專利名稱：一種圓坯連鑄軟壓下控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圓坯連鑄軟壓下控制方法。
背景技術(shù)：
在連鑄機(jī)控制技術(shù)中，軟壓下控制是直接影響鑄坯質(zhì)量好壞的關(guān)鍵技 術(shù)之一。長(zhǎng)期以來，該項(xiàng)技術(shù)被國外幾家大公司所擁有，例如奧地利的奧 鋼聯(lián)工程技術(shù)公司、意大利的達(dá)涅利集團(tuán)等等，這些外國公司通常以"黑 匣子"的形式向國內(nèi)企業(yè)提供該項(xiàng)技術(shù)，這樣國內(nèi)企業(yè)就得支付高額的使 用費(fèi)用，例如天津大無縫鋼管廠、衡陽鋼管廠、武漢鋼鐵(集團(tuán))公司、 鞍鋼股份有限公司等連鑄機(jī)中所使用的均為國外公司的技術(shù)。
圓坯連鑄機(jī)的軟壓下控制技術(shù)與板坯或方坯的軟壓下控制技術(shù)有較大 的不同板坯或方坯連鑄機(jī)的軟壓下控制技術(shù)有比較完備的檢測(cè)手段(例 如輥縫檢測(cè))，而圓坯連鑄機(jī)的軟壓下控制技術(shù)相對(duì)比較粗放，目前還沒有 合適的檢測(cè)手段；圓坯連鑄機(jī)的拉坯規(guī)格(直徑)相對(duì)于板坯或方坯連鑄 機(jī)的鑄坯規(guī)格(厚度)多，并且規(guī)格幅度變化大(最大變幅約300mm);如 果考慮軟技術(shù)方面的因素(例如液芯計(jì)算模型)，那么圓坯連鑄機(jī)軟壓下技 術(shù)的控制難度會(huì)大于板坯或方坯連鑄機(jī)軟壓下技術(shù)的控制難度。
圓坯連鑄機(jī)的軟壓下控制技術(shù)是通過液壓控制回路來實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié) 的。圖1示出了圓坯連鑄機(jī)的軟壓下控制技術(shù)中被廣泛采用的拉矯輥壓下 的液壓控制原理圖，其中VA控制油缸壓下，VB控制油缸上升，VC控制油 缸快速壓下，VD調(diào)節(jié)壓下的壓力。在實(shí)際應(yīng)用中，圓坯連鑄液壓控制回路 的壓力調(diào)節(jié)是通過液壓缸的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，即只有當(dāng)液壓缸有位移時(shí)，外 界施加的壓力才可以被釋放。
但是，這種圓坯連鑄機(jī)的軟壓下控制技術(shù)在控制效果方面卻不盡人意, 尤其是在微壓控制方面，其控制效果非常不好。以達(dá)涅利集團(tuán)在衡管加工 方面所作的控制系統(tǒng)為例，隨著鑄坯規(guī)格逐漸變小，其壓下效果也會(huì)逐漸 變差，進(jìn)而導(dǎo)致鑄坯嚴(yán)重變形。鑄坯變形的主要原因是1)當(dāng)外界施加的壓力大于設(shè)定值時(shí)，液壓控制回路的壓力調(diào)節(jié)不能將壓力完全調(diào)低；2)當(dāng) 外界施加的壓力小于20Kg時(shí)，液壓控制回路無法對(duì)這樣的小壓力進(jìn)行有效 地調(diào)節(jié)。圓形熱坯在受壓時(shí)理論上可以看作拉矯輥的切線對(duì)熱坯的母線施 壓，由于其施加的壓強(qiáng)相對(duì)于板坯或方坯的兩個(gè)平面所施加的壓強(qiáng)大，因 此造成了圓坯更容易受壓變形。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決圓坯連鑄機(jī)軟壓下技術(shù)中的圓坯受壓變形問題，本發(fā)明提供 了一種圓坯連鑄軟壓下控制方法，所述方法是當(dāng)液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓 力大于設(shè)定壓力的偏差范圍時(shí)，通過控制壓力調(diào)節(jié)閥使所述輸出壓力等于 所述設(shè)定壓力；當(dāng)所述設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同 的電磁閥使所述輸出壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0。
當(dāng)所述設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同的電磁閥使 所述輸出壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0的步驟具體為
當(dāng)所述設(shè)定壓力為輕壓段壓力時(shí)，對(duì)所述輸出壓力進(jìn)行定時(shí)采樣，如 果采樣得到的壓力大于所述設(shè)定壓力，則關(guān)閉所述液壓調(diào)節(jié)回路的控制油 缸快速壓下的電磁閥。
或者，當(dāng)所述設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同的電 磁閥使所述輸出壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0的步驟具體為
當(dāng)所述設(shè)定壓力為軟壓段壓力時(shí)，對(duì)所述輸出壓力進(jìn)行定時(shí)采樣，如 果采樣得到的壓力大于所述設(shè)定壓力，則關(guān)閉所述液壓調(diào)節(jié)回路的控制油 缸快速壓下的電磁閥，并開啟所述液壓調(diào)節(jié)回路的控制油缸上升的電磁閥。
所述定時(shí)采樣的周期為0. 382T，其中T為所述輸出壓力的采樣周期。
所述輕壓段壓力大于25Kg且小于50Kg;所述軟壓段壓力小于等于 25Kg。
有益效果本發(fā)明通過對(duì)輕壓段和軟壓段壓力的不同控制，實(shí)現(xiàn)了液
壓調(diào)節(jié)回路輸出壓力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而完成了圓坯連鑄軟壓下控制，克服 了該項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的不利因素。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中圓坯連鑄機(jī)軟壓下的拉矯輥壓下的液壓控制原理圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的圓坯連鑄軟壓下控制的控制原理圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的圓坯連鑄軟壓下控制的流程圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的液壓調(diào)節(jié)回路的壓力調(diào)節(jié)原理圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例是在不改變現(xiàn)有硬件控制條件的基礎(chǔ)上，通過軟件來實(shí) 現(xiàn)能夠滿足不同規(guī)格圓坯的軟壓下控制。本發(fā)明實(shí)施例采用以下兩個(gè)階段
來實(shí)現(xiàn)對(duì)圓坯連鑄軟壓下的控制 1)有條件的壓力調(diào)節(jié)
當(dāng)圖1中測(cè)壓點(diǎn)PI處的壓力大于設(shè)定值時(shí)，即使調(diào)節(jié)閥VD完全關(guān)閉， 其壓力通過液壓缸和管路內(nèi)泄也得不到有效地釋放，使得作用于圓坯的壓 力過大，造成圓坯嚴(yán)重變形；當(dāng)要求圖1中測(cè)壓點(diǎn)PI處有較小的壓力(例 如小于20Kg)，以防止圓坯受壓變形，但是在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，油路的殘存 壓力還是比較高，達(dá)不到有較小壓力的要求。針對(duì)上述情況，并結(jié)合拉矯 機(jī)的工作壓力范圍(5-50Kg或大于140Kg)，本發(fā)明實(shí)施例采用如下控制策<formula>formula see original document page 5</formula>
上式是對(duì)調(diào)節(jié)閥VD實(shí)施調(diào)節(jié)的函數(shù)，是一個(gè)典型比列積分調(diào)節(jié)器并采 用了邊界控制，即當(dāng)PI處的壓力在正常誤差范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)節(jié)閥VD不作任 何調(diào)節(jié)；當(dāng)PI處的壓力超出正常誤差范圍時(shí)，調(diào)節(jié)閥VD在上述比列積分 調(diào)節(jié)器的作用下進(jìn)行調(diào)節(jié)，以減小輸出壓力。在實(shí)際應(yīng)用中，邊界條件的 設(shè)置可以采用"上小下大"的原則，例如可以設(shè)置偏差值為+2 -5Kg之間， 從而減小因過壓導(dǎo)致圓坯變形的不利因素。比例系數(shù)K和積分時(shí)間可以根 據(jù)具體的生產(chǎn)要求來進(jìn)行設(shè)置，例如可以設(shè)置K在0.8-1.0之間，積分時(shí) 間為60秒G 4。=60S)，這樣可以減小調(diào)節(jié)步長(zhǎng)和放慢調(diào)節(jié)速度，有效保 證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防止超調(diào)。另外，比例積分調(diào)節(jié)器本身的最大調(diào)節(jié)范圍可以由設(shè)定的壓力來進(jìn)行限制。經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)的證明當(dāng)壓力開始由低向 高調(diào)節(jié)時(shí)，需要2個(gè)調(diào)節(jié)周期，壓力開始由高向低調(diào)節(jié)時(shí)，需要3個(gè)調(diào)節(jié) 周期就可以進(jìn)入穩(wěn)定調(diào)節(jié)狀態(tài)，并且壓力上限得到了有效的控制。
2)分段壓下控制
根據(jù)壓下壓力的大小，連鑄軟壓下控制可以分為三大類大于100Kg
(重壓/硬壓)、大于25Kg且小于50Kg (輕壓)和小于等于25Kg (軟壓)。 重壓段軟壓下控制技術(shù)由于主要用于穿引錠桿，相對(duì)來說控制比較容易， 只要保證不打滑和被壓設(shè)備不下溜即可，因此本發(fā)明實(shí)施例不考慮重壓段 下的軟壓下控制。對(duì)于輕壓段和軟壓段的軟壓下控制，本發(fā)明實(shí)施例提出 如下解決方案
a) 輕壓段的軟壓下控制
在輕壓段的軟壓下控制中，目前的控制手段雖然有較好的壓力調(diào)節(jié)效 果，但是每次壓力超過設(shè)定值均會(huì)使圓坯發(fā)生微小的變形。在沒有輥縫控 制的前提下，其積累的誤差會(huì)使圓坯產(chǎn)生較大的變形。如圖1所示，假設(shè) 壓下的壓力為Pa，上升的壓力為Pb，當(dāng)Pa-Pb^時(shí)，液壓缸能保持在某個(gè) 位置不變或者以壓下輥的自重力對(duì)圓坯施壓，如果在合適的時(shí)間(dt)內(nèi)， 能使Pa-Pb^(也即dp/dt—0)，那么圓坯所受壓力與測(cè)壓點(diǎn)PI處所檢測(cè)的 壓力無關(guān)。通常情況下，輕壓段所澆鑄的圓坯規(guī)格比較大，如果壓力過小， 特別在靜態(tài)(暫停澆鑄)時(shí)，如果有2/3的壓下輥同時(shí)失壓，那么有可能造 成圓坯滑脫，因此得選取合適的dt。本發(fā)明實(shí)施例中，在液壓調(diào)節(jié)回路輸 出壓力采樣周期T的黃金分割點(diǎn)時(shí)刻(0. 382T， T為液壓調(diào)節(jié)回路輸出壓力 的采樣周期)對(duì)PI進(jìn)行采樣，如果采集到PI大于壓力的設(shè)定值，那么立 即讓dp—0，即令電磁閥VOl，這樣可以有效地保證圓坯不致因長(zhǎng)期受過 壓而變形，且避免了 "同步失壓"的現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，PI處 的采樣周期可以取值為10-20秒中的某一個(gè)數(shù)值。
b) 軟壓段的軟壓下控制
在軟壓段的軟壓下控制中，現(xiàn)有的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)很難達(dá)到預(yù)定的調(diào)節(jié) 效果。通常情況下，軟壓段所澆鑄的圓坯規(guī)格都比較小，極容易壓變形。 本發(fā)明實(shí)施例在上述輕壓段的軟壓下控制基礎(chǔ)上，提出了 "微提升"控制 思想。所謂"微提升"，是指在軟壓段，拉矯輥用設(shè)定壓力壓下或設(shè)備自重壓下后使dp—0，這只需令電磁閥VC二1，再使用"黃金分割法"對(duì)電磁閥 VB實(shí)施控制(VB^);當(dāng)壓力對(duì)圓坯產(chǎn)生連續(xù)實(shí)質(zhì)性不良影響時(shí)，液壓缸會(huì) 實(shí)質(zhì)性向上提升，然后用設(shè)備自重力對(duì)圓坯壓下。通常情況下，"微提升" 只保持一個(gè)"上升態(tài)勢(shì)"，使圓坯只受到一個(gè)拉矯輥?zhàn)灾貕毫Α?br> 在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，可以使用PLC可編程控制器來實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)階段的 控制，具體包括如下步驟，參見圖2和圖3:
步驟101:設(shè)定液壓調(diào)節(jié)回路的壓力；
步驟102:檢査液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否超出設(shè)定壓力的偏差范圍，
如果是，則執(zhí)行步驟104，否則執(zhí)行步驟103;
步驟103:調(diào)節(jié)閥VD保持當(dāng)前狀態(tài)；
步驟104:檢査液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否超出PI積分調(diào)節(jié)器的調(diào)
節(jié)范圍，如果是，則執(zhí)行步驟106，否則執(zhí)行步驟105;
步驟105: PI積分調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入的壓力偏差值，進(jìn)行PI積分調(diào)節(jié)， 并作用于調(diào)節(jié)閥VD，直到液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值；
圖4示出了液壓調(diào)節(jié)回路的壓力調(diào)節(jié)原理圖；圖4中比例積分調(diào)節(jié)器
與液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力PI形成閉環(huán)控制，當(dāng)壓力超出允許偏差時(shí)，調(diào)
節(jié)閥VD進(jìn)行連續(xù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，直到液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力PI達(dá)到設(shè)定 的壓力值；
步驟106:檢查液壓調(diào)節(jié)回路是否正在澆鑄圓坯，如果是，則執(zhí)行步驟
108，否則執(zhí)行步驟107;
步驟107:液壓調(diào)節(jié)回路保持當(dāng)前狀態(tài)；
步驟108:檢査液壓調(diào)節(jié)回路的設(shè)定壓力是否屬于輕壓力段，如果是， 則執(zhí)行步驟109，否則執(zhí)行步驟113;
步驟109:檢査液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否在輕壓下范圍內(nèi)，如果是， 則執(zhí)行步驟IIO，否則執(zhí)行步驟lll;
步驟110:電磁閥VC在輕壓下指令C1控制下，執(zhí)行開啟動(dòng)作；
輕壓下指令C1可以使(Pa-Pb) —0，即dp/dt—0;
步驟111:檢查液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否大于最大輕壓力，如果是， 則執(zhí)行步驟112，否則執(zhí)行步驟106;
步驟112:電磁閥VC在微提升指令B2控制下，執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作；電磁閥VB在微提升指令B2控制下，執(zhí)行開啟動(dòng)作； 微提升指令B2可以使dp/dt—0;
步驟113:檢查液壓調(diào)節(jié)回路的設(shè)定壓力是否屬于軟壓力段，如果是， 則執(zhí)行步驟114,否則執(zhí)行步驟107;
步驟114:檢査液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否大于最大軟壓力，如果是， 則執(zhí)行步驟115，否則執(zhí)行步驟116;
步驟115:電磁閥VC在微提升指令B1控制下，執(zhí)行開啟動(dòng)作；電磁閥 VB在微提升指令Bl控制下，執(zhí)行開啟動(dòng)作； 微提升指令Bl可以使dp/dt—0;
步驟116:檢查液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否小于最小軟壓力，如果是， 則執(zhí)行步驟117，否則執(zhí)行步驟118;
步驟117:電磁閥VC在軟壓下指令C2控制下，執(zhí)行開啟動(dòng)作；
軟壓下指令C2可以使(Pa-Pb) —0，即dp/dt—0;
步驟118:檢査液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力是否在軟壓力范圍內(nèi)，如果是，
則執(zhí)行步驟119，否則執(zhí)行步驟107;
步驟119:電磁閥VA在關(guān)閉壓下指令A(yù)控制下，執(zhí)行關(guān)閉動(dòng)作。
在實(shí)際應(yīng)用中，輕壓下指令C1或軟壓下指令C2，可以在"黃金分割" 周期內(nèi)(0. 382T， T為液壓調(diào)節(jié)回路輸出壓力的采樣周期)使(Pa-Pb) —0， 即dp/dt—0;微提升指令B1或B2，可以在"黃金分割"周期內(nèi)使(Pa-Pb) —0，即dp/dt—0; dp/dt—0的程度取決于(Pa-Pb)及液壓調(diào)節(jié)回路輸出 壓力的采樣周期T;當(dāng)沒有任何新的控制指令的時(shí)候，液壓調(diào)節(jié)回路系統(tǒng)保 持上次的運(yùn)行狀態(tài)不變。
本發(fā)明通過對(duì)輕壓段和軟壓段壓力的不同控制，實(shí)現(xiàn)了液壓調(diào)節(jié)回路 輸出壓力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而完成了圓坯連鑄軟壓下控制，克服了該項(xiàng)技術(shù) 長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的不利因素。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種圓坯連鑄軟壓下控制方法，其特征在于，當(dāng)液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力大于設(shè)定壓力的偏差范圍時(shí)，通過控制壓力調(diào)節(jié)閥使所述輸出壓力等于所述設(shè)定壓力；當(dāng)所述設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同的電磁閥使所述輸出壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0。
2. 如權(quán)利要求l所述的圓坯連鑄軟壓下控制方法，其特征在于，當(dāng)所 述設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同的電磁閥使所述輸出 壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0的步驟具體為當(dāng)所述設(shè)定壓力為輕壓段壓力時(shí)，對(duì)所述輸出壓力進(jìn)行定時(shí)采樣，如 果采樣得到的壓力大于所述設(shè)定壓力，則關(guān)閉所述液壓調(diào)節(jié)回路的控制油 缸快速壓下的電磁閥。
3. 如權(quán)利要求1所述的圓坯連鑄軟壓下控制方法，其特征在于，當(dāng)所 述設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同的電磁閥使所述輸出 壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0的步驟具體為當(dāng)所述設(shè)定壓力為軟壓段壓力時(shí)，對(duì)所述輸出壓力進(jìn)行定時(shí)采樣，如 果采樣得到的壓力大于所述設(shè)定壓力，則關(guān)閉所述液壓調(diào)節(jié)回路的控制油 缸快速壓下的電磁閥，并開啟所述液壓調(diào)節(jié)回路的控制油缸上升的電磁閥。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的圓坯連鑄軟壓下控制方法，其特征在于， 所述定時(shí)采樣的周期為0. 382T，其中T為所述輸出壓力的采樣周期。
5. 如權(quán)利要求1或2或3所述的圓坯連鑄軟壓下控制方法，其特征在 于,所述輕壓段壓力大于25Kg且小于50Kg;所述軟壓段壓力小于等于25Kg。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓坯連鑄軟壓下控制方法，屬于連鑄技術(shù)領(lǐng)域。所述方法是當(dāng)液壓調(diào)節(jié)回路的輸出壓力大于設(shè)定壓力的偏差范圍時(shí)，通過控制壓力調(diào)節(jié)閥使輸出壓力等于設(shè)定壓力；當(dāng)設(shè)定壓力為輕壓段或軟壓段壓力時(shí)，通過控制不同的電磁閥使輸出壓力對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)為0。本發(fā)明通過對(duì)輕壓段和軟壓段壓力的不同控制，實(shí)現(xiàn)了液壓調(diào)節(jié)回路輸出壓力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而完成了圓坯連鑄軟壓下控制，克服了該項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的不利因素。
文檔編號(hào)B22D11/18GK101412083SQ20081019766
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者周軍求, 徐章云, 趙書文 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司