板坯連鑄機主機拉坯力分析研究

程建民，李艷東

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000）

1 概述

河鋼承鋼150t連鑄機是（900-1650）mm×200mm大板坯連鑄機。連鑄機的拉矯系統由西安重型機械研究所扇形段組成，其驅動系統主要由萬向連軸器、行星減速器、異步電動機和機架組成。其控制系統采用西門子s7—400系列PLC、安川G7系列變頻器，可以在不同生產條件下完成拉坯任務。

在生產過程中，發生過滯坯事故或低拉速時造成設備受力過大等問題，本文通過對生產過程中的拉坯力矩進行分析，得出對生產的指導意見。

2 拉坯力分析研究

2.1傳動設備分析

150t連鑄拉矯輥列采用吊裝結構，由一個個獨立的互換性較強的扇形段組合而成。這種獨立的扇形段是具有獨特結構的扇形段。它由帶有橫梁和拉桿的上下框架兩部分構成，其中包括7～8對輥子，輥子為3節輥。扇形段的下框架在支撐框架（底座）上自動定位并卡緊固定，上框架通過配有內裝式位置變送器的4個位置液壓缸與下框架夾持固定在一起，液壓系統的備壓可以保持扇形段的開口度和鑄坯通道的形狀。上驅動輥單獨配置2個傳動液壓缸，以實現驅動輥對鑄坯的壓緊并完成上驅動輥的升降。扇形段帶有遠程控制裝置，4個位置調整液壓缸對扇形段的開口度和輥縫進行遠程設定，可以按照希望的輥縫澆鑄鑄坯。

按照連鑄生產中鑄坯的狀態將整個輥列分為：彎曲段、扇形段、矯直段、水平段。以下詳細說明各段的具體結構和工藝特點。

（1）彎曲段

該段輥列前部分垂直布置，后幾根開始彎曲成弧狀，無電機驅動，輥子半徑較小，主要保持鑄坯在結晶器中的形狀，并通過強冷卻條件使鑄坯快速冷卻。

（2）扇形段

此段采用6組獨立的扇形段組成，分別為第1、2、3、4、5、6段，各個輥子曲率半徑相同，形成圓弧形輥道。鑄坯在該段以弧形并采用氣水冷卻。每個扇形段有2組驅動電機，驅動輥通過液壓缸壓下，主要起拉坯作用。電機驅動輥通過液壓缸對鑄坯有一定的壓下量，并提供一定的拉坯力。第1、2、3段采用輥徑為200mm的輥子。第4、5、6段采用輥徑230mm的輥子。

（3）矯直段

該段采用連續矯直技術，采用2組獨立的扇形段，分別為第7、8段。輥列的形狀經過精心設計使帶液芯的鑄坯在該段進行等曲率的彎曲矯直由圓弧形變為水平。該段輥子受力較大，輥子半徑較大。電機驅動輥通過上液壓缸對鑄坯有一定的壓下量，提供主要的拉坯力和矯直力。

（4）水平段

該段主要對鑄坯進行平整，采用3組獨立的扇形段，分別為第9～11段。輥道水平，在水平段每個扇形段有2組驅動電機。電機驅動輥通過液壓缸為拉坯提供輔助和備用的拉坯力。

2.2 分析數據采集

150t連鑄傳動系統安排，每流共11個扇形段，每個扇形段有一組驅動輥。1～6段驅動電機采用5.5KW電機驅動，7～11段采用11KW電機驅動。由于拉坯過程中數據動態變化，實際力矩測量困難，本文分析時取扇形段傳動變頻器的輸出力矩比例進行參考分析。

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數據通訊網絡如圖1。

圖1 數據通訊網絡圖

整個控制系統以Siemens S7-400為核心，以安川G7變頻器為傳動系統為主體，PLC通過Prof i bus-DP和變頻器進行通訊，向變頻器發送控制指令同時從變頻器讀取相應的狀態數據。數據采集計算機通過以臺網和PLC連接，讀取PLC中各種過程變量。采集計算機通過人機界面程序將生產過程中的變頻狀態數據實時存到SQL數據庫中。

公共數據采集和生產過程中每一時刻每流的拉速、鑄坯寬度、澆注長度、爐號、鋼種、連澆爐數信息采集數據庫結構和力矩數據采集結構如圖，主要采集生產過程中每一時刻的扇形段驅動電機的輸出力矩比例大小。

2.3 數據統計分析

對采集的數據進行分析整理，歸納拉坯力矩與斷面和拉速的關系，并進行統計分析。數據分析時利用聯合查詢完成公共參數和力矩數據的一一對應關系。通過對生產過程中的一段時間的數據跟蹤取得相應數據。

分析簡化，因為每個流有22個傳動電機，在拉坯時力矩同時作用在鑄坯上，整體分析時可以把其簡化為一個傳動來分析。計算出總力矩分量。

式中M為總力矩分量，P1～P22為每個驅動電機的額定功率，M1～M22為每個驅動電機的實時力矩比例（-200%-+200%）。

通過對生產過程中采集的數據進行分析整理，對斷面為1182、1275、1419、1517、1530、1562、1630幾種進行數據統計分析。為簡化計算選取有代表性的1182和1517兩種進行分析，分別代表小斷面和大斷面。

（1）1182端面分析數據

整個澆次數據曲線分析：

圖2 板坯連鑄機1182端面澆次數據曲線圖

由上圖分析可得，整個澆次過程中力矩和拉速存在的相關性如下：在1.2m/min拉速下，力矩在2000左右。力矩隨拉速的增大而增大。

開澆過程的力矩分析：在拉速上升過程中，開始力矩是下降的，到0.8mm/min后開始力矩上升。

停澆時數據分析：降拉速時力矩增大，拉尾坯時剛啟動時力矩最大，隨著尾坯力矩下降后上升再下降。

（2）1530斷面的整個澆次曲線分析

圖3 板坯連鑄機1530端面的整個澆次曲線

在正常拉速下，力矩在2500左右，比1182明顯上升。通過數據曲線分析得到，在開澆過程中，不同斷面的力矩相差不大，在生產正常后，大斷面的明顯要高于小斷面的力矩。且拉速越大，力矩越大。

對于小斷面，力矩隨拉速下降而下降到一定值時拉速反而上升，這個拉速在生產中要盡量避免。通過曲線分析，對于1182斷面的鑄坯這個臨界拉速為9.5m/min～9.6m/min左右。對于大斷面，臨界拉速在0.89m/min～0.9m/min左右。

3 結論

①正常生產過程中，鑄坯斷面越大，拉坯力矩越大。②一般情況下，拉速越高，拉坯力矩越大。③針對不同斷面，拉速下降時拉坯力矩下降，當某一值時，力矩開始上升，這點拉速定義為臨界拉速，我們生產過程中要避免低于這個拉速。④臨界拉速與斷面大小相關，斷面越大，臨界拉速越低。1200mm左右臨界拉速為0.95m/min左右，1500mm左右斷面臨界拉速為0.89～0.9左右。⑤生產過程中如果長時間力矩超過3000以上要進行設備工藝狀態檢查，避免造成拉坯力矩過大引起事故。

4 結束語

板坯連鑄生產過程中拉坯阻力和設備精度，鋼水過熱度，拉速，斷面等都相關，本文從斷面和拉速角度進行分析，得出對生產的過程指導。對板坯連鑄生產過程拉坯阻力的精確分析還需進一步研究。