邱壮  李晓峰

（辽宁紫竹集团恒盛铸业有限公司鞍山114000）

【摘要】介绍了 Board Cut 2008连铸机非接触式自动定尺系统在炼钢连铸机上的应用，分析了该定尺系统误差产生的原因，提出了校正方案。

【关键词】定尺系统；误差分析；数学期望；均方差

1问题的提出

为了适应市场需求，恒盛铸业有限公司新建一条板坯、一条矩坯连铸生产线，于2017年10月投产。其中，板、矩坯定尺切割采用的是北京中远通公司开发的Board Cut 2008连铸机非接触式自动定尺系统，该系统剪切精度高，抗干扰能力强，运行稳定可靠.数据库管理功能强大。其人机界面如图1所示。

该连铸生产线投产后，对切割后的成品坯子（板坯和矩坯）进行了抽样测量，发现坯子的定尺长度有如下问题：

（1） 误差离散性较大。

（2） 有负公差（按工艺要求，成品坯子的长度只允许正公差）。

（3） 误差时常整体偏移。

该自动定尺系统的测量精度是多少？怎样确定坯子定尺切割的预留长度？如何将成品坯子的误差 控制在允许的范围内？这些都是要研究的课题。

2 Board Cut 2008连铸机非接触式自动定尺系统的测量原理及测量精度

2.1测量原理

系统采用光学成像方式，根据红外光照CCD感光元件其像素排列的感光数量,计算钢坯长度， 如图2所示。

2.2测量精度（分辨率）

以板坯为例，由图2可得：

式中：l—成像长度；

L——钢坯长度；

L_m—光学镜头焦距（目距）；

L_w——钢坯到光学透镜的距离（物距）。

CCD像素间距是0.02 mm,即∆l =0.02 mm,由 （1）式可得：

取:L=6000 mm（大多数成品坯子的定尺长度在6000 mm左右）,L_w=17 200 mm （实测光学镜头到板坯辐道的距离）,L_m=70mm（镜头焦距），所以∆L= 17200/70 x 0.02=4.92 mm,即测量精度（分辨率）为4.92 mm。

2.3切割系统组成

2.3.1 切劃装置

切割装置由火焰枪移动装置、切割小车、走行装置及压紧跟踪装置等组成。其中压紧装置由气缸驱动。图3为切割装置示意图。切割装置预备切割时，必须停在零位。

2.3.2测量裟置

测量装置由一架光学镜头、一台计算机和操作台组成。光学镜头将钢坯成像在CCD感光器件上,计算机采集CCD数据并处理,计算钢坯长度并提供人机界面。操作台有触摸屏，可输入切割参数。

2.3.3 切割糸统工作过程

该系统实时监测待切钢坯长度，当钢坯长度接近切割定尺长度时，发出切割预压紧指令，压紧气缸动作，使夹紧装置与钢坯接触，但仅仅是接触，没有压紧力，切割小车仍处于停滞状态，相当于切割预备状态，当钢坯长度到达切割定尺要求时发出指令，使压紧气缸再动作，压紧装置压住钢坯，带动小车与钢坯同步运行，再启动切割枪，开始切割。图4为切割工作程序。

3误差分析

3.1样本分析

以板坯为例，共测量了冷坯2421个，取得了2421个数据，见表1。

按照不同误差加以分组，并记录在这误差范围内板坯的数量，结果如表2。

根据表2做出直方图，见图5。

由图5可以看出，测量误差服从正态分布，它们与a=0（数学期望）,δ=62（均方差）的正态分布符合得相当好。按工艺规定，坯子的定尺长度只能是正公差，若要符合这一要求，则定尺长度要让出一定长度。让出长度计算：对于符合正态分布的随机变量，它的值落在区间［u-3δ, u+3δ］几乎是肯定的，这就是所谓“3δ规则”。其中：-3δ区间就是要让出的长度。-3δ=-3 x 62=-188mm。考虑到测量误差，大体上要让出200 mm,这样，误差在0~ 200mm之间,钢坯损失率约3.4%，损失太大。

3.2查找原因

从切割工作原理、工作过程入手,对测量切割系统的各个环节和设备进行分析,并在生产中对相关设备的物理量和介质进行测量，发现切割小车压紧同步装置的动力气源压力时常波动，导致压紧过程时间变化，影响了切割定尺长度。既压力低时，压紧装置动作慢，压紧时间较长,坯子定尺偏长；压力高时，压紧装置动作快，压紧时间较短，坯子定尺偏短。

经检査，同一管路还有其他几处用户，也在不定时用气，所以造成气源压力波动。为保证气源压力稳定,在气源入口加装一个储气罐，用以稳定气源压力。实践证明非常有效，解决了气源压力不稳定这一问题（见图6）。

问题解决后,对切割后的板坯长度重新取样，共2810个,做岀直方图。

它们与a=0（数学期望）,δ=9.5（均方差）的正态分布符合的相当好。如图7所示。

δ=9.5（该测量系统给出的误差指标是δ≤10mm）,就是说误差已经符合系统要求。

3δ=28.5,即在定尺中加上28.5 mm,即可保证切割均为正公差的概率为99.7%,经与质量管理部门研究，考虑到留有一定余量，最后确定在定尺中加40mm。即切割长度（热定尺）=冷定尺x 1.03 + 40,其中1.03为热胀冷缩系数。

4结束语

该连铸生产线投产已经一年有余，质检部门对板坯定尺长度定期取样测量，基本上没有超差现象，也从来未岀现过故障，系统运行确实稳定，由于定尺误差小，坯子成材率也较高，完全满足了工艺要求。