扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法.pdf

本发明公开了一种扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法，包括以下步骤：(1)设定扇形段的入、出口侧辊子的目标辊缝值；(2)将目标辊缝值转换成目标液压缸位置值，并传递给液压系统；目标辊缝值转换成目标液压缸位置值的计算公式为：Xec＝{[L-(a+a2)]/L}·Xe·cosθ1+[(a+a2)/L]·Xd·cosθ2 Xdc＝[(b+b2)/L]·Xe·cosθ1+{[L-(b+b2)]/L}·Xd·cosθ2(3)液压系统接收到目标液压缸位置值后，通过控制液压缸的活塞行程，使液压缸的活塞运行至所接收到的目标液压缸位置值；(4)液压缸活塞的运行，带动辊子运动，使辊缝达到设定的目标辊缝值，从而实现对辊子辊缝的控制。本发明可实现液压系统对辊子辊缝的精确控制。

1、  一种扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设定扇形段的入、出口侧辊子的目标辊缝值；
(2)将所设定的目标辊缝值转换成目标液压缸位置值，并传递给液压系统；其中：
将所述扇形段入口目标辊缝值X_e转换成入口目标液压缸位置值X_ec采用以下公式：
X_ec＝{[L-(a+a₂)]/L}·X_e·cosθ₁+[(a+a₂)/L]·X_d·cosθ₂
将所述扇形段出口目标辊缝值X_d转换成出口目标液压缸位置值X_dc采用以下公式：
X_dc＝[(b+b₂)/L]·X_e·cosθ₁+{[L-(b+b₂)]/L}·X_d·cosθ₂
其中：
sinθ₁＝a₁/(X_e+2r)    θ₁＝arcsinθ₁
sinθ₂＝b₁/(X_d+2r)    θ₂＝arcsinθ₂
a₂＝r×sinθ₁          b₂＝r×sinθ₂
L＝a₂+a+L_c+b+b₂
Lc：为扇形段入、出口液压缸间距离；
θ₁：为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的夹角；
θ₂：为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的夹角；
a：为扇形段入口上辊中心与入口液压缸间的距离；
b：为扇形段出口上辊中心与出口液压缸间的距离；
a₁：为扇形段入口上辊中心与入口下辊中心间的水平距离；
b₁：为扇形段出口上辊中心与出口下辊中心间的水平距离；
r：为扇形段入出口辊子半径；
(3)液压系统接收到目标液压缸位置值后，通过控制液压缸的活塞行程，使液压缸的活塞运行至所接收到的目标液压缸位置值；
(4)液压缸活塞的运行，带动辊子运动，使辊缝达到设定的目标辊缝值，从而实现对辊子辊缝的控制。

2、  如权利要求1所述的扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将液压缸传感器显示的实际液压缸位置值转换成实际辊缝值；其中：
将所述扇形段入口实际液压缸位置值X_ec’转换成入口实际辊缝值X_e’采用以下公式：
X_e’≈(H_e’-2r)/cosθ₁’
H_e’≈[(L_c+a)/L_c]·X_ec’-(a/L_c)·X_dc’+2r
将所述扇形段出口实际液压缸位置值X_dc’转换成出口实际辊缝值X_d’采用以下公式：
X_d’≈(H_d’-2r)/cosθ₂’
H_d’≈[(L_c+b)/L_c]·X_dc’-(b/L_c)·X_ec’+2r
其中：
tgθ₁’＝a₁/H_e’    θ₁’＝arctgθ₁’
tgθ₂’＝b₁/H_d’    θ₂’＝arctgθ₂’
θ₁’为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的实际夹角；
θ₂’为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的实际夹角。

扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法
技术领域
本发明涉及一种板坯连铸工艺中扇形段轻压下控制技术，具体涉及一种扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法。
背景技术
板坯连铸工艺中，可采用扇形段轻压下控制技术，即在固相率区域fs＝0.3到fs＝0.7之间轻轻地挤压铸坯来改善铸坯的内部质量。在扇形段轻压下控制技术中，通常是通过对每个扇形段的入口侧和出口侧的两端辊子的辊缝进行控制，来实现对板坯厚度及压下程度的控制，其控制是由液压系统来完成的。通常方法是对扇形段的入、出口侧辊子设定目标辊缝值，通过液压缸来将辊缝摆到设定的目标位置。
在扇形段轻压下控制技术的应用过程中，由于在目标辊缝值转换成目标液压缸位置值的过程中存在误差，这就直接影响着辊缝控制的精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法，它可以提高目标辊缝值转换成目标液压缸位置值的准确性，从而实现对辊子辊缝的精确控制。
为解决上述技术问题，本发明扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法的技术解决方案为：
包括以下步骤：
(1)设定扇形段的入、出口侧辊子的目标辊缝值；
(2)将所设定的目标辊缝值转换成目标液压缸位置值，并传递给液压系统；其中：
将所述扇形段入口目标辊缝值X_e转换成入口目标液压缸位置值X_ec采用以下公式：
X_ec＝{[L-(a+a₂)]/L}·X_e·cosθ₁+[(a+a₂)/L]·X_d·cosθ₂    [1]
将所述扇形段出口目标辊缝值X_d转换成出口目标液压缸位置值X_dc采用以下公式：
X_dc[(b+b₂)/L]·X_e·cosθ₁+{[L-(b+b₂)]/L}·X_d·cosθ₂    [2]
其中：
sinθ₁＝a₁/(X_e+2r)    θ₁＝arcsinθ₁
sinθ₂＝b₁/(X_d+2r)    θ₂＝arcsinθ₂
a₂＝r×sinθ₁         b₂＝r×sinθ₂
L＝a₂+a+L_c+b+b₂
Lc：为扇形段入、出口液压缸间距离；
θ₁：为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的夹角；
θ₂：为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的夹角；
a：为扇形段入口上辊中心与入口液压缸间的距离；
b：为扇形段出口上辊中心与出口液压缸间的距离；
a₁：为扇形段入口上辊中心与入口下辊中心间的水平距离；
b₁：为扇形段出口上辊中心与出口下辊中心间的水平距离；
r：为扇形段入出口辊子半径；
(3)液压系统接收到目标液压缸位置值后，通过控制液压缸的活塞行程，使液压缸的活塞运行至所接收到的目标液压缸位置值；
(4)液压缸活塞的运行，带动辊子运动，使辊缝达到设定的目标辊缝值，从而实现对辊子辊缝的控制。
进一步，还包括以下步骤：
将液压缸传感器显示的实际液压缸位置值转换成实际辊缝值，其转换方法为：
将所述扇形段入口实际液压缸位置值X_ec’转换成入口实际辊缝值X_e’采用以下公式：
X_e’≈(H_e’-2r)/cosθ₁’                [3]
H_e’≈[(L_c+a)/L_c]·X_ec’-(a/L_c)·X_dc’+2r
将所述扇形段出口实际液压缸位置值X_dc’转换成出口实际辊缝值X_d’采用以下公式：
X_d’≈(H_d’-2r)/cosθ₂’                [4]
H_d’≈[(L_c+b)/L_c]·X_dc’-(b/L_c)·X_ec’+2r
其中：
tgθ₁’＝a₁/H_e’    θ₁’＝arctgθ₁’
tgθ₂’＝b₁/H_d’    θ₂’＝arctgθ₂’
θ₁’为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的实际夹角；
θ₂’为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的实际夹角。
其中：
H_e’≈[(L_c+a)/L_c]·X_ec’-(a/L_c)·X_dc’+2r
H_d’≈[(L_c+b)/L_c]·X_dc’-(b/L_c)·X_ec’+2r
tgθ₁’＝a₁/H_e’    θ₁’＝arctgθ₁’
tgθ₂’＝b₁/H_d’    θ₂’＝arctgθ₂’
X_ec’：为扇形段入口实际液压缸位置值，可通过传感器检测得到；
X_dc’：为扇形段出口实际液压缸位置值，可通过传感器检测得到；
X_e’：为扇形段入口实际辊缝值；
X_d’：为扇形段出口实际辊缝值；
θ₁’为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的实际夹角；
θ₂’为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的实际夹角。
本发明利用公式[1]和[2]，将所设定的扇形段的入口侧、出口侧辊子的目标辊缝值转换成目标液压缸位置值，液压系统根据目标液压缸位置值，精确控制液压缸活塞的运行，并进而带动辊子运动，使辊缝达到设定的目标辊缝值，从而实现对辊子辊缝的精确控制。
本发明利用公式[3]和[4]，使实际液压缸位置值转换为实际辊缝值，能够使操作人员知道扇形段的入、出口辊的实际辊缝是否真正达到设定的目标辊缝值，从而能够确保对辊子辊缝的精确控制。
本发明的公式满足通用性要求，该公式对于不同类型的扇形段，如弧形段或水平段都适用，使用时只要设置其对应的机械常数即可，因此可应用于相同领域的工艺控制过程中。
本发明不限制具体的软件控制系统，其主公式及其辅助计算部分的式子计算简便，完全可采用任何软件控制系统来编程实现。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是轻压下扇形段辊缝控制过程的示意图；
图2是辊缝值与液压缸位置值的关系图；
图3是辊缝值与液压缸位置值的示意图；
图4是扇形段上辊的运动轨迹图；
图5是液压缸活塞运动方向图；
图6是扇形段目标辊缝值、目标液压缸位置值与扇形段有关机械参数的关联关系图；
图7是扇形段实际辊缝值、实际液压缸位置值与扇形段有关机械参数的关联关系图；
图8是本发明扇形段轻压下控制技术中辊子辊缝的控制方法的流程图。
图中，
Seg：扇形段；
NSR：无轻压下；
X_ec：为扇形段入口目标液压缸位置值；
X_dc：为扇形段出口目标液压缸位置值；
X_e：为所设定的扇形段入口目标辊缝值；
X_d：为所设定的扇形段出口目标辊缝值；
Lc：为扇形段入、出口液压缸间距离；
θ₁：为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的夹角；
θ₂：为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的夹角；
a：为扇形段入口上辊中心与入口液压缸间的距离；
b：为扇形段出口上辊中心与出口液压缸间的距离；
a₁：为扇形段入口上辊中心与入口下辊中心间的水平距离；
b₁：为扇形段出口上辊中心与出口下辊中心间的水平距离；
r：为扇形段入出口辊子半径；
X_ec’：为扇形段入口实际液压缸位置值，可通过传感器检测得到；
X_dc’：为扇形段出口实际液压缸位置值，可通过传感器检测得到；
X_e’：为扇形段入口实际辊缝值；
X_d’：为扇形段出口实际辊缝值；
θ₁’为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线之间的实际夹角；
θ₂’为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线之间的实际夹角。
具体实施方式
如图8所示，先根据需要，设定扇形段的入、出口侧辊子的目标辊缝值。再将目标辊缝值转换成目标液压缸位置值，并传递给液压系统。液压系统接收到目标液压缸位置值后，通过控制液压缸的活塞行程，使液压缸的活塞运行至所接收到的目标液压缸位置值。液压缸活塞的运行，带动辊子运动，使辊缝达到设定的目标辊缝值，从而实现对辊子辊缝的控制。本发明的目标辊缝值转换成目标液压缸位置值是通过以下方式实现的。
如图1所示，应用本发明的连铸机一流有17个扇形段，其中1-4号扇形段只进行位置控制(无轻压下控制)，5-17号扇形段既可进行位置控制，也可进行轻压下控制。因为1-4号扇形段只进行位置控制，所以1号扇形段入口辊位置到4号扇形段出口辊位置始终是线性连接的。当无轻压下时，4号扇形段出口辊位置到17号扇形段出口辊位置线性连接；当有轻压下时，4号扇形段出口辊位置到开始轻压下的扇形段(From SEG)入口辊位置线性连接，开始轻压下扇形段入口辊位置到结束轻压下扇形段(To SEG)出口辊位置线性连接，结束轻压下扇形段出口辊位置到17号扇形段出口辊位置线性连接。
图1示出了从8号扇形段(From SEG)到12号扇形段(To SEG)进行轻压下的情况。如图1所示，1号扇形段入口辊位置到4号扇形段出口辊位置线性连接。当无轻压下时，4号扇形段出口辊位置到17号扇形段出口辊位置线性连接；当有轻压下时，4号扇形段出口辊位置到开始轻压下的FromSEG，即8号扇形段入口辊位置线性连接，8号扇形段入口辊位置到To SEG，即12号扇形段出口辊位置线性连接，12号扇形段出口辊位置到17号扇形段出口辊位置线性连接。
所以，1号扇形段入口辊到4号扇形段出口辊是同一个压下锥度(LT1)。无轻压下时4号扇形段出口辊到17号扇形段出口辊子是同一个压下锥度(NSR Taper)；而有轻压下时其可分为轻压下前调整带、轻压下带、轻压下后调整带三个压下锥度(LT2，SRT，LT3)。
综上所述，无论有无轻压下，对每一个扇形段而言，其入口侧辊子位置与出口侧辊子位置总是线性连接的。由此得出辊缝值与液压缸位置值的关系图，如图2、图3。(为了方便起见，图中的扇形段只示出其入口和出口两个辊子，中间的辊子未示出。)
在扇形段辊缝控制过程中，扇形段的底部框架是固定不动的。扇形段顶部框架运动时其上辊中心点基本上可看成是在垂直于两个下辊中心连接线的直线上运动的，其在水平方向上的位移可忽略。图4所示为顶部框架的运动轨迹，图中X_e’＝X_e+2r，X_d’＝X_d+2r。因此，sinθ₁＝a₁/X_e’；sinθ₂＝b₁/X_d’，即上下辊中心连接线与液压缸中心线之间的夹角θ₁、θ₂是随着辊缝的变化而不断变化的。
当扇形段顶部框架倾斜时，如图5所示，顶部框架按垂直方向X_ec和X_dc运动时，则液压缸活塞按X_ep和X_dp方向运动，由于最大倾斜角度相对于最大位置移动来说很小，因此可忽视液压缸活塞中心线与垂直方向的夹角，可认为X_ec＝X_ep，X_dc＝X_dp，于是液压缸传感器指示的位置就可看成是垂直方向的位移(X_ec和X_dc)，液压缸中心线方向就可认为是垂直于入口侧和出口侧两个下辊中心连接线的方向。由此可知，图4中的角度θ₁或θ₂可理解为入口或出口上、下辊中心的连接线与液压缸中心线之间的夹角。该角度只存在于弧形扇形段，水平扇形段角度可视为0度，此时图或式中的a₁＝0，b₁＝0，考虑到有些扇形段并不是对称的，因此入口、出口角度应分别计算。
根据图6，可推导出设定的目标辊缝值转换为目标液压缸位置值的公式：
由图4及图6可知
sinθ₁＝a₁/(X_e+2r)    θ₁＝arcsinθ₁
sinθ₂＝b₁/(X_d+2r)    θ₂＝arcsinθ₂
a₂＝r×sinθ₁          b₂＝r×sinθ₂
L＝a₂+a+L_c+b+b₂
上面各式中a，b，a₁，b₁，r，Lc皆为扇形段机械常数，角度θ(目标值)随着设定辊缝值X_e或X_d而变化，在扇形段辊缝控制中，始终是知道设定辊缝值X_e和X_d的，因此可根据上面各式算出sinθ和arcsinθ，从而得到θ值。
从图6得到：
H_e＝X_e×cosθ₁                H_d＝X_d×cosθ₂
X_ec＝H_e-[(H_e-H_d)/L]×(a+a₂)
X_dc＝H_d+[(H_e-H_d)/L]×(b+b₂)
X_ec＝(L/L)×H_e-[(a+a₂)/L]×(H_e-H_d)
X_dc＝[(b+b₂)/L]×H_e+[1-(b+b₂)/L]×H_d
X_ec＝{[L-(a+a₂)]/L}×H_e+[(a+a₂)/L]×H_d
X_dc＝[(b+b₂)/L]×H_e+{[L-(b+b₂)]/L}×H_d
因此得到目标辊缝值转换成目标液压缸位置值的公式为：
X_ec＝{[L-(a+a₂)]/L}·X_e·cosθ₁+[(a+a₂)/L]·X_d·cosθ₂    [1]
X_dc＝[(b+b₂)/L]·X_e·cosθ₁+{[L-(b+b₂)]/L}·X_d·cosθ₂    [2]
通过公式[1]、[2]将目标辊缝值转换成目标液压缸位置值，能够提高扇形段的控制精度。
为了让操作人员知道扇形段的入、出口辊是否真正摆到目标位置，也就是经过液压系统的控制，实际辊缝是否真正达到设定的目标辊缝值，就需要知道实际辊缝值，而实际辊缝值必须通过实际液压缸位置值的转换之后并显示出来才能得知。将实际液压缸位置值转换为实际辊缝值通过以下方式实现。
由图7可知：
H_e’≈X_ec+[(X_ec-X_dc)/L_c]×a+2r＝[(L_c+a)/L_c]×X_ec-(a/L_c)×X_dc+2r
H_d’≈X_dc-[(X_ec-X_dc)/L_c]×b+2r＝[(L_c+b)/L_c]×X_dc-(b/L_c)×X_ec+2r
H_e’≈[(L_c+a)/L_c]·X_ec-(a/L_c)·X_dc+2r
H_d’≈[(L_c+b)/L_c]·X_dc-(b/L_c)·X_ec+2r
tgθ₁’＝a₁/H_e’        θ₁’＝arctgθ₁’
tgθ₂’＝b₁/H_d’    θ₂’＝arctgθ₂’
上面各式中，a，b，a₁，b₁，r，Lc皆为扇形段机械常数，θ₁’为扇形段入口上、下辊中心点连接线与入口液压缸中心线的实际夹角，θ₂’为扇形段出口上、下辊中心点连接线与出口液压缸中心线的实际夹角，因此得到实际液压缸位置值(液压缸传感器显示值)转换成实际辊缝值的公式为：
X_e≈(H_e’-2r)/cosθ₁’    [3]
X_d≈(H_d’-2r)/cosθ₂’    [4]
这几个式子虽然表达的是近似值，根据实际值等于目标值时，辊缝值与液压缸位置值可以互相转换的原则，即假设目标辊缝已知为258.12mm，利用公式[1]、[2]将该辊缝值转换成液压缸位置值，假定液压缸动作后正好达到该目标位置，那么用[3]、[4]应该能将该液压缸位置值再转换成与目标辊缝值相同的值(258.12mm)或偏差很小；当扇形段为水平段时(此时θ₁＝θ₂＝θ₁’＝θ₂’＝0⁰)，公式[1]、[2]和[3]、[4]及其辅助计算完全能够实现辊缝值与液压缸值的互换，当扇形段为弧形段时，通过大量计算证明，用公式[3]、[4]算出的X_e、X_d值与目标辊缝值的偏差小于0.005mm，因此公式[3]、[4]及其辅助计算的计算误差可忽略。
需要说明的是，在进行扇形段辊缝控制中，首先要对扇形段进行调零，调零前应人工测量调零基准面的辊缝值，同样将此基准位辊缝值通过本文中的公式[1]、[2]将它转换成液压缸的调零修正值，当调零时将扇形段下降到该基准面位置时，此时的设定辊缝即为基准辊缝值，而此时的液压缸位置值即为液压缸的调零修正值；在调零结束后的辊缝控制中，液压缸位置值即传感器后来检测到的脉冲数乘以脉冲比重再加上调零修正值，即：
X_ec＝入口液压缸传感器脉冲数×每个脉冲mm数+入口液压缸的调零修正值
X_dc＝出口液压缸传感器脉冲数×每个脉冲mm数+出口液压缸的调零修正值。