CN102139357B - 连铸结晶器多波形电磁激振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器多波形电磁激振装置，其结晶器伸出端(2)安装固定在活动框架(4)上，活动框架经弹性支撑组件安装在固定框架(6)上；活动框架外周围部上下两侧装有若干个衔铁机构(5)，在固定框架上装有若干组成对悬浮电磁铁(8)，所述成对悬浮电磁铁为上下设置，并与一个衔铁机构上下对应；悬浮电磁铁通过电缆与功率放大器(12)连接，计算机控制系统(13)连接功率放大器对悬浮电磁铁成对差动控制；在活动框架侧面与固定框架之间装有导向板弹簧(10)，使安装固定在活动框架上的结晶器(1)按连铸弧线仿弧振动。本发明通过计算机控制系统控制成对差动的悬浮电磁铁，实现结晶器任意波形的受迫振动，提高了连铸结晶器振动精度。

Description

连铸结晶器多波形电磁激振装置

技术领域

本发明涉及连铸结晶器振动装置，尤其涉及连铸结晶器电磁振动装置。

背景技术

众所周知，连铸中钢水凝固时会和结晶器内壁发生粘连进而撕裂初始坯壳，为避免这种坯壳粘连现象，现代连铸机均配置了结晶器振动装置。目前常见的振动装置主要有两种激振方法，一是利用电机驱动的机械偏心轮机构激振，该激振方法对结晶器振动装置只能产生正弦波的单一振动波形。随着高效连铸和高表面质量连铸的发展，目前出现了第二种以伺服液压为驱动力的非正弦结晶器激振方法，其核心特点是利用双作用液压缸，通过控制液压缸活塞两端的油压以及活塞位移，最终达到控制结晶器振动的目的。原则上，该激振方法可以对结晶器产生各种类型的振动波形，包括偏斜的正弦波、三角波等波形，统称为非正弦波形。非正弦波形是现代连铸的迫切要求和发展方向，其最大的好处就是能够保证结晶器振动的上升时间比下降时间更长，即负滑脱时间短，正滑脱时间长，这样对减轻铸坯振痕深度和促进保护渣润滑有显著效果，从而能够在更高生产效率条件下，保证良好的铸坯质量。

从现有技术条件下看，以上两种连铸结晶器的激振装置都还存在一定的问题。第一种机械偏心轮激振装置，结构相对简单，维护成本也比较低廉，但其振动波形一般只能产生正弦波，对进一步提高连铸生产效率和改善铸坯振痕质量有一定限制作用，逐渐要被替代；第二种伺服液压激振装置，可以方便产生各种所需的非正弦波形，对连铸有益，目前已开始大量推广应用，但该激振装置系统复杂，液压站、液压管路和液压元器件使用寿命、维护成本和占地空间等都很大，比如，某企业小方坯液压伺服系统的主液压缸、伺服阀等甚至几个月就要更换，维护成本高昂。

中国专利CN200420082329.9公开了一种结晶器振动装置，其核心技术特征是把结晶器安装在一个支撑弹簧上，利用电磁激振器来驱动结晶器产生振动，该技术避免了传统机械偏心轮驱动和伺服液压驱动的不足，但该技术主要是通过支撑弹簧在电磁力作用下产生受迫振动，电磁激振器只是改变了支撑弹簧的振动平衡位置，振动波形只能产生正弦波形，而不能产生非正弦波形，即无法实现结晶器振动的上升时间比下降时间更长的波形非对称性要求。

现有的电磁激振器只能产生正弦振动波形，振动频率和振幅固定，回复弹簧起到重要作用。连铸结晶器振动属于大惯量振动，振动的上升时间要求比下降时间更长，即速度波形在上升段保持均速段，现有的电磁激振器单个无法实现该功能，即使进行组合使用也无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸结晶器多波形电磁激振装置，该装置利用结晶器上下设置的悬浮电磁铁产生的电磁力，通过计算机控制系统控制成对差动的悬浮电磁铁，实现结晶器任意波形的受迫振动，提高了连铸结晶器振动精度，降低了振动负载和功耗。

本发明是这样实现的：一种连铸结晶器多波形电磁激振装置，包括活动框架、固定框架、弹性支撑组件、衔铁机构、悬浮电磁铁、导向板弹簧、功率放大器和计算机控制系统，结晶器伸出端安装固定在活动框架上，活动框架经弹性支撑组件安装在固定框架上；活动框架外周围部上下两侧装有若干个衔铁机构，在固定框架上装有若干组成对悬浮电磁铁，所述成对悬浮电磁铁为上下设置，并与一个衔铁机构上下对应；悬浮电磁铁通过电缆与功率放大器连接，计算机控制系统连接功率放大器对悬浮电磁铁成对差动控制；在活动框架侧面与固定框架之间装有导向板弹簧，使安装固定在活动框架上的结晶器按连铸弧线仿弧振动。

在所述活动框架侧面与所述固定框架之间还装有位移传感器，位移传感器输出连接计算机控制系统。

所述安装于固定框架上的悬浮电磁铁和安装于活动框架上的衔铁机构围绕结晶器周围均匀设置。

所述弹性支撑组件为一组支撑弹簧。

所述弹性支撑组件为一组空气弹簧或空气缓冲气囊。

本发明针对现有结晶器振动系统中存在结晶器振动惯量过大和多波形实现困难的缺陷，利用结晶器上下设置的悬浮电磁铁产生的电磁力，通过计算机控制系统控制成对差动的悬浮电磁铁，实现结晶器任意波形的受迫振动。由于本发明的振动装置仅有结晶器和活动框架是上下振动的，相比传统的振动驱动系统振动质量可以降低至1至3吨之下，驱动能源消耗大大降低，提高了连铸结晶器振动精度，降低了振动负载和功耗。

本发明的悬浮电磁铁和功率放大器技术成熟，结构简单，减小了整个设备的安装空间和管路，具有安全清洁、节能环保和维护方便的优点，成本低廉，适合工业生产推广应用。

附图说明

图1为本发明连铸结晶器多波形电磁激振装置实施例1结构图；

图2为本发明连铸结晶器多波形电磁激振装置的悬浮电磁铁布置方式一；

图3为本发明连铸结晶器多波形电磁激振装置的悬浮电磁铁布置方式二；

图4为本发明连铸结晶器多波形电磁激振装置控制系统框图；

图5为本发明连铸结晶器多波形电磁激振装置实施例2结构图。

图中：1结晶器，2结晶器伸出端，3铸坯，4活动框架，5衔铁机构，6固定框架，7支撑弹簧，8悬浮电磁铁，9位移传感器，10导向板弹簧，11空气弹簧，12功率放大器，13计算机控制系统，14悬浮电磁铁与衔铁机构之间的行程空间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种连铸结晶器多波形电磁激振装置，包括活动框架4、固定框架6、弹性支撑组件、衔铁机构5、悬浮电磁铁8、位移传感器9、导向板弹簧10、功率放大器12和计算机控制系统13；所述结晶器1的两个伸出端2安装固定在活动框架4上，活动框架4经弹性支撑组件安装在固定框架6上；活动框架4外周围部上下两侧装有若干个衔铁机构5，在固定框架6上装有若干组成对悬浮电磁铁8，所述成对悬浮电磁铁8为上下设置，并与一个衔铁机构5上下对应，即一个衔铁机构5对应与上下各一个悬浮电磁铁8；悬浮电磁铁8通过电缆与功率放大器12连接，计算机控制系统13连接功率放大器12对悬浮电磁铁8成对差动控制；在活动框架4侧面与固定框架6之间装有导向板弹簧10，使安装固定在活动框架4上的结晶器1按连铸弧线仿弧振动。在所述活动框架4侧面与所述固定框架6之间还装有位移传感器9，位移传感器9输出连接计算机控制系统13。

所述活动框架4和结晶器1内有连铸坯凝固所需的一冷却水通道，对铸坯3进行凝固冷却完成连铸过程。

所述安装于固定框架6上的悬浮电磁铁8和安装于活动框架4上的衔铁机构5围绕结晶器1周围均匀设置。活动框架4中间安装固定有结晶器1，活动框架4外周围部为正方形或圆周形，活动框架4外周围部上下两侧装有若干个衔铁机构5，如2-6个衔铁机构5均匀设置在结晶器1周围(结晶器1的内外弧和侧弧)；所述的悬浮电磁铁8安装于固定框架6上，其位置在衔铁机构5的上下两侧，并与衔铁机构5相对应，悬浮电磁铁8的数量为4-12个(或2-6组)，二个悬浮电磁铁8与一个衔铁机构5成对配置；悬浮电磁铁8安装于固定框架6上可采用伸臂悬挂式。如图2和图3的平面示意图所示，图2所示的悬浮电磁铁8在结晶器周边设置有8个(上下各4个)，包括结晶器内外弧和侧弧，可以增加悬浮电磁铁8的电磁吸引力，同时可以缩小悬浮电磁铁8的单体尺寸；图3所示的悬浮电磁铁8仅设置在结晶器1内外弧侧有4个(上下各2个)，其单体电磁铁尺寸略大。

所述衔铁机构5是具有一定厚度的上下表层，所述表层由高导磁特性的材质，比如低碳钢、纯铁以及硅钢叠片制作，以增强悬浮电磁铁8对衔铁机构5的电磁吸引力。悬浮电磁铁8与衔铁机构5之间留出一定的行程空间14，即结晶器1的振幅，一般为0～10mm的范围。

所述的弹性支撑组件是一组支撑弹簧，可以是一般的压缩支撑弹簧7，也可以是一组空气缓冲气囊或空气弹簧11。弹性支撑组件起到支撑静止状态下的结晶器1和活动框架4。结晶器1开始振动时，弹性支撑组件对悬浮电磁铁8起到部分解耦作用。

所述的位移传感器9为高频响位移传感器，分别安装于活动框架4侧面和固定框架6上，以实时采集结晶器1的振动位移。位移传感器12的信号作为控制变量实时输入计算机控制系统13中参与控制修正悬浮电磁铁8的励磁电流以适应预设定振动波形所需要的电磁力。

所述导向板弹簧10的两端分别安装于固定框架6和活动框架4上，导向板弹簧10的延伸线与结晶器1弧线半径重合，以保证导向板弹簧10对结晶器1仿弧振动的导向。

连铸中，所述的结晶器1及伸出端2、连铸坯3、活动框架4以及衔铁机构5通过支撑弹簧7(或空气弹簧11)安装在固定框架6上，由功率放大器12和计算机控制系统13成对控制上下设置的悬浮电磁铁8，依靠悬浮电磁铁8对衔铁机构5产生的电磁力拖动结晶器1在平衡位置上下振动。

参见图4，所述计算机控制系统13包括预设定信号处理单元130、位置控制器131、电流控制器132和运算模块，位置控制器131和电流控制器132组成控制算法的控制器单元，预设定信号处理单元130包括正弦波、偏斜非正弦波和三角波等任意波形的预设定信息。计算机控制系统13将预设定信号处理单元130的波形信号输入存储在系统内，位移传感器9实时高速采集结晶器1振动的位移信号，并与预设定信号处理单元130的波形信号比对，经运算模块运算后再进入包括位置控制器131和电流控制器132的控制算法的控制单元实时计算悬浮电磁铁8的励磁电流，通过功率放大器12调节悬浮电磁铁8的励磁电流以激发满足结晶器1振动的电磁力，其中电流控制器132的输入端还接受安装在悬浮电磁铁8上的电流传感器采集的电流信号进行反馈控制。

本发明连铸结晶器多波形电磁激振装置的工作原理是：

参见图1、图4，连铸结晶器1的振动平衡位置上下各设置若干对悬浮电磁铁9，其中位于结晶器1振动平衡位置上面的悬浮电磁铁8对结晶器1起到上升的牵引力作用；而位于结晶器1振动平衡位置下面的悬浮电磁铁8对结晶器1起到向下的牵引力作用，从而实现结晶器1在平衡位置的上下振动。

所述悬浮电磁铁8由功率放大器12供电，由计算机控制系统13控制悬浮电磁铁8对结晶器1振动产生大小随时可调的电磁牵引力。当结晶器1振动平衡位置向上振动时，计算机控制系统13可以只控制振动平衡位置上面的悬浮电磁铁8工作，优选的是对上下悬浮电磁铁8同时由计算机控制系统13输出控制构成差动控制供电，即上下悬浮电磁铁8同时对结晶器1产生电磁牵引力。

所述位移传感器12实时采集位移信号，判断结晶器1的振动位置，并与计算机控制系统13预设定的位移波形进行比对，按照一定的控制算法计算该位移条件下结晶器1振动所需的电磁牵引力，然后再根据电磁牵引力与悬浮电磁铁8供电电流之间的关系，控制结晶器1按照预设定波形振动。

因此，采用本发明的连铸结晶器多波形电磁激振装置的结晶器的振动多波形可以是正弦波、偏斜的正弦波、矩形波、三角波等任意波形，能根据连铸工艺要求通过计算机预设定振动位移波形。

图5为本发明另一实施例，该连铸结晶器多波形电磁激振装置仅弹性支撑组件与实施例1不同，为一组空气弹簧11，其它部件相同。结晶器1、活动框架4以及铸坯3等由空气弹簧11支撑，并安装在固定框架6上。所述的空气弹簧11可以根据压缩空气节流阀和控制阀控制，能精确适应振动的需要。

Claims (5)

1.一种连铸结晶器多波形电磁激振装置，其特征是：包括活动框架（4）、固定框架（6）、弹性支撑组件、衔铁机构（5）、悬浮电磁铁（8）、导向板弹簧（10）、功率放大器（12）和计算机控制系统（13），结晶器伸出端（2）安装固定在活动框架（4）上，活动框架（4）经弹性支撑组件安装在固定框架（6）上；活动框架（4）外周围部上下两侧装有若干个衔铁机构（5），在固定框架（6）上装有若干组成对悬浮电磁铁（8），所述成对悬浮电磁铁（8）为上下设置，并与一个衔铁机构（5）上下对应；悬浮电磁铁（8）通过电缆与功率放大器（12）连接，计算机控制系统（13）连接功率放大器（12）对悬浮电磁铁（8）成对差动控制；在活动框架（4）侧面与固定框架（6）之间装有导向板弹簧（10），使安装固定在活动框架（4）上的结晶器（1）按连铸弧线仿弧振动。

2.根据权利要求1所述的连铸结晶器多波形电磁激振装置，其特征是：在所述活动框架（4）侧面与所述固定框架（6）之间还装有位移传感器（9），位移传感器（9）输出连接计算机控制系统（13）。

3.根据权利要求1或2所述的连铸结晶器多波形电磁激振装置，其特征是：所述安装于固定框架（6）上的悬浮电磁铁（8）和安装于活动框架（4）上的衔铁机构（5）围绕结晶器（1）周围均匀设置。

4.根据权利要求1所述的连铸结晶器多波形电磁激振装置，其特征是：所述弹性支撑组件为一组支撑弹簧（7）。

5.根据权利要求1所述的连铸结晶器多波形电磁激振装置，其特征是：所述弹性支撑组件为一组空气弹簧（11）或空气缓冲气囊。

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