精度;扇形段固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)連接的間隙大小;機(jī)械限位的精度。扇形段輥?zhàn)訉?duì)弧精度是扇形段離線維修的主要精度指標(biāo)之一，自始至終比較重視，沒(méi)有問(wèn)題，主要是后面兩項(xiàng)因素需要進(jìn)一步做工作。扇形段固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)的連接問(wèn)題，對(duì)所有關(guān)節(jié)軸承和連接銷軸進(jìn)行檢測(cè)，不合格更換;機(jī)械限位主要問(wèn)題有兩個(gè)，一是限位柱銹蝕不平，換新或堆焊修復(fù)，二是調(diào)整墊片過(guò)多，精度無(wú)法保證，嚴(yán)格按規(guī)定不超過(guò)5個(gè)調(diào)整墊執(zhí)行。

2? 實(shí)施效果與評(píng)價(jià)

實(shí)際完成情況與預(yù)期目標(biāo)對(duì)比情況：

論文目標(biāo)：2017年用多功能輥縫儀檢測(cè)的薄板坯連鑄機(jī)扇形段輥縫偏差值在±1.5mm，薄板坯連鑄機(jī)扇形段校核模型優(yōu)化后，其輥縫偏差值在±0.5mm。

完成情況：經(jīng)過(guò)計(jì)算、修改校核參數(shù)，之后多次優(yōu)化扇形段校核模型，扇形段輥縫偏差值達(dá)到±0.5mm。

3? 結(jié)束語(yǔ)

多年來(lái)達(dá)涅利薄板坯連鑄機(jī)鋸齒形輥縫影響鑄坯質(zhì)量，通過(guò)研究達(dá)涅利設(shè)計(jì)的扇形段的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在不同夾緊壓力狀態(tài)下扇形段輥縫的變化值分析，創(chuàng)新性地提出在線扇形段1-7段的校核應(yīng)該采用進(jìn)、出口不同的校核壓力。通過(guò)修改、優(yōu)化扇形段輥縫校核模型，大大提高了薄板坯連鑄機(jī)扇形段的輥縫精度和鑄坯質(zhì)量，同時(shí)可以推廣到達(dá)涅利其他產(chǎn)線。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊超武，王文學(xué)，劉彩玲，等.板坯連鑄機(jī)中扇形段更換系統(tǒng)的選型與應(yīng)用[J].云南冶金，2018（5）：76-81.

[2]張金柱，潘國(guó)平，楊兆林.薄板坯連鑄設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：冶金出版社，2007.