韩靳 李超

摘要： 研究达涅利薄板坯连铸机扇形段的机械结构，通过优化扇形段的校核模型，使扇形段最初的辊缝值达到精度标准要求，为薄板坯连铸机进一步提高拉速提供设备保障。

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.

关键词： 薄板坯;连铸机;优化

Key words： thin slab;continuous caster;optimization

中图分类号：0000                                          文献标识码：A                                  文章編号：1674-957X（2021）16-0098-02

0  引言

达涅利薄板坯连铸机扇形段辊缝精度问题主要是由其独有的机械结构特点造成的，与其它的普瑞特、西马克设计的连铸机不同，达涅利设计的扇形段活动侧与固定侧框架的连接没有可靠的导向，扇形段本身的重力问题造成非水平安装的扇形段在最初校核时已经产生辊缝偏差，辊缝呈现锯齿状态。

基于上述分析，首先要研究薄板坯连铸机扇形段的机械结构，通过受力分析提出目前扇形段校核参数的修改方案，修改完善扇形段校核参数后，对比修改前、后扇形段辊缝值，并与理论值比较，进一步优化扇形段的校核模型，直到达到扇形段的辊缝偏差值±0.5mm。

1  详细技术内容

达涅利设计的薄板坯连铸机扇形段的校核过程：扇形段离线维修结束后，对扇形段的辊缝进行离线校核，即将扇形段水平放置在扇形段液压测试台上，给定扇形段一个标准的关闭压力，测量扇形段的辊缝，通过调整扇形段机械限位的调整垫片使扇形段辊缝最终达到理论值，偏差值要求在±0.1mm以内;扇形段在线安装后，需要对扇形段进行在线校核，即参照离线校核给扇形段一个对应的关闭压力，扇形段进口与出口的关闭压力相同，使扇形段的活动侧压在机械限位柱上，保持关闭压力，自动控制系统认为此时扇形段的辊缝达到离线校核时的辊缝值，按照理论值给定扇形段辊缝的原始值。

对于薄板坯连铸机，扇形段0（弯曲段）、扇形段8-9（水平段）在线的受力状况与离线受力状况相同，按照此方法校核扇形段其辊缝偏差不大，但是其它扇形段在线安装不是水平安装而是与水平方向呈现不同的角度，导致在线扇形段的辊缝校核与离线校核有较大的差异，这是扇形段辊缝呈现锯齿状的主要原因之一。

①通过薄板坯连铸机扇形段在不同液压夹紧压力状态下扇形段辊缝的变化值分析，确定扇形段离线校核的液压压力设置的合理性。

如图1，这是薄板坯连铸机扇形段A示意图，因液压缸和机械限位在铸坯宽度方向上存在一定距离，所以在不同的液压关闭压力下，扇形段的框架会发生不同程度的弹性变形，从而扇形段的辊缝也会随之变化。为了获得不同液压压力下扇形段辊缝的变化状况，针对不同扇形段在维修区做了不同液压压力下的测试。

1）夹紧力在70bar状态下，辊缝减小0.34-0.53，随着夹紧力的变化，扇形段辊缝基本呈线性变化。2）夹紧力在70bar状态下，辊缝减小0.34-0.53，随着夹紧力的变化，扇形段辊缝基本呈线性变化。

用不同的关闭压力分别对扇形段0、扇形段A、扇形段B、扇形段C、扇形段D和弯曲段进行测试，比较其辊缝变化情况，上面是扇形段A、扇形段B的实际测试结果，扇形段0、扇形段C和扇形段D其测试结果相近，在此不再详细展示。从上述结果看，随着扇形段关闭压力的提高，扇形段辊缝逐渐减小，其辊缝减小值与扇形段关闭压力基本呈线性关系。

综合考虑摩擦力、伺服阀的打开压力、机械限位的刚度等因素，最终确定扇形段离线校核液压压力为70bar。

②研究扇形段的机械结构，依据扇形段在线的不同位置，理论计算不同扇形段的在线校核压力。在线扇形段的辊缝校核应该与扇形段离线校核时受力状况相同，只有这样才能保证在线扇形段辊缝标定的准确。

在线扇形段0、扇形段8-9与离线测试位置相同，在线扇形段1-7段并不像离线扇形段一样水平放置，而是倾斜一定的角度，达涅利设计的薄板坯连铸机为了实现单个扇形段的大压下量，扇形段的活动侧与固定测没有可靠的导向（其它薄板坯连铸机、常规板坯连铸机均设计有可靠导向），因为扇形段活动侧和固定测的连接采用销轴连接，不可避免存在间隙，如果完全按照离线一样进、出口液压缸均为70bar，在扇形段自身重力的作用下就会导致在线扇形段辊缝标定出现偏差：进口辊缝大，出口辊缝小。

在线扇形段校核压力计算：以1#扇形段为例。离线校核的压力：扇形段水平放置，活动侧重量6711kg，液压缸关闭压力70bar，打开压力33bar，液压缸活塞直径180，活塞杆直径80，那么，离线校核扇形段单个液压缸的压力=（9*9-4*4）*3.14*70-9*9*3.14*33=5.9=5894kg≈5.9t，扇形段进口压力=出口压力=5.9*2+6.71/2=15.2t。

在线校核压力的计算：如图2，进口液压缸的校核压力为F1，出口液压缸的校核压力为F2，活动侧扇形段的重力为G，垂直于F1方向的受力平衡未考虑（因该方向不会对扇形段校核造成影响），平衡扇形段活动侧的倾翻力为FN，则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

以此类推，可以得到所有扇形段的进、出口单个液压缸的校核压力，如表1。

③优化扇形段的校核模型。

1）优化扇形段校核压力，缩小扇形段辊缝标定偏差。

原设计的在线扇形段辊缝的校核：扇形段0每个液压缸的校核压力为9吨，扇形段1-6段每个液压缸的校核压力均为6.1吨，扇形段7-9段每个液压缸的校核压力均为9吨。这与上述表格计算的扇形段校核压力有较大差异，尤其是扇形段1-6段，按照上面表格的數据对在线扇形段校核程序进行修改，并重新校核所有扇形段，扇形段的辊缝精度有了明显改善，偏差值扇形段在线校核的精度由原来的±1.5mm提高到目前的±0.8mm。

2）通过FDA曲线分析校核过程每一步的状态，优化完善原来有缺陷的程序，目的是缩小每次校核的辊缝偏差。原始的校段程序中压力控制只执行到第三步，到第四步就自动改为位置控制，而此时的设定位置是画面上设定的72mm（现在的71.5mm）不变，所以会在第四步的时候出现压力增加，检测计算的扇形段开度向目标开度靠拢。随着关闭压力的增加，定位柱进一步产生形变，根据以前的历史数据统计，此过程中产生的型变量在0.1-0.4mm范围。而此时的校段压力已经高于设定的压力值，失去了校段的理想状态。在校段过程中，校段偏移量（offset）计算完成之前（校段第四步）保持压力控制模式不变。到第五步需要打开扇形段的时候再转为位置控制，这样就有效地避免了校段过程中压力变化对校段偏移量计算带来的影响。

具体修改程序如下：a）第一步的关闭压力上限修改（防止关闭压力过大在扇形段关闭过程中关闭过快，关闭压力过大，对扇形段定位柱产生冲击）。b）修改校段第一步的位置目标（比预定的校段开度大0.5mm，防止关闭过程中定位柱承受大的关闭压力或者形变）。c）根据手持辊缝仪测试的结果，对每个段的入口和出口校段压力进行修正。d）校段过程从第二步到第四步都保持压力控制（防止压力变化影响对校段偏移量的计算）。

④提高扇形段离线维修的精度，实现最终的目标。影响扇形段辊缝精度的主要因素：扇形段辊子对弧精度;扇形段固定侧与活动侧连接的间隙大小;机械限位的精度。扇形段辊子对弧精度是扇形段离线维修的主要精度指标之一，自始至终比较重视，没有问题，主要是后面两项因素需要进一步做工作。扇形段固定侧与活动侧的连接问题，对所有关节轴承和连接销轴进行检测，不合格更换;机械限位主要问题有两个，一是限位柱锈蚀不平，换新或堆焊修复，二是调整垫片过多，精度无法保证，严格按规定不超过5个调整垫执行。

2  实施效果与评价

实际完成情况与预期目标对比情况：

论文目标：2017年用多功能辊缝仪检测的薄板坯连铸机扇形段辊缝偏差值在±1.5mm，薄板坯连铸机扇形段校核模型优化后，其辊缝偏差值在±0.5mm。

完成情况：经过计算、修改校核参数，之后多次优化扇形段校核模型，扇形段辊缝偏差值达到±0.5mm。

3  结束语

多年来达涅利薄板坯连铸机锯齿形辊缝影响铸坯质量，通过研究达涅利设计的扇形段的机械结构特点和在不同夹紧压力状态下扇形段辊缝的变化值分析，创新性地提出在线扇形段1-7段的校核应该采用进、出口不同的校核压力。通过修改、优化扇形段辊缝校核模型，大大提高了薄板坯连铸机扇形段的辊缝精度和铸坯质量，同时可以推广到达涅利其他产线。

参考文献：

[1]杨超武，王文学，刘彩玲，等.板坯连铸机中扇形段更换系统的选型与应用[J].云南冶金，2018（5）：76-81.

[2]张金柱，潘国平，杨兆林.薄板坯连铸设备及生产技术[M].北京：冶金出版社，2007.