摘  要：介绍了小方坯连铸机自动定尺系统的组成、主要技术性能及工作原理。论述例如了红外线自定尺系统与切头控制装置的优点，

关键词：连铸机；小方坯；自动定尺系统；切头；改造

    0  引言

    南京钢铁联合有限公司炼钢厂R5．25m小方坯连铸机在线设备是由大连重型机器厂根据德国曼内斯曼-德马克冶金公司引进的技术消化后设计制造的。自动定尺系统是由大连电源设备厂配套的。其全称为k型数字式铸坯计长测速定尺仪，是专为连铸设备设计制造的。该仪器既用来测量铸坯长度和速度。又用来控制坯长定尺，一机两用，分别按装于P1操作室(测长，测速)和民操作室(定尺)。这套仪器为3．8万元一套，3机3流，每流一套，11．4万元。

  1  自动定尺系统

  1．1  组成

  自动定尺系统由计长测速仪和铸坯定尺记数仪两个不可分割的部分组成。

计长测速仪部分由A／D转换电路、比例修正、电路主控振荡电路、计长寄存计数电路、测速自校电路、数据选择电路、锁定及译码、驱动及显示单元、控制电路单元等组成；铸坯定尺记数仪部分由输入电路，坯长寄存器记数、坯长定尺电路、铸坯块数记数器、数据选择电路、锁定以及译码、呕动，显示电路等组成。

    1．2主要技术性能

    (1)输入信号电压范围：cR—Dc 0～108V与拉矫机电动机同轴联接，最高转速l 800r／min。转速为1 000r／min时，测速电机输出DC 60V信号电压，实际为经过半波整流后输出的电压。

    (2)计长量程：9 999．999m(最大值)；

    (3)测速范围：0．0100～5．822 7m／min(典型值)；

    (4)定尺范围：0．0～9．99m连续可调预置；

  (5)切坯记数量程：999P；

  (6)计长精度：取样方式——连续取样；

    累计误差——不大于±0．05％1．

    分辨能力：小于O．000 02m；

    显示最低位置：0．001 m。

(7)测速精度：取样方式——周期取样，1s取样，3s显示；

  测量误差：不大于±0．000 1；

  显示最小位置：0．000 1m。

  (8)定尺精度：坯长误差：0～+0．005m，保证一致性。预置最小位显示

值：0．01m；

    (9)切坯块数误差等于零，满量程自动复零重新记起；

    (10)定尺仪切坯信号继电器接点容：27V、2A；

    (11)使用电源：AC 220V一10％，频率50—60Hz；

    (12)工作环境温度：一20～75℃；

    (13)工作方式：连续；

    (14)耗用功率：20W。

    1．3工作原理

    定尺计长仪是根据小方坯连铸机进行拉坯生产时，拉矫机启动后，安装在拉矫机直流电机同轴上的测速发电机输出一定的电压信号，供给仪器作为模拟输入信号。通过仪器的综合处理、取样、修正、显示等。从而将拉矫速度波动面引起的长度变化寄存累计，到了设定的定尺长度后，向剪切机发出剪切信号，也就保证了计长测量和定尺控制的一致性。

    设拉坯速度为V(m／min)；

    拉矫机拉矫辊直径为D(mm)；

    拉矫电机转速等于测速电机转速为

V₀(r／r)；

    拉矫机拉矫辊转速为V₂(r／s)；

    拉矫机电机与拉矫辊之间的传动速比为B；

    测速发电机输出模拟信号电压为U：

    偏置系数为J。

    v经A／D变换为1mV=1Hz的频率信号为：

    F_c=V.10³它们之间有如下关系

    V=V₂ πD    (1)

    又  V₂=V_l／B    (2)

    将式(2)代入式(1)得

    V=V₁／BπD    (3)

    相应于V的模拟量V经A／D变换后的F_c乘以偏置系数J得f₁，则

    V=f_cJ=f_l    （4）

    由式(4)可清楚的看到拉坯速度V=f₁，即IS取样，显示m／min。将f_l被60除后的脉冲数寄存累计连续计数。显示值就是已浇注拉坯的实际长度，也是计长测速仪的工作原理。同样，取计长测速仪f_l的脉冲信号，经定尺计数仪相同于计长电路处理后，送1／N计数器，即可以通过生产需要的预置长度来控制定尺长度进行切坯。因用经同一电路机构产生的fl脉冲信号，又经同样的电路处理，从而保证了任何情况下计长与定尺的一致性。

    2剪切坯头控制原理

    在拉坯过程中，引链杆带着红坯以拉坯速度在辐道上自由前进，当坯头过摆动剪300mm时，切掉坯头。这一动作在电控系统中由安装在程道上的机械弹簧接触器发出自动剪切信号来完成。即，当引绽杆带着铸坏前进，引链杆头部触到机械簧接照器后，发出接通信号，通过中间继电器信号转换，指令摆动剪进行剪切动作。

    3问题

    在小方坯连铸机设备状况良好的情况下，上述自动定尺系统与剪切坯头是可以完成正常功能的。但是，在生产过程中，由于生产条件的变化，会造成测量不准的问题。

    3．1  压缩空气压力不足引起测量不准

    自动计量定尺系统的本机系统，用拉矫机测速发电机的信号作为模拟电压信号是有问题的。生产过程，如果压缩空气的压力不够或是空压机出现故障，会使拉矫机后辊压力不够，造成拉矫机在铸坯上产生打滑现象。铸坯不走而拉矫机在继续工作，拉矫机同轴联接的测速发电机照常给计长定尺系统输送电压信号，它累汁的长度照样计数，到了预置的定尺长度时，它发出剪切指令，这时剪下的铸坯就是短坯(废品)。

    3．2  无电压信号输出引起测量不准

    当拉矫机电机或是测速发电机发生故障时，无电压信号输出，铸坯可能静止不走，也可能继续下行。如果继续下行，就会造成放长坯现象。

    为了保证生产需要，设备运行可靠，对原来的自动定尺系统与剪切坯头的控制装置进行了改进，并在公司的小方坯连铸机一流上进行了应用。经过50天的拉坯生产考验，情况良好。

    4用“红外线光电继电器跟踪铸坯温度和自动定尺”

    4．1  剪切坯头红外线光电控制装置的安装

    在拉矫机与摆动剪之间的土建基础上焊接一个支架，横跨3流1组辊遭。这个支架用来安装3机3流切坯头的红外线光电继电器的受光器，受光器通水冷却。受光器不能安装在钢结构的摆动剪框架上，因摆动剪在剪切时摆振太大，受光器的角度范围容易偏移，会产生误剪或不剪现象。受光器的角度对准继电器安装在控制柜内。为了避免引链杆尾部被误剪，将继电器的输出接点串联于原切坯头的弹簧接触器控制线路中。这样，当红坯通过摆动剪300mm时，原来的引绽杆头部已经碰到弹簧触发器。它的接点闭合，但不能发出剪切指令，还要等红外线光电继电器发出信号后才能发出剪切指令。当钢坯表面温度达到或超过。700'12时，红外线光电继电器运动，发出开关信号，如果红坯表面温度低于700℃，红外线光电继电器不动作，不发信号。此时，摆动剪呈封剪状态，即不剪切，等到红坯表面温度超过。700℃时再剪切。从而实现了温度跟踪和保护剪刀的目的。

    4．2  自动定尺红外绂光电控制装置的安装

    在摆动剪后横跨3流2组辊道的土建基础上制作一个支架，用来安装自动定尺红外线光电继电器受光器。受光器垂直对准预置的定尺位置。当坯头切掉后，红坯行进到该定尺位置时，受光器根据红坯表面温度向剪切机发出剪切指令，并同时完成温度跟踪检测。当红坯低于’700℃时，摆动剪封剪。这种现象通常发生在拉坯生产出现故障和拉尾坯的情况下。有了红外光电装置后，就能有效地保护剪刃不剪冷钢坯。

4．3红外线光电继电器工作原理

    红外线光电继电器由受光器和继电器两部分组成，受光器装于现场，继电器装于控制柜内。当红坯发出“辐射”的红外线照射到受光器中的硅光敏三极管时，使管子的光电流增加。经放大整形后，驱动继电器吸合。此时开关量输出为高电平。当红坯离开受光器的有效检测面积时，光敏三极管不再受照射，呈截止状态，继电器释放。此时开关量输出为低电平。当被测铸坯存在时，受光器动作指示灯熄灭。当被测红坯离开时，受光器动作指示灯亮。

    为保证装在现场的受光器能可靠的工作，采用水冷式受光器。

    4．4报警指示原理

    为了使P4操作室的操作人员能判断坯头的温度和摆动剪的情况，增加了报警指示。当红坯经过摆动剪且温度达到700℃以上时，受光器动作指示灯熄灭，继电器动作，常开接点闭合，常用闭接点打开。此时属于正常工作。当红坯经过摆动剪时温度低于700℃，受光器动作，指示灯亮，继电器不动作。常闭接点仍在闭台状态。利用一个中间继电器来转换换接点，供给安装在P4操作室的报警信号灯及电铃，使之通电动作，发出信号，通知操作工，不是摆动剪故障，而是坯头温度不够。此时坯头不剪，继续前进，直到铸坯表面温度达到700％：以上时才发出剪切指令。为了不使为和电铃长时间通电工作，当按下解除按钮cA后，灯灭电铃声消失。当受光器接受到高于700％：的温度时，继电器J动作，J接点打开，中间继电器失电，恢复原状。

    5红外线自动定尺系统与切头控制装置的优点

    5．1设备简单，投资少，操作方便

    原来的自动定尺系统除了有一套LS型数字式铸坯计长测速定尺仪外，在摆动剪后还有一套机械定尺装置作为双保险自动定尺用。两者加在一起，每流投资达3万元以上，3流共计9～10万元，而且占地面积大。机械自动定尺装置虽然可靠耐用，但也克服不了碰球摆动而造成的定尺误差(铸坯有长短不齐的现象)。改用红外线光电继电器自动定尺后，设备价格只有2 000元左右。加上辅助设备，3流共计投资约15 000元左右。而且线路简单，便于检修更换。如拆除机械定尺装置后，更便于检修，操作视线也可以扩大，自动定尺的精度也大大提高。

    5．2测量准确，不受拉矫机影响

    自动定尺系统采用红外线光电继电器后，其信号是开关量信号，与拉矫机统彻底脱离。定尺不受设备的连锁反应和拉矫机打滑的影响，从而测量数据准确可靠。

    5．3保证剪机的正常工作温度

    采用红外线光电继电器进行温度跟踪后，可以有效地避免剪切冷坯。

    5．4改造方便

    由于不破坏原系统的控制功能，在生产空隙空间、不影响正常拉坯生产就可以进行安装调试，改造工期不超过3天。(刘刚节选自《江苏冶金》2007年第1期)