金属连铸作业的启动方法

专利名称：金属连铸作业的启动方法
技术领域：
本发明涉及金属的连续浇铸，特别是钢的连续浇铸，更确切地说是从浇铸设备准备将熔化的金属盛装在运输容器中如浇包中的浇铸的起动方法。
传统上，一种这种设备具有一个装有浇铸嘴的中间包和锭模，还具有阻塞装置，称为柱塞杆，用来阻塞浇铸嘴和调节浇铸过程中的熔融金属的流量。
在浇铸开始之前，将一个引锭杆置于述及的设备前，这个引锭杆具有一个引锭杆头，插入到锭模中，以便在浇铸开始时暂时阻塞，而述及的柱塞杆处在封闭的位置。
为了开始浇铸，将浇包里的金属倒入中间包中。
然后，打开柱塞杆，让金属通过浇铸嘴流出，灌进锭模。当金属在锭模中达到一个预定的高度时，将引锭杆引向下，以便开始抽出铸件，述及的铸件至少在和冷的锭模壁相接触的部分是凝固的。
存在的一个问题是确定抽取的时间，特别要考虑到在锭模中要求的液位，以及在开始抽取之前产品必需的凝固时间。然而，金属达到锭模中的液位和金属在浇铸嘴中的流量有关，因此特别和柱塞杆打开的位置有关。
这样，为了自动启动浇铸，已经知道的是用一个液位探测器探测金属到达锭模中的预定的液位，且由这个探测器来指示抽取的启动。
另外，还知道使用一个置于锭模中的液位探测器来调节在浇铸过程中抽取的速度或流量，以便在整个浇铸时间内，使金属在模锭内部大体上保持在不变的高度。
然而，这些探测器只能安放在锭模的顶部，而且传统的探测器只能探测很短的距离，这些探测器的放置以能在浇铸过程中测量在参考液位附近的液位的变化。因此它们只能在当金属液位接近参考液位时来探测锭模中的金属。这样，在几乎所有的向锭模流入的时间内，都不能够控制金属的液位。另外，当探测器终于探测到金属的出现，因而启动抽取，而抽取在稳定之前要花一定的时间，因此，金属的液位会有远远超过参考液位的危险，这一危险可以通过同时控制柱塞杆的封闭来减少供应金属的流量来部分地加以避免。然而，柱塞杆的定位是由作动缸控制的，柱塞杆的反应时间不能缩短得足够小来完全避免上面所说问题。再则，金属流动的和柱塞杆控制装置的惰性会引起液位的起伏，这种起伏会在调节之前，即在液位稳定之前，也是浇铸变得均匀之前要延续一段时间。
存在的另一个问题是怎样来确定浇铸的实际开始时间，就是说控制柱塞杆打开时使装在中间包内的金属开始流动的时间。这个问题同样是和控制锭模中液位上升的问题相联系的，这个液位在灌注的大部分时间内是不能探测的，对此，在前面已经看到。因此，唯一可以控制这个液位上升的方法就在于从中间包中流出的金属的流量。这个流量是和柱塞杆的准确位置有关的。然而，传统确定柱塞杆的位置是由位于柱塞杆控制装置上的测量装置来实现的，而不是装在柱塞杆本身上面的测量装置来实现的。这不仅导致打开柱塞杆的操作时间和实际打开的时间有差别，而影响了金属的流量，而且还导致此后柱塞杆位置的指示并不是准确表示柱塞杆本身的实际位置，而这一实际位置决定着金属的流量。这特别是由于在柱塞杆和其控制装置之间的机械连接装置有不可避免的缝隙存在，因此，不仅打开柱塞杆的操作时间和柱塞实际打开的时间，亦即金属开始流动的时间，之间有差异，而且柱塞杆的位置指示并不能准确反映柱塞杆的有效位置，而后者决定着金属的流量。然而，这只能通过了解浇铸开始的准确时刻和流量，才能准确地确定在浇铸过程中锭模内的液位。
这个问题在浇铸辊间连续浇铸的情况下特别成问题，因为在这种技术中准确确定抽取的开始时刻是极其重要的。这就导致需要准确确定浇铸开始的准确时刻和浇注的流量，而在这种技术中，浇铸开始和抽取开始之间的浇注时间是很短的。
本发明的目的在于解决上面所列举的那些问题，特别是能够准确确定有效浇铸的开始时刻和锭模的整个浇注阶段中浇铸的流量。
按照这些目标，本发明的目的在于在一个铸造设备中连续浇铸金属的一种启动方法，所述的铸造设备具有一中间包，该中间包有用柱塞杆可以堵塞的排液孔，而柱塞杆支承在柱塞杆底座上，中间包还有柱塞杆和操纵柱塞杆移动的作动缸之间的机械连动装置，和通过所述的排液孔接受浇铸金属的一个锭模。
根据本发明，这种方法的特征在于，在浇铸启动之前有
a)所述的柱塞杆仅在其自身重量的作用下处在其基座上，所述的控制作动缸没有作用，处在由柱塞杆的位置所决定的初始位置上，b)确定控制作动缸的所述的初始位置，c)对控制作动缸沿关闭方向作用，用来推动处在基座上的柱塞杆，d)用液态金属注入中间包，e)操作控制作动缸，使其移向受控的超封闭位置。这个受控的超封闭位置是用控制作动缸的位置相对其初始位置之间预先确定的距离确定的。而为了启动浇铸f)按照一个预定的控制作动缸随时间移动的规律在打开方向上移动控制作动缸。根据这个规律确定浇铸开始的时刻，并用这个规律来计算控制作动缸从超封闭位置到初始位置所花费的时间。
g)继续沿打开方向操作控制作动缸，以让金属流入锭模中。
后面将进一步弄懂根据本发明的方法，本方法能准确确定熔融金属能开始在柱塞杆和其底座间流动的时刻。
这个时刻恰恰是柱塞杆离开其底座的时刻。
从理论上，只要准确地使柱塞杆保持在这个位置上，并向上移动柱塞杆使之离开其底座，柱塞杆移动开始的准确时刻就决定了浇铸开始的时刻。
然而实际上这是不可能的。事实上，由于中间包中盛装的金属液体对柱塞杆的推力，柱塞杆和控制作动缸间的机械连接机构具有缝隙是不可避免的。显然即使控制作动缸保持在柱塞杆刚好靠在其底座上的所谓的固定的初始位置，但当中间包盛装熔融金属时，柱塞杆的准确位置就要发生变化，特别造成机械缝隙缩小，或者产生膨涨现象。
这将导致柱塞杆的密封被破坏，熔融金属在未将中间包装满前就能意外地流出。
为了避免这个问题，传统地按照以前的技术，操作员在中间包开始充液之前，推动移动柱塞杆的控制作动缸，使柱塞杆牢牢地靠在其底座上。从这时起，操作员实际上不能准确知道在什么时刻所述的柱塞杆在其底座上再回到密封的极限位置，因为他在另一个方向上推动作动缸时，在控制作动缸的位置和柱塞杆位置之间就没有严格的对应关系。
实际上，本发明的原理就是人为地建立起这种对应关系。从这个观点出发，如果先在一个方向而后在另一个方向推动控制作动缸，柱塞杆和控制作动缸各自位置之间就没有严格的对应关系，然而，如果只考察作动缸在一个方向上移动，即在打开的方向上移动，就建立起这种对应关系。
为此，根据本发明，确定控制作动缸的一个可准确测量的位置，因此是一个可以重复的位置，称为受控的超封闭位置。再确定控制作动缸在打开方向上移动的规律，即相应于将柱塞杆向上移动的规律。
所述的受控制的超封闭位置是用称之谓初始位置算起的预定距离确定的。所述初始位置就是柱塞杆刚好离开其底座时控制作动缸的位置。
这里指出，控制作动缸的这个初始位置既不决定于操作员，也不决定于作用在所述作动缸上的任何作用，而仅仅决定于作用在所述设备上特别是所述柱塞杆上的重力。即仅在重力作用下，柱塞杆与其底座的接触决定着控制作动缸的初始位置。因此这里指出在决定初始位置时，是柱塞杆决定控制作动缸的位置；而在浇灌时，显然是控制作动缸决定柱塞杆的位置。
所述的作动缸随时间移动的控制规律是用实验确定的，根据浇铸设备和方法的特征，来建立所述控制作动缸的移动和所述柱塞杆的移动之间的完全确定的关系，所述的柱塞杆开始向上移动时，它就不再与底座接触。与此相反，在此时刻之前，其间不存在这样的确定关系，而只有一个根据时间确定的控制作动缸的位置，而没有柱塞杆的实际位置与作动缸实际位置间的关系。
这个规律因而使得，从步骤f)开始，作动缸的移动和柱塞杆的移动就不存在正比关系。作动缸的这一移动以某种方式对应于通过柱塞杆压在其底座上的力所造成的应力的解除。
然后，自这些应力消除即自柱塞杆和其底座间的接触终止时起，作动缸的移动便导致柱塞杆的移动，从而导致装在中间包内的金属的流出，这样，通过作动缸的作用并根据作动缸的位置就可调节熔融金属的流量。
前面的叙述是用来说明本发明的原理，因此实际上有些理论化。在实际中，流出实际开始的时刻明显地不和柱塞杆离开其底座的时刻严格对应。特别是由于接触面的几何形状并非理想形状，还有熔融金属的物理特性(流动性，表面张力，…等)的影响。因此，作动缸移动的规律是用实际确定的。本发明所描准的目标主要在于浇铸的开始条件能够保证从一次到另一次的可重复性。
根据本发明的一种特殊的安排，进行步骤c)时，向柱塞杆的底座上推柱塞杆，直到由控制装置所施的推力达到一个预定的值。
另一种方案是向柱塞杆的底座上推柱塞杆，直到控制装置达到一个预定的位置。
不管在什么情况下，在将熔融金属注入中间包之前，作用在柱塞杆上的推力对于保证柱塞杆在其底座上的密封性应足够好，以便在向中间包灌装时不会产生干扰这一封闭的危险。与此相反，超封闭位置位于封闭方向上受控制的超封闭位置之外。
根据另一个补充的安排，在浇铸开始时，当控制装置通过初始位置后，柱塞杆就按照所遵循的打开规律自动打开，直到所述的浇铸位置，在整个浇铸锭模期间都保持在这个浇铸位置。这种安排能够在实际上在一个受控的流量下浇铸锭模，以致在锭模中的液态金属的上涨尽可能的平稳，也不致于当锭模中的金属液面接近于拟定的位置时而能不必进行突然性地传统的已知的液位调节。这就特别避免了金属逸出锭模的危险，还保证平稳地过渡到启动阶段，就是说直到锭模中的液位基本上处在拟定的位置，并开始抽取。
根据另一个优选的装置，在锭模内的金属液面没有到达预定浇铸的拟定位置之前启动液位调节，以保证金属液接近拟定的液位时就开始调节液位。在连续浇铸设备中，液位调准是熟知的，是在传感器能够测到金属液位之前就投入工作的。所述的传感器即传统用于调节系统中的传感器。因此，所述的调节就足以，不再用补充打开柱塞杆来调节液位(这通常是金属液位低于正确液位很多的情况)。然而，在传感器探测到锭模里的浇铸金属之前，调节电路就已接通，因此，到探测到金属液位时就能没有延时地进行所述的调节。其结果是，在浇铸金属接近正常液位时，由所述的调节所产生的反应就不太剧烈，没有生成柱塞杆的急剧移动或抽取速度的急剧变化。
从下面要描述的本发明的钢的连续浇铸的一种启动方法中可以看出本发明的其它特征和优点。
附图表示-

图1是一个连续浇铸钢锭设备的示意图。
-图2是一个曲线图，示出控制柱塞杆的作动缸的测量位置随时间的关系。
图1中示出的正在浇铸的连续浇铸设备包括一盛有熔化的钢2的中间包1，中间包上有一排出孔3，排出孔上装有浇铸管4。所述排出孔3可以用一个紧贴在其底座6上的柱塞杆5来堵塞，柱塞杆的移动是用一个控制作动缸7来实现的。控制作动缸7用机械连接装置，如一个用支座9支承的铰接的杠杆8和柱塞杆5连接。
另外，所述的设备本身还有一锭模20，强力冷却模锭20的侧壁，以使通过浇铸管4倒入锭模的熔融金属得到冷却和凝固。在正常的浇铸速率时，至少部分凝固的金属成初轧钢坯21，用抽取辊22从锭模下面取出。图中未画出带动抽取辊转动的电动机。
所述的控制作动缸7上装有一个位置传感器10，一直用来测量作动缸的杆的准确位置。所述的设备还有一调节系统11，在图中示意性地画出。该系统同样和一个液位传感器12相连，用来检测和测量锭模中金属的液位23。
所述的调节系统11还和一个电磁阀13或一个等效的探测装置相连，用来控制作动缸7的移动。调节系统11还和抽取辊22的电动机连接，以能调节其速度。
所有的这些装置在现行的铸造设备中都是传统已知的。
然而，要指出的是，所述的控制作动缸不仅是传统的包括一在缸体内移动的杆的作动缸，例如图1所示的作动缸，还包括任何其它的能保证柱塞杆同样移动功能的作动缸。
作为根据本发明的方法的示例，图2示出从启动过程之前的一个时刻直到达到正确的浇铸状态，作动缸7的位置d随时间t的变化。
线31对应于控制作动缸的初始位置“0”，即当柱塞杆5仅在其重力作用下保持在其底座6上时作动缸杆的测量位置，这时作动缸没有受到电磁阀13的压力，所以柱塞杆的位置仅由柱塞杆5的位置决定。在所示例子中容易明白，柱塞杆的重量和作动缸杆的重量对于杠杆8的作用都是向下的，因此对于柱塞杆和作动缸杆在杠杆上的铰链51和61以及设备上的杠杆支座9上的铰链而言，所有铰链中不可避免的缝隙都位于最高位。
从这个位置开始，操纵作动缸，使其杆移动一个距离d1，以便抵消上面指出的各个缝隙，也使柱塞杆紧紧地压在其底座上。在将金属装入中间包的整个时间内都保持在这个位置，见线32所示。在这个阶段不是确定作动缸的位移d1，而是确定供给作动缸的压力或供给作动缸的负荷。对此前面已经指出。
当中间包装满时，操纵作动缸，将作动缸移到所谓的受控制的超封闭位置(图2中的线33)。这个位置用相对于初始位置的距离为d2来确定，这个距离例如可以是作动缸移动的总距离的一个确定的百分比，例如3％。实际上这个距离是用实验确定的，既不太大，但足以使柱塞杆仍很好地压在其底座上，而在各铰链中不出现任何缝隙。
此后，将这个位置视作前面已经提到的作动缸所遵循的开启规律的作动缸控制的出发点。
这个规律在图2中用线34表示。如图所示，这个规律是线性的，决定了作动缸杆随时间的移动。然而这并非是必须的。代表所述规律的曲线可以根据作动缸和柱塞杆之间的连接装置的运动学和锭模中的流量状态略微离开一直线，这将在后面看到。
因此，当知道了作动缸移动的规律、距离d2和时刻t0，就按照这个规律操纵作动缸的移动，通过计算t0+Δt确定启动的准确时刻t1，此处Δt是作动缸杆移动距离d2所用的时间。在时刻t1，柱塞杆的移动就解除了柱塞杆在受控的超封闭阶段加在其底座上的压力，并弥补所有铰链处的缝隙，所说缝隙的方向是与在灌装中间包之前对作动缸加压时所产生的缝隙的方向相反。然后，作动缸、杠杆和柱塞杆所构成的整体就大体上处在初始时的状态，因为所施的各种作用实际上也和在初始时所使的作用相同。唯一的差别就是这时作动缸是向上拉柱塞杆；而在初始时，柱塞杆顶着作动缸。
从t1时刻开始，流出孔就逐渐打开，开口的打开是用作动缸的移动来控制的，作动缸的移动是在它所遵循的规律的控制下连续进行的，直到由距离d3所决定的那一点。所确定的距离d3对应于给定的柱塞杆的开口。这个开口可以不同于正常浇铸速度所预定的最大开口，所述的最大开口仅在开始抽取后达到。从时刻t1开始，装在中间包内的金属就开始按照柱塞杆开口所确定的流速流入锭模。就是说，流速逐步增大直到作动缸达到位置d3，然后在随后的浇注锭模中稳定在一个指定的值(线35)。
在对锭模浇注而还没有开动抽取期间，金属的流量就不同于开动抽取辊后金属从中间包流入锭模的流量。只有当锭模中金属液位接近液位探测器12时，已知类型的液位调节开始控制作动缸7，从而能控制抽取辊22的速度，使金属流量和抽取速度相适应，以致锭模中的金属基本上保持液位不变，如众所周知的一样。
本发明并不限于前面仅仅作为例子所描述的启动方法。特别是本发明的方法可以有利地用在浇铸辊之间的连铸设备中。
同样，不使用直接安装在作动缸上的传感器10来测量作动缸杆的位置，任何能够准确确定柱塞杆的控制装置的位置的别的装置都能用来进行位置测量。
权利要求
1.在一个铸造设备中连续浇铸金属作业的启动方法，所述的铸造设备包含一中间包(1)，该中间包(1)有一排出孔(3)，该排出孔(3)可用一个和柱塞杆底座(6)相贴的柱塞杆(5)堵塞，所述铸造设备还有在柱塞杆(5)和控制柱塞杆(5)移动的作动缸(7)之间的机械连接装置(8)和接收经由排出孔(3)流出的金属(2)的一个锭模(20)，其特征在于，在浇铸启动之前a)所述的柱塞杆(5)仅在其自身重力作用下位于其底座上，所述的控制作动缸(7)没产生作用，并处在由柱塞杆位置所确定的初始位置(31)，b)确定控制作动缸的所述的初始位置，c)沿关闭方向将作动缸推到柱塞杆底座上，d)将液态金属装入所述的中间包，e)推动控制作动缸，将其引到受控的超封闭位置(33)，所述受控的超封闭位置(33)是由控制作动缸的位置相对于初始位置的预定距离(d2)确定的，而后开始浇铸f)按照控制作动缸随时间移动所遵循的规律(34)在打开方向上推动控制作动缸，浇铸开始时刻(t1)是由这个规律确定的，并用这个规律计算控制作动缸从受控的超封闭位置(33)过渡到初始位置所用的时间，g)并继续在打开方向上推控制作动缸，让金属流入所述的锭模。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤(c)中，向柱塞杆的底座上推动柱塞杆直到由控制作动缸所施的推力达到一个预定的值。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤c)中，向柱塞杆底座推柱塞杆，直到控制作动缸达到一个预定的位置(32)。
4.根据权利要求1至3中任一的方法，其特征在于，在启动浇铸期间，在控制作动缸通过其初始位置以后，继续打开柱塞杆，直到位于完全打开位置下面的浇铸位置(35)，在锭模的浇注期间都保持在这个浇铸位置。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在锭模中金属的液位(23)达到预定的浇铸液位之前，启动液位调节系统，保证自金属液位达到接近预定的液位时就开始调节液位。
全文摘要
本发明的方法,其特征在于,在启动浇铸之前确定柱塞杆的控制作动缸的初始位置(31),以使注塞仅在其重力的作用下位于其底座上,并在设有这个柱塞杆的中间包充液以后推动作动缸使其位于受控的超封闭位置(33),且按照作动缸随时间移动所遵循的规律(34)操纵作动缸来开始浇铸,浇铸的开始时刻(t1)是由这个规律计算的;继续在打开方向上推动控制作动缸,让金属流入锭模。本发明可用于金属的连铸浇铸,特别是钢的连续浇铸。
文档编号B22D11/18GK1264328SQ9880729
公开日2000年8月23日 申请日期1998年7月1日 优先权日1997年7月16日
发明者L·温德维勒, Y·布雷维雷, G·梅西耶, G·菲卢斯, M·阿比卡拉姆, Y·R·勒克莱尔 申请人:尤辛诺公司, 泰森钢铁公开股份有限公司