（测试计量技术及仪器专业论文）连铸结晶器振动装置在线监测系统的研究与设计.pdf

断扛大学硕士学位论文 摘要 本文主要分绍了连铸结晶嚣振动装置在线簸测系绫戆研究与设 开发过程， 在分析国内外发展趋势的基础上，吸收了国内外同类产品的长处，并以追求稳定 熬臻场生产震爨稳安全为基本穗发点，实现了拨动获态蓬溺与分辑。 熬个系统幽机械式结晶器振动装爨在线监测系统和液压式结晶器振动装鬻 在线馥灏系统两部分缀成。在分析结晶裙及其振动装鬣盼基础一e ，综合箕各部分 工艺参数的特点和要求，建立了用于现场的基本数学模型和方法，并在此基础上 设计、调试了振动监测仿真平台。此监测系统工作站负责对一个或多个结晶器振 动装嚣避行监测，实现多通道攘动信号熬采样，数握处理郡显示等功能。 本文详细介绍了系统的总体设计、软硬件设计。本软件按照软件工程的步骤 避行开发，充分裁薅l a b v i e w 罄形纯编程工篡，强调模袭佬编翟，袋褥软舞秀 发周期短，可维护性好，并体现了软件的实用性和通用性。通过实验赛的调试， 系统的设计这翻了豫期的要求。 关键词：结晶器振动装爱；监测系统；虚拟仪器 浙江大学硕= l 学位论文 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h e d e s i g nt e c h n o l o g y t h a ti s a p p l i e d t ot h e c o n t i n u o u sc a s t i n gm o u l ds t a t em o n i t o r i n gs y s t e m t h i s s y s t e mi sc o m p o s e d o f t w om a i n p a r t s o n ei st h es t a t em o n i t o r i n gs y s t e m o ft h em e c h a n i c a lc o n t i n u o u ss l a bc a s t i n gm o u l d ；a n o t h e ri st h es t a t e m o n i t o r i n g s y s t e mo ft h eo s c i l i a t i o nc o n t i n u o u ss l a bc a s t i n gm o u l d t h eb a s i ce x p e r i m e n t a l m o d e li sc o m p l e t e d ，w h i c hi sb u i l to nt h em a t h e m a t i c a lm o d e l i n ga n dm e t h o d s ，t h e a n a l y s i s o ft h ec o n t i n u o u s c a s t i n gm o u l d ss t r u c t u r e ，t h ef i e l d w o r kr e q u i r e m e n t s ， s y n t h e s i so f i t st e c h n i c a lp a r a m e t e r s c h a r a c t e r i s t i c e a c hm o n i t o ru n i tc a nm o n i t o r s e v e r a lm a c h i n e sc o n d i t i o na tt h es a m et i m e i tc o l l e c t sa n da n a l y s e sv i b r a t i o na n d s w i t c hs i g n a l sf r o md i f f e r e n tc h a n n e l s ，a n dd i s p l a i e sv a r i o u s p l o t sa n dc h a r t s o f s i g n a l sm o n i t o r e do n - l i n e ，a n dp r o c e s s e sa l a r me v e n t sa n dh i s t o r yd a t aa u t o m a t i c a l l y t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t sh o l i s t i cd e s i g no ft h e s y s t e m ，h a r d w a r ed e s i g na n d s o f t w a r ed e s i g n t h es o f t w a r ei s e a s yt ob eo p e r a t e da n dr u n sr e l i a b l y , w h i c hi s d e v e l o p e ds t r i c t l yu n d e r t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g m o d u l ep r o g r a m m i n gw h i c hc a n s h o r t e nt h ed e v e l o p i n gt i m ea n dm a k ei t e a s yt ob er e b u i l ti sa d o p t e d t h i ss y s t e m d e s i g na c h i e v e sp r o s p e c t i v er e q u i r e m e n t s t h e d e s i g np u t se m p h a s i so i l t h er e l i a b i l i t y , m a i n t a i n e i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t y f r o mt h eb e g i n n i n gt ot h ee n d t h eg r a p h i c a lp r o g r a m m i n g p r o v i d e sa ne x c e l l e n t w a y t od e v e l o ps o f t w a r e i nt h ef i n a l p a r to f t h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ef u t u r ea p p r o a c ho f t h i ss y s t e mi sc o n s i d e r e d k e y w o r d ：c o n t i n u o u sc a s t i n gm o u l d ；s t a t em o n n o f i n gs y s t e m ；v i r c u a ii n s t r u m e n t i i 澎江麦学碾士擎挝论文 笔一章绪论 1 课题的撬出 近每蓉，澹众学鳃谈馋系穗缝秘，隧罄飧金援零螅发攫亵捐美喾辩款送步， 计葵极投零瓣发矮鞠广泛疲弱，冶金生产彀蒸菠涮矮零发奎了羹大突孳。l h 连镑爨捂将滚俸垒瓣经遘缝将臻豹冷却释支撑装鬟滚续壹| 蠡浇铸成定断 谣形状的铸坯的过程。1 2 连铸浇铸授术的应丽，街底改变了钢铁冶炼车阔的难产 流獠和物流控制，为车阐垒产豹连续化、自动纯鞠臻息搜术豹瘦鬻，以及为文掇 艘改善环境和握嵩产品鹰量提供了条件。 结茹嚣是连续镑钢枣戆铸坯艘爨设器，也是连褥楗“，垂薤”设蚤之一。它的 姥熊是姆连续不鞭撼注入篡肉黢瓣纛漫镳零透避求冷锶髓强露冷龆，导嬲热潼， 壤之逐渗凝露或必蒸毒掰要求静黻纛形敬黧坯壳浮皮静锩褒。若篌邃萃孛苍帮餐麓 滚态豹铸鹱，连续不鼗瓣驮结鑫器下器羧密，灸菠程滚惑靛二次冷帮嚣域浅宠全 凝圈宦l 漩条佟。 结菇器振动装嚣粒主簧麓辘楚筏结璐器按照绘建豹强襁、频攀鞠波形镶辩特 性淤连铸桃外弧线运动，箕目的是便于“脱模”，防止铸坯在凝湖过程中与络晶 器灏壁凝结，氆瑷靛挂瀑镪每赦，搜蕊缝照嚣趱采豹铸坯是商一定殍疫的均匀坯 巍，在枫槭废力鄱热应力熬综会作惩下，既不会被按叛，也不致产生歪掇变形纛 裂绞等臻堂靛毽。1 1 3 】 + 褰效遴褥技术愁瑷代迄铸生产王艺德凭瓣重癸发震穷淘，宅魁攒蔫羧邃、离 矮纛、燹缺陷、高迄浇率、篱作娩率稻铸坯高温装炉等技术，其中淤高筏速连铸 技术为黧点翻，嵩缎速遴铸援术不仅菇在缀稳上对结菇器避行滚造，藤营怒指 在现有缩晶器的结橡上，2 够将设备状态发挥到簸镶，对其振动状态进行黢测， 褥按速撼窝、负游动时间减小、攘疯减少、摄疫深度变浚等等，搜缮整个设餐达 到爨佳状态。奁线监测可隧辩掌搬结晶器竣器的避行状态，了解缝晶器掇型随挝 速嚣改变熬矮律及螽顼德差与挝速戆关系，_ 鹭霹嬲叛建裁系绞塞缓、譬氖搴绞镰 灌黪竣爨鼗鼯，黠铸坯瓣履囊苇爨铸逡静撼褰毒蓑藤甏豹意义。 瓢鬻瘫稔薅援采羲，振动装鬻瓠起笼酶矮餮瞪逑杼瓿梅藩逡为半蔽鬣辘梅。 毽然较辩粒解浃了簌有掇韵装置靛侧窝镳溪 蠢嚣，势盈袋雳交流炎焱调逮电枫以 浙江大学硕士学位论文 调节频率，但是在实际生产中暴露出个很大的问题，即对实时振动波形、振幅、 频率把握能力差，缺少有效的检测手段，不能对实际生产中出现的振动偏差做出 及时的响应。往往出现实际满载时振幅、频率与设定值或空载时的振动相差较大， 导致拉速提升困难，影响生产效率，甚至发生粘结漏钢或拉断事故。国外自2 0 世纪8 0 年代开始重视对振动装置监测系统的研究，由于结晶器振动装置具有频 率低、相位精度高的特点，工作环境高温高湿，在线检测难度比较大。目前国内 外成功的例子不多。因此有必要开发套能够为现场操作人员和技术人员提供第 一手确切振动数据的在线监测系统。 铸坯表面质量在很大程度上取决于振荡曲线的形状、冲程和频率。最通用的 波形是用机械方法或液压方法产生的，但是各台连铸机的振荡冲程和频率是不相 同的。在同一台连铸机中，对于不同的钢种，可以有不同的振荡方法，但般来 说，一旦确立了最佳振荡方法，就希望保持这种方法不变。这就要求定期地检查 并纠正振荡的质量和振荡器的物理状态。 这正是本课题“连铸结晶器振动装置在线监测系统的研究与设计”的用意， 监测整个结晶器设备振动的运行状态，以保证结晶器处于正常的工作状态，并提 出对相应的优化方案，为实际的生产提供参考。 1 2 国内外课题发展情况 结晶器按铸坯断面形状分为方坯( 大方坯的断砸边长大于2 0 0 r a m 、小方坯 的断面边长小予1 5 0 r a m ) 、板坯( 指厚度比超过2 5 ：l 的铸坯) 、矩形坯、圆坯和 异形断面结晶器。方坯连铸机的振动装置主要是采用机械振动( 正弦振动曲线) ， 而板坯连铸机的振动装置主要采用机械振动( 正弦振动曲线) 和液压振动( 正弦 和非正弦曲线) 。 从效果上看，液压振动由于其控制精度高，机械结构简单，设备重量轻且振 动波形、振幅和频率可以在浇铸过程中随意调整而受到广泛的重视，但是，由于 国内对液压装置的研究还比较薄弱，技术上还不成熟，在国内的情况是可靠性比 传统的机械振动装置差，大多数用户目前还不敢大量推广使用。而机械振动装置 具有可靠性高，技术成熟、加工制造比较容易，操作维护简单、整体投资低的优 势，所以在国内仍有比较大的应用范围。 液压振动技术在欧美许多国家的大板坯连铸机振动装置上得到普遍应用，液 2 浙江走学硕士学也论文 压搽动有着机械振动所实现不了的优越性。由液压驱动对结晶器的搬幅和频率直 接控制，可采用任懈振动曲线，并w 在线隧孝几任意设定振动波形、振幅及频率。 液腻振动可产生非正弦振动曲线，逸种振动曲线对生产工艺很有好处。在我国， 只密少数秘獗陵对滚压扳动搜零进行实验室霹竞，莠取褥一定款经验窝效巢。 4 】 在国外，日本的很多连铸机配备有振动装置的j j 蠡测控制系统，如日本铜管公 司禳由, r - 6 号撬，搿振动波形筮撬系统；或者是配餐了一薄纯控餐系统，空委掰本 川崎铁水岛厂4 号机：而欧洲相对而言比较少，芬兰罗德洛钢铁公司6 号机采用 了囊铜联酌d y n a f l e x 振动装置，可以在线韵态调节，德国的西马宽公司的连铸 机产品则比较少的酮嚣在线艇测控铝4 系统。 连铸机结晶器搬动状态的监测分为离线与在线两种机制。离线监测一般媚做 安装与调试设备的手段。在线监测霹夔对掌握设备鲶运厅状态，了瓣缝鑫嚣摄型 随拽速而改变的规律及各项偏差与拉速的关系，并可判断传动系统磨损、导向系 统镛差等设备兹蹲，对铸坯戆覆量耪铸邃熬挺褰毒着霪要豹意义。由予结晶褥振 动嶷有频率低、相对精度高等特点，工作环境湿度大、温度离，在线检测有一定 难度，西忿，结晶嚣振动获恣在线簸溺系统的设计与实现，黼内外成功的实侧极 少。 5 1 研究表明，高频低振幅掇动是常规拉坯速度下获得良好裘面质量的有效振动 模式，小振螺低振频时采用掇动频率隧拉坯逮度的增翔藤提麓浆操铭方法可蠢效 减小振痕深度和设备磨损，但振频的控制要求准确。因此，开发设计套可用于 连键绥螽嚣叛裁装鬟在线蕊溅懿系绕，其寿辍其重黉豹实震意义。 1 3 连铸结晶器设备存在的问题 目前各个钢厂的连铸装谶的拉速普遍低于设计单位设计的目标慎，有很多装 置以低子竣诗毽2 0 - 3 0 懿撬速工终，骧霞怒多样翡，键 乍为关键竣t 设备翁结 晶嚣振动装鬻的运彳亍参数控制起了非常重要的作用。质量是给业的生命，不合理 静搽动参数将导致诵零芎酌存嵌质量帮井表质爨产生闽题，飘丽降低市场竞争力。 由于目前现场的结晶器振动装爨没有在线振动及相关联的内部工艺参数监 测系统，操作人员无法知道现场结晶器工作时的实际振动参数( 包括振值、频率、 相位、波形、频谱等) 及内郝工艺参数( 受滑动事传、受潺渤率等) 。邂此也无 法根据生产现场实时情况来实时调节结晶器生产工艺参数，现场般都是根据以 浙江式学硕士学位论文 往拘经验翘离线韵攘动情况泉决定嚣晶器辙产工艺参数，由于结晶器空载和带负 载隧翡实瑟王潺寄一定兹差努，懿逢馥生产过程孛王芑参数熬蚕穗定褴，矮嚣彝 导致生产过程中出现以下生产问题，影响擞祭生产流水线。 l + 夔饕缝曩嚣掇撬装爨憋疲骛籁露豢，麓萋簿粼瓣蘩菇器簌赘数彝实际 的撒动参数会有一个随时间黼改变的振动拦，从而导数铸枫内部工拦参数发生改 变。激子蘩爨器菝翁靛蓑系蕊麓开醛蘸统，臻凝蓊安辩禳翁参数弱离韶工艺参数 无法获褥，导致铸枫撼晶器工作在誉会理状惑。 2 密予聚薅不耩确或浚菔穰大懿振动滋行工作，容易柱钢水凝硒成锩巅的 过程中，镑坯豹表疆澎成不警整，建戏产矗煞表露鬟蟹菱生瓣溪，鬟攘娶蟪声是 的销德；并髓非常容荔造成“漏钢”事故，肆致生产设备的毁坏和- 人愤的伤亡， 繁寒驻夫戆粪接窥霹撩经游掇失。 3 。采用不精确成误差很大的振动进行工作，钢厂为了燮众，通常使用过大 魏交垒系鼗，镬霉整强滚拳绫豪髯苓了歪黎鹳王器效率，嚣鹋镭蓊产爨。 缎分析糟来，结晶器振动设备桃城结构瘦嚣是堂按影响摄鬻生产散一令燮器 嚣索t 它霞祷添率设寇戆振动藩线每爨际静遥行密魏严重豹偏差，造成了设备不 必娶躲损蟋、憋仑生产效率低下等等趣题。爨妲，辩掇动装嚣蕊整测瀵整势褒黪 行。 。4 漂蓬瓣餐务耱蓬蠢 枣 对整个涟铸结蕊器摄邈设备懿分辑，受了嬖凌避篾存粪戆饕静瓣莲，鼗聪 推出了本套缩晶器掇幼装置的监铡平台。本繇毓主要能括两个方面：机械式遴铸 缝蘸嚣摄裁装鼹在线爨涎系统器滚匿式连簧翁瑟爨豢霉装萋褰笺蕊涎系凌。 本课题磁先由酒泉钢铁公司根据嫩产实践中所遇剿的问题而提出的设想，在 实嚣考察了麓矮舔馨公霭、淫瘫擎菱繁缓器铸骞羧公蔼涟嚣钢铁厂等诵铁厂詹， 根据现场资料和文献爨料，继埝厂里工程师多年在拨幼领域的研究经骏，提港躲 一套瓣魂获惑滚溅系绦魏怒漕。这一憋法褥戮了多家愈监豹试网，并蕊在湖南涟 源锻铁厂获褥了礞磺撒告螅邋敝 率课题冀肖不改黛原有撒渤装鹫韵任何结构，只怒在原有繇统上加装该监i 嘏! f 设备，骥场豁衡器安装黠鬟户擞言大大降器了捷楚惑威陵，囊寨凌授臻又簿运懿 提高产薰、质鼹，防止“漏销”的目的。为此，具有牛鼹其重要的实用价值。 浙江大学硕士学位论文 本课题主要定使于振动信号的实时监测管理，同时具柯一定的专家系统能 力，能根据现场生产的变他，实时提供生产方案，对生产蠢一定的指导l 乍用。 系统的基本要求如下： ( 1 ) 。貔黠结晶嚣懿振动( e ，3 h z 一1 0 h z 激悫夔委弦援凌) 送行实薅夔溺与诊 断。数据库可对结晶器的振动频率、振动幅德、负滑动时间、负滑动率等参数进行 不澜n 蘧 _ n n 与记录，竣褥翔结晶器运行薅满跫各静分析与诊颟功l 要求静数掇。 ( 2 ) 运用各种信号处理方法对采集数据进行分析，从各个角度对振动情况作 出诊断。并在软 串编制过程中，采溺合理酌算法，满足实时性要求，实现实时监 测功能和历史数据分析功能。 ( 3 ) 增强软件通用性，对各种参数组态。即将软件的工作原理、主要功能等 基本内容嚣定，毳将一些鼹具体壤援粳关懿薅惠可竣置莠逮蒙入数攘疼，最瑟将 改变的数据库配置内容和固定模块脊机地结台起来，完成系统的组态，生成实用 熬遴爱较箨。 ( 4 ) 全面的报警转接功能，该系统能提供多种报警模式，以便在各种情况下 尽举及时戆通知现场人员。 ( 5 ) 充分的预留接口功能，如网络发稚等，该祭统提供的w w w 服务器使 得用户在全球范围内可以通过任意一台计算机通过、w w 浏览器( 如i e ) 来达 到状态监测豹基熬，嚣避免了安装专用较终豹过程，使用户戆软件缎护更方便， 更1 玎靠。 。擞据当1 l 蓍浚行软羚器瑟嚣笈震方淘，设诗爨寿二卡一整冤兔迸东平静蔫 户界面，便于用户操作使用。 1 5 论文的结构 论文第二章奔绣了连簿结晶器静鹜景，分析涎论了获藏裁振凌装霾稻液压式 振动装置的发展及其各自的特点，针对两种振动平台建立了不同的数学模型，对 工艺参数静确定和搬动控稍模型豹建立送行了详细酌描述。 第三章确定了系统的总体设计结构。简簧地介绍了连铸结晶器掇动装置在线 监测系统的设计要求、总体结构与功能，有利于对系统有全擞的理解。 第四章讨论系统的硬件设计。分耀了硬传的总体结构，落细地分缨了传感爨 的选择及其特点，介绍了自行设计的调理电路的设计及其仿舆波形，以及一必相 浙江大学硕士学位论文 关的电路设计。 第五章讨论系统的软件设计。介绍了软件的总体结构及其功能结构，详细介 绍了各部分的设计方案。 第六章阐述了系统的软、硬件测试和实验室调试情况。介绍了机械仿真平台， 实际的测试情况及系统安装等问题。 论文的最后一章对全文进行了回顾和总结，并对进一步工作进行了展望。 浙江火学硕士学位论文 第二系连铸结晶器振动分析 连薅磐磊嚣振秘装置主要分为辊藏式藏劝装置帮液压式振葫装嚣，萁菰秘装 置截然不同，相应的基本参数、工艺参数、振动控制模型也不相同。本章首先介 绍了连铸嚣晶器的发展情况，然后分剐针对两种不同的振动平台建立了不同的数 学模型，讨论了相关的振动参数的设置。 2 1 连铸结晶器简介 连铸设备主要由钢包、中间包、结晶器( 一次冷却) 、结晶器振动装置、二 次冷却和铸坯导向装置、拉坯矮直装置、切割装置、出坯装疑等部分组成。翔匿 2 1 所示。1 2 匿2 ， 连铸秽【簿盈 连铸的最初设想是由英豳转炉发明者h e n r yb e s s e m e r 于1 8 5 6 年提出的，最 秘懿连铸壤缝鑫器蹩静壹懿，虽然攫霞定戆缡鑫器甏戮连续铸镶，毽在蕴坯避程 中坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动或拉漏事敞。在粘滞拉漏的情 况下，液瑶辩近静部分铸坯凝壳精缭到结晶器壁上，并与囱下运动静凝壳分开。 最终产生的连接处是薄弱的，往往都在结晶器的出口处断开。因此，静止不振动 的结晶器限铆了连铸生产的工业化。直到1 9 3 3 年德瀚人s i e g f l i e dj u n g h a n s 开发 了续晶器摄渤装置，劳成功她应用于有色金糯黄镪的连铸。e 此，缝晶器振动技 术才取得突破。1 9 4 3 年连铸铸钢实验装置开发成功，使得在钢铁工业生产中采 用逡铸技术藏为可熊，此是连铸技术不叛改避，连铸王艺更蹩迅速宠善。 与传统的模铸相比，连铸不但简化了生产工艺流棍，提商了生产率和产品质 浙江大学硕士学位论文 量，而且金耩收得率、能耗和生产成本也大太低于禳铸。所以连铸在冶金工北中 占寄+ 分重爨浆位鹫。 结晶器搬动作为涟铸拽沭的重瓒特征，戴目的鼹为克服韧始凝固竞与结晶器 壁之阉酶羲绥，璞翔绥鑫繁鹣滤潺效梁亵矮熬效暮。传凌懿逡薅技术箕摄魂多戳 机械偏心机构实现正弦振动为主，随满拉遴的提高，品种钢对铸坯袭面质量的要 求翁疆离，嵩矮夺掇蠛翡东藏茬毒技术已教蕊速采簿。豫诧辩，运霉寒，又兴起 了减少结晶嚣内的摩擦阻力、改善锩坯表面质量、减少振动频率的液压振动装爨。 结晶器按照芥酃形状分为直结晶器和孤形结爵器；按铸坯断面彩状分为方坯 k 时，即n s 3 6 3 4 时，缡晶 器对坯壳不产生负滑动；n s 3 6 3 4 9 6 时，产擞负滑动。 设巧是缝鑫嚣渡动戆平稳逮度，m r a i n 。f 先瓢振动这痰为零戮缀动速凄等 于虬的时间，如为负滑动时间( 定义为一个振动恩期中结晶器向下运动的速度 超过拉坯速殿的时f 司) 。则： 警结曩器鼓最褰垃萋开始蠢- v 运动，；当经瑟辩阉t 对，结鑫器囱下运动逮发 开始大于拉坯速度，这种状态持续的时间为负滑动时间。搬动偏心轮从初始位 置转动9 0 。所用的时间为三，= 三2 ( 三一知1 ，代入( 2 1 ) ：掰、。 2 k = 圪“s i n 耐= s 证l 卿嗉一静圭卜x s i 姻秀去) l 街钳2l2 出1 2 珏 _ 2 矿2 石，睁x c o s 譬) 叱s ( 簪 赚。另c o s 。苦2 嚣c o s 。( 等等卜叫z 嘲 监测实际生产中的振幅和频率值，对保证拉速的均衡性宵着相当重兽的赢 浙江大学硕士学位论文 义。合适的选取振幅、频率参数以获得个最佳负滑动时间可以有效的防止粘结 漏钢和拉断事故的发生，也有助于提高铸坯的表面质量。 3 正弦振动工艺参数的确定 在正弦速度曲线被采用的初期，愈合的概念再一次被接受，认为最优参数为： ( 1 ) 负滑动率n s 为3 5 左右；( 2 ) 负滑动时间率n s r 为5 5 8 0 之间。 近年来，脱模已不是连铸的主要矛盾了，而对连铸表面质量的要求越来越严 格，振动优化越来越着重于减小振痕深度方面。最近的研究表明，振痕深度实际 上是由负滑动时间t n 的长短控制的，减小负滑动时间可以显著地减小振痕深度。 但负滑动时间也不能太短，以防止坯壳与结晶器发生粘结。目前国内外有关报道 认为，大多数的负滑动时间取值范围为0 1 - 0 2 5 秒，认为不同的钢种最佳负滑 动时间0 1 秒左右。至于n s 为2 0 一一2 4 0 范围内进行浇铸，结果对铸坯脱模及 表面质量没有任何影响。 3 2 】 合理的、或最佳的工艺参数是通过基本参数的正确选择来实现的，正弦振动 的基本参数振幅和频率的确定应以获得最佳工艺参数为前提，以便确保铸坯的顺 利脱模及获得质量良好的铸坯。 4 正弦振动基本参数的确定 因为z = 毒，则r = 罟c o s l 1 石0 归0 0 j ，可以得到不同z 值可画出负滑动时间 随振动频率变化的曲线，简称为负滑动时间曲线。该曲线近似于抛物线。给出一 组z 值可以画出一族负滑动时间曲线。 ，- l 肭 图2 3 一族负滑动时间曲线 ! ! ! ! l ! 二塑嵫：1 0 0 0 ( 1 - n s ) 2 矗2 z 浙江大学硕士学位论文 ( 2 - 3 ) 代入( 2 - 2 ) “= 罟c o s 。1 等j ：另c o s “ 志j铲万51 l 万j 。万81 【丽j 由上式司知，在n s 值给定的。r f f 况f 负措动时 司0 与频翠f 成正比双曲线关 系。给定一组n s 值可以画出一族反比曲线，其中，n s = 2 4 的曲线通过负滑动 曲线族的最高点，即当n s = 2 4 时负滑动时间取得最大值。 令式2 4 中的志= x ， 由式2 3 得 刁r = ! 学k 石，贝。式( 2 4 ) 得l n = l 。6 。o _ _ 。l 旷_ h x c 。s 1 ( x ) 令c 2 而6 0 瓦h ，有r j = c c o s - o 。+ 击 令f j = 0 ，贝0c o s 1 ( 一- f = ：= ；亍= 0 一( 2 5 ) 、，l x 2 式中一1 2 4 的区域，且对应于较低频率：另一个交点处于n s 2 4 的区域，对应于 较高频率。 对于任何z 值都有相应的0 - - 0 点，该点的频率称为极限频率，用工表示。 当f 5 时，由于负滑动时间曲线几乎是垂直上升，因此，频率 的微小变化也会引起“的很大变化，或者使“变为最大，或者变为零。t 。增大， 加深振痕深度；“= o ，容易产生坯壳在结晶器壁上的粘附并导致坯壳破裂。同 时曲线的上升段n s o ，接近于极限负滑动率n s = 3 6 3 4 ，所以当拉速或结晶器内 弯月面处的钢液面稍有变化时将引起负滑动时间f 。= o ，导致坯壳粘结、拉裂。 这在实际操作中很难控制。虽然曲线的顶部上刊较缓慢，但两个交点所对应得低 频率和高频率差别不大。因此，低频率不能被采用。 浙江走学硕士学位论文 但当z 德较小时，如z 5 时，出于负滑动时间曲线上升缓慢，因此所对应的 较低频率可以采用，但必须使在该频率下的受漏动率n s 2 0 。这馒予在实际中 进行控制及获得必鬻的负滑幼运动以保证脱模，又避免采用较高的频率，使结晶 器熬振动装逶处于嶷好的运韵状态及受力毒爰态。 所以在j 立坯速度变化时，难于在n s 0 辩有两季孛办法 来减少f 。；一种是增加频率，另一种是减少振幅。其中增加频率更为有效。 在浇注过程中，随着浇铸工况的变化需鼹调整挝速。因此，为确保较低负滑 动粒闻，在振幅不致交戆祭健下，黪须调节频率。 6 振动参数与拉坯速度的匹酉己关系 受滂动派动是传统连铸稳定生长豹必要祭释，农受涛葫麓阗，遂铸裙皇坯壳 被聪台并顺利脱模，以防坯究粘结。连铸初期，为保证结晶器振动对坯壳的压合 效暴，负滑渤辩闽较长一般敬o 5 s ，但弯簿西部分凝西理论表明，铸坯表颟的 振痕深度及幽此造成的表西缺陷，醚负滑动时阀的增加两增加。由于铸坯热邀穆 直接轧制的出现和发展，对铸坯表面质量的豢求越来越严格。发现铸坯的振痕对 其表露覆量影响很大，通过众翅组织分扳发瑷，在擞痰谷部爽渣、成分馕辑蝣较 严重，同时伴随有微观裂纹。而且振痕越深上述情激越严重。实践表明，振痕深 度主要受受涝动辩瓣控利，受潘动嚣薯淘蔻短强痰越浅。霆魏，嚣兹受滂动簿阙多 做低值选择，其取值为0 1 - 0 2 5 s ，实践证明，对结晶器正豫振动而畜，负滑动 时闻过低会罨致保护渣耗量下降，缩晶器摩擦阻力增加，困赦，负滑动时间的选 择及控制是稳定连铸过程的熏要工艺手段。受滑动时间由结晶器振动参数和挝垤 速度所决定，由此，确定适畿的振动参数与拽坯速度的匹配关系，则是确定谶铸 工艺参数蛉羹要走鸯。 在一定的拉速祭件下，熬本参数的取值决定了工艺参数的大小，而工艺参数 受l 爱软了缝鑫器振魂豹工艺效果。对予一毅熬结鑫嚣缀魂形式，工艺参数煞一羧 表达式为 k = 筹c o s 。老= 筹c 0 8 1 警 r = 一 。2 _ i o l “ 丌圪。万厂l 硝加j 浙江丈学硕士学位论文 脚：三c o s - 1 ( 哗) 1 0 0 嚣 嚣3 n 可以分析结晶器振动工艺效果( 负滑动时间和负滑动时间率) 及振动参数( 振 蠖耱频率) 对t 艺效果匏影嚷。 7 振动基本参数的优化选择原则 为了获褥蔫厦爨黥铸坯褒覆，裴霪要弱臻施是控索l 铸坯豹摄疫添疫。豢痰深 度除与钢种、保护渣能有关外，还与结晶器振动工艺参数有关，若要这些参数能 满避工艺要求，就必须对萁遗行优纯选择，使结晶器豹振动畿产生最健工艺效果。 连铸机结晶器振动工艺参数的取值范围为：( 1 ) 负滑动时间为0 卜0 2 5 秒；( 2 ) 。 负滑动时间率为5 5 8 0 ；( 3 ) 振动频率取值范围在稳定区。p 1 峨 f 。弋 图2 4 负滑动时间与振动频率荚系曲线 鑫子浇铸起步时按速鬣，受溪葫辩溺长域遥残受滑动辩瀚嚣烈交亿，辩铸坯 表筒质量不利，有时负滑动时间出现负值，还可能造成坯壳粘结而漏钢，为兜服 这稀现象，起步振动颓率较低，这样可使起步的负滑动时间小些。 对振动参数优化可以采取一神方案是： 第一步，首先确定合适的振幅，在实际生产中不可能一种拉速用个振幅， 嚣怒一个振幅逶应届秘拉速，将拉逮梭大，l 、分残几令区段，镣令区段选择一个搌 幅；第二步，设速度系数f 一平均拉漶拉速( 例1 1 ，1 2 ，1 3 ) ，求出各种速 疫系数下援动频率与拉速豹瓣痤关系，善静速度系数下拉速与受港稳簿闯静瓣应 关系。并且应该满足上面分析的f 2 k k 和t m 2 g f ，可以做趋线圈清楚表示。 由于浇铸起步时拉邋低，负滑脱时间w 长或造成。w 剧烈变化，对铸坯表面质量 不利，有时4 ”出现负值，还w 能造成坯壳粘缩而漏钢。为克服这种现象，起步振 动频率从3 0 r p m 开始，这样霹使起步鲍负漕赕时闻小些。第三步，剥用受滢动时 间的计算公式( 2 - 2 ) ，求出各速度系数下的负滑脱时间、并作出拉速与负滑脱时 心_世鬻鬟群删韩 浙执犬学硕士学位论文 闯瀚对应关系曲线豳。从这黪曲线蕊中可以我出其脊最佳振动工艺效果的振幅。 这患需要舆傣鲍塞蜒实钱求分横。然后可怒 算税按此关系控篱不疑抟挝遽。 第网步，确寇对应的振动频率范围。根据负滑动时间的计算公式，可以得出振幅 不瓣频率黪受、港饕酎闻，莠 筝窭频率与受溪动时闯关系霪，然蓐稳定不海控速酌 振动频率，并且在稳定区中。【6 】 2 1 】 2 3 液嚣痰数字连铸缩磊器振动静数学模壅 2 ，3 1 蘧述 液压撼动技术楚遗十零来舞发蛉先进技术。在嗷美许多磬家黪穴扳坯连铸提 振动装置上褥到普遍虚用，并逐渐向世界各爵推广成用。液聪振动有着机械掀动 蜃实理不了豹蕊越犍。在太投菘连铸糗摄动装嚣主，液压掇劫接寒具窍代替掇壤 振动的发展趋势。 撬离魏坯速爱、接蠡铸枫潜力是髂统连镕羡震麓主要方海，疆是，随着控速 的提离，保护潦消耗摄下降，结晶器摩擦阻力增加，粘结漏钢几率增大。控铝4 糙 结漏镶成为蜜蕊高速连铸翁嚣瘫条襻，爻诧慕取了翔下工艺措施：结晶器采稍非 正弦攮动形式，开发低熔点、低糙度、高熔他速度爨护渣。 闷正弦搬动方式相比，这种振动方式由于县有上升运动时间比下降运动时问 长，上舞运霸速度平缓两下辫速度袋懿特点，攥默它在上舞时赛裂予降燕歪懑动 区结晶器与初生坯壳之间的相对运动速度，使液态保护渣的润滑范围向结晶器出 露旷麓，扶两减多滚悫摩擦，疆蹇铸褒表嚣鬓譬努箍矮遴麦，嚣在下辫对裂蠢聪 于对初生坯巍旋加足够的压成力，从而有利予脱模。因此，世界上一必主要产钢 莺家都在透露转正弦攘动翡研究及嚣茨，部分甚逶入工盈纯燕产阶段，但是这些 研究主要集中予液压实现的结晶器伺服非正弦振动。溅压菲拦弦振动的调节掇橡 灵活，参数调整方便，振动较为平稳，随着高速连铸的迸一步发展，熊势必成为 连铸振动发震熬一令趋势。1 7 1 浙江走学硕士学位论文 妥2 ，s 滚匿鳍籀示蠢露 液压振渤的动力装置为液压动力站，它作为动力源向振动液压艇提供稳滗的 垂力释滚量。滚运动力辇静麓号鑫主站室内鹣诗雾瓤疆蓬p 瞒系统控销。鸯了傈 证搬动伺服阀的正常工作，谯液压动力站内设置了吸油回路、高压囹鼹及匿油匠 黯三级过滤，傈证动力站静濑液污染颗粒不大5 u m 。液压振动的核心控制装谶为 振动伺服瓣。振动塌照阚灵敏度极麓，液压动力蛄提供动力如有波动，揭照瓣翦 动律就会失舆，造成振动耐滔动不平稳和振动波形失真。为了使动力站的动力不 波动，在动力蛄戆离孤嚣路审设毒嚣个薹蕤爨装置，一令靠避镯强弱，一个嚣运 高聪泵，这样从高压泵输出的波动油液经过鬻能器稳定后，通过液控鞲向阀和过 滤器避a 第= 含蓄笺器装鬟稳定压力，最骜趣霭罪鬻提镁稳定压力熬漓滚，蔺薅 在控制回路及回油回路中也设置了稳定油液腻力的蓄能器。由于整个悉统的麒力 稳定，镯藤阔豹凌佟不失真，疆霜液俸翡不可压缩控w 知，搽动液匿缸工作时就 一定髓够平掇，振动波形也苓失真。 征弦和非正弦赳线振动熊振动侗服阀控制，而振动伺服阀的控制信号来囱于 整线生成器，差控室凌戆谤冀枫逶过p 强控键艟线生残器设定振费舞缆彝对霞 设定振幅和频率) 。曲线生成器通过液压缸传辩乏的压力信号和位置反馈信号米修 正攮滴京舞攀。经过修正懿攥凌夔线穰号转换成电蘩譬寒控露瘸鼗阕。蟊莱慧改 变振动波形、频率和搬幅，只鼹改变曲线生成器输入信号波形、频率和振幅列“在 笺褒黉竣定，浚定好静振臻秘线信号传绘词暇溺，翻鼹阕帮可控期藏动液压溆按 设定的曲线搬动。这样在线任意调整搬动波形、频率鄹振幅燕极械振动所实现不 了优越淫。 1 7 浙江大学硕士学位论文 2 3 2 非正弦振动规律 讶隧，j 一叫姒 陡卜稠 刈。j 爿x o , k l f h l z t 啊l & h d - 哪m d 1 口_ 图2 6 结晶器非正弦振动原理图 1 液压非正弦振动波形分析 ( 1 ) 基于三角级数的非正弦振动波形 设非正弦振动的位移曲线和速度曲线方程式为： y = s ( t )v = s ( f ) = v ( f ) 非正弦振动位移曲线是关于坐标原点对称的周期函数。由于位移曲线和速度 曲线均是周期函数，故可采用如下三角级数近似表达： s ( f ) = ks i n ( 2 z r f k t ) + b rc o s ( 2 1 r f k t ) v ( ，) = 【2 石皿r e o s ( 2 x f k t ) - 2 r r f k b xs i n ( 2 x f k t ) 】 k = l 式中 吼= 砉印) c 。s ( 2 玎f k t ) d t ，艮= 昙m ) s i n ( 2 疗f k t ) d t 由于速度曲线是关于y 轴对称的周期偶函数，由此可以推出 b x = 0 所以，非正弦振动位移和速度曲线方城可写成如下统一形式 y = s ( f ) = a ks i n ( 2 x 3 k t ) ，v = s ( f ) = 2 n