板坯连铸机的结晶器瞬态摩擦力的实验和分析-翻译

1、技术说明关于带有液压震动装置的板坯连铸机的结晶器瞬态摩擦力的实验和分析X. D. Wang*1, X. Y. Zang1, Y. Ma1 , M. Yao1, L. Zhang2 and S. H. Ye2板坯连铸过程中，结晶器与铸流间的润滑与摩擦对板坯的质量和操作过程的安全性起重要的作用。在目前的研究工作中，为了检测结晶器与铸流间的摩擦，展开了一项关于板坯连铸机的测量。我们对包括结晶器摩擦的周期性变化、结晶器摩擦与结晶器震动速度的关系以及拉坯速度变化时相关参数的变化范围的一些结果进行了讨论。这些工业实验表明了摩擦力与相关震动参数、结晶器摩擦实时监测以及连铸机可视化进程之间的相关关系。关键词：

2、结晶器摩擦，检测，液压震动装置，连铸机导言结晶器与最初凝固的外壳的相互作用对板坯质量、拉坯效率和操作安全性有非常大的影响。在过去的十来年，曾经有许多为了提高产量和节约能源的高速板坯连铸的研究。然而，高的拉坯速度可能会降低粉末的消耗量和增加弯月面的干扰，这直接导致了低劣的润滑条件进而液态炉渣无法均匀地流到铸流与结晶器的缝隙之间，随后更多的表面缺陷和粘结式破碎会产生。因此，结晶过程的实时测量与适当控制，摩擦性能和热性能对铸流表面质量都是必不可少的。在目前的工作中，电液伺服振动系统的结晶器摩擦测量已经完成。通过测量液压缸空载和不同震动参数拉坯状态下的液压力，板坯与结晶器之间的摩擦力就能被计算出来。另

3、外，结晶器摩擦力的周期性变化与其他参数下的振动特性曲线也可以被分析讨论出来。实验连铸机状况表1-连铸机主要参数这次车间试验是在一个钢铁厂的板坯连铸测试平台展开的(见表1)。安装在连铸机上的液压振动装置的最大柔性可以满足振动曲线的实时调整。这个振动装置由对称分布在结晶器平台两侧的振动组组成，且结晶器的振动由板簧导向系统确保。在目前的研究当中，此连铸机以0.61.5米每分钟的拉坯速度铸造厚度120毫米、宽度1000毫米的板坯。采用方法铸流壳体与结晶器铜板之间的相互作用可以译为结晶器摩擦力。结晶器摩擦力由铸造条件和非铸造条件产生。当结晶器在空载状态（非铸造）下振动时，负载包含振动装置与传动系统的重量

4、。而在铸造状态下，负载还包含了结晶器与铸流间的相互作用。液压振动装置以相同振动参数在铸造和非铸造条件下所表现出来的工作力的不同被视为结晶器的摩擦力。对液压振动装置来说，工作力可以通过被用于反馈和控制液压系统的压力传感器连续地测出。在振动期间，驱动力可以通过作为结晶器部件底座的主要液压缸在入口与出口处的压力差计算出来。首先，结晶器位移信号和液压力被转入液压振动装置的可编程逻辑控制器(PLC)。接着，模拟信号通过信号处理器从PLC转入计算机，并收集、计算最后通过计算机存储。特别试验的采样率定为1250赫兹来证明摩擦力试验的可靠性。测量结果和讨论结晶器瞬态摩擦力 图1a位移与速度的周期性变化图1b连

5、铸与非连铸状态下驱动力的变化图1c结晶器摩擦力的结果图1a表示的是结晶器位移与速度随时间的变化。图1b描述的是驱动力在结晶器没有刚才的空载状态和正常生产操作下所测得的样本。如图1c可以看出，在相同的振动传动机构条件下，减去两个值便可得到一个关于钢坯壳体与结晶器摩擦力影响因素的大致推论。由结晶器位移的速度方向可知，摩擦力不是一味的有利或有害。积极有益的摩擦力可以解释为一种能拉伸铸流壳体表面的力，但随之表面可能会出现缺陷。而消极的摩擦力表现为一种作用在铸流表面的压力，但他对不利脱离时间内的表面缺陷恢复必不可少。此图亦蕴涵着结晶器摩擦力随着结晶器速度在-1525千牛的范围内周期性变化。结晶器摩擦力的

6、周期性变化图2-结晶器与铸流间的相对速度和结晶器摩擦力在不同振动频率下的周期性变化图2展示的是在简谐振动模式下，铸流与结晶器间相对速度和结晶器摩擦力的周期性变化。通过比较3个不同的结晶器频率的值，没有明显的摩擦力变化区别，但仍有摩擦力波形趋于矩形和梯形的趋势。另外，这段时间结晶器摩擦力保持高的拉力或压力值且波动平稳，并占据一次振动循环的大部分时间。相反，摩擦力方向变化的时间跨度非常短。图2还表明与较低频率的情况相比，频率较高的结晶器具有更高的摩擦力。根据摩擦学的理论，结晶器的最大或最小速度应与拉坯时最高或最低摩擦力相一致。然而，值得注意的是摩擦力的最大与最小值并不是与相对速度的值完全一致，并且

7、当结晶器的速度与拉坯速度相等时，结晶器的摩擦力为零。当结晶器的摩擦力在考虑到相对速度为零之后的时期，摩擦力与相对速度并不同步变化。由图2可以清除的看到，结晶器摩擦力到零的时刻比相对速度为零的点延迟了些许，而此时铸流与结晶器的位移方向已经发生了变化。相同的结果可以从不同振动参数条件下连铸测量实验得出来。这很可能因为液-固、固-固混合物在结晶器粉末与壳体之间的摩擦性能导致的。朱与他的同事计算出了位于铸流与结晶器间液态炉渣膜的流动性能。计算结果表明在一次振动循环中液态炉渣膜的速度梯度低于结晶器的振动速度。这可能是导致结晶器摩擦力比速度延迟的原因之一。振动相关参数与结晶器摩擦力的关系当处于高速拉坯状态

8、时，为了能使靠近弯月面的易碎凝固壳体安全退出，应当建立一种能降低作用在弯月面易碎壳体上拉力的结晶器振动模式，并能为靠近弯月面的凝固壳体提供压力。被认为是恢复时间的不利脱离时间tN，正是一次循环所用的时间。在这个时间段内，结晶器向下的振动速度高于铸流壳体的速度。在目前的研究中，我们尚把一次振动循环内压力作用在铸流表面所用的时间定义为壳体受压时间（tMDF<0）。从传统意义上来说，不利脱离时间为恢复时间的凝固壳体受压影响提供了一个粗略的指示。然而，据作者所知很少有能够清晰阐述tN与tMDF<0关系的出版物。如上所述，我们可以从图2中得知目前研究表明了tMDF<0与tN并不是严格地

9、相等。因此，在这份报告中还有关于他们两个之间的比较。图3-不利脱离时间与作用在铸流表面摩擦压力的比较图3阐述的是在稳定连铸状态下，经采集大量连铸测试的操作数据后绘出的tMDF<0与tN的多频谱对照。我们有趣的发现尽管tMDF<0会与确切的tN值不同，但tMDF<0伴随着tN波动，并且在一段时间内tMDF<0随着tN的增长而增长。鉴于此，所有的tMDF<0与tN的关系可以表示为一种线性函数。因此，从某种程度上来说，事实上把tN当作估计结晶器摩擦恢复时间的一种可靠指示是可能且可行的。图4-结晶器摩擦力与相对速度最大值随拉坯速度变化的关系图4展示的是在一个振动循环中结晶

10、器摩擦力的最大值与相对速度最大值的关系。结晶器摩擦力最大值代表作用在凝固壳体上拉力的最大值。在连续拉坯过程中，拉坯速度的增加往往会导致在有利脱离时间内结晶器与铸流间相对速度的增大。如图4可以看出，随着在有利脱离时间段内的结晶器与铸流间相对速度的增长，作用在凝固壳体上的拉力也相应的增长。从某种程度上来说，摩擦力最大值与相对速度间存在一种大体成比例的关系。拉坯速度改变时一些密切相关参数的变化图5-结晶器振动速度与拉坯速度的变化及拉坯速度降低时结晶器摩擦力的变化在工业生产中，一种理想的状况是没有明显参数变化的稳定作业，因为波动是易于导致变异甚至是损坏的。图5呈现的是拉坯速度降低的实例。拉坯速度从1.

11、42米每分降到1.15米每分，但结晶器摩擦力的变化周期只发生轻微的变化。结晶器摩擦力的位移在-1525千牛的范围规则变化。图6a-连铸过程中拉坯速度、频率（a）不利脱离时间与受压时间（b）相对速度（c）结晶器摩擦力（d）相关参数的变化图6显示了结晶器摩擦力相关参数与不利脱离时间的变化，其中包括拉坯速度的变化。再次研究中，如图6a可看出结晶器频率与拉坯速度成比例。随着振动频率的降低，相对较低频率由于有更长的一次振动周期往往会有更大的tN值。如上文所述，tMDF<0比tN值略小且与tN有相同的变化趋势。图6c显示的是在每次振动循环中相对速度最大与最小值的变化，图6d描述的是结晶器摩擦力最大值

12、与最小值的变化。为了在有利脱离阶段获得最大的结晶器速度与向下反向的拉坯速度，结晶器与铸流间的相对速度逐步下降。然而，结晶器速度与拉坯速度的最小值朝着相同的方向变化，并且结晶器速度变化稳定。因此在拉坯速度上升时摩擦力的最大值逐步增加，最小值保持在一个稳定的值。这表明拉坯速度的变化并不能一直对结晶器的摩擦力产生巨大的影响。这同时也表明拉坯速度与振动频率间存在某种在拉坯速度变化时可以控制和减缓摩擦力波动的关系。结论在目前的工作中，关于结晶器摩擦力的所有检测都是在一台有液压振动装置的连铸机上进行的。1250赫兹的采样率足够高到可以即时地计算出结晶器摩擦力，并有大量的结晶器摩擦力数据被收集用来进行随后的分析。下面就是得出的结论：（1）.结晶器瞬态摩擦力随着结晶器与铸流间的相对速度规律而周期性地变化是显而易见的。作用在铸流表面的拉或压的摩擦力是由结晶器摩擦力方向变化导致的，且摩擦力的波形在不同的振动频率下往往呈矩形或梯形。（2）.摩擦力与结晶器和铸流间相对速度并不是同步变化。当压力作用在铸流表面的这段时间被定义为壳体受压时间。这段时间比不利脱离时间要短，且他