CN102784896A

CN102784896A - 一种结晶器振动同步控制方法

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Publication number: CN102784896A
Application number: CN2012102789272A
Authority: CN
Inventors: 曾晶; 高琦; 刘赵卫; 马玉堂
Original assignee: China National Heavy Machinery Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Heavy Machinery Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: CN102784896B

Abstract

一种结晶器振动同步控制方法，首先确定结晶器振动的最佳负滑动时间t_n，再确定结晶器振动的最佳负滑动量NSA，然后根据负滑动时间t_n和最佳负滑动量NSA，得出频率随拉速、结晶器振动振幅和频率的函数关系，最后根据振动振幅和频率随连铸机拉速变化而变化的规律，实现结晶器振动同步控制。

Description

一种结晶器振动同步控制方法

技术领域

本发明涉及冶金连铸工程领域，特别涉及一种结晶器振动同步控制方法。

背景技术

结晶器的振动的目的是使铸坯在结晶器内顺利脱模，防止结晶器铜板与铸坯发生粘结，并对拉裂的坯壳起到焊合作用，同时促使保护渣在结晶器内充分润滑。针对某钢种和保护渣，只要使得结晶器正弦振动在不同的拉速下可以维系合理负滑动时间、负滑动量就可以有效地保证脱模和润滑，从而防止粘结漏钢的发生和保证良好的铸坯表面质量。

结晶器振动曲线完全由振幅和频率决定；以往结晶器振动同步控制模型仅建立了结晶器振动频率随拉速变化而变化，振幅在拉速变化过程中保持不变。振动频率随拉速变化采用如下函数关系：

f=ax

f=ax+b

f=b

f=-ax+b

式中f为频率，a、b为系数，x为拉速

上述结晶器振动同步控制方法在拉速变化过程中工艺参数负滑动时间和负滑动量都在变化而且在某些特殊工况下会严重影响铸坯质量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种结晶器振动同步控制方法，根据负滑动时间和负滑动量建立结晶器振动振幅和频率随连铸机拉速变化而变化的同步控制，很好地解决在拉速变化过程中设备始终在最佳工艺规则下运行，能够保证在所有工况下获得最佳铸坯质量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种结晶器振动同步控制方法，包括以下步骤：

步骤一，当负滑动时间恒定，所要实施的最大拉速小于等于2.5m/min的情况，根据连铸机工艺参数：拉速、浇铸钢种、保护渣特性和连铸机最大拉速，确定结晶器振动的最佳负滑动时间t_n；

步骤二、当负滑量恒定，所要实施的最大拉速小于等于2.5m/min的情况，根据连铸机工艺参数：拉速、浇铸钢种、保护渣特性、连铸机最大拉速确定结晶器振动的最佳负滑动量NSA；

步骤三，根据步骤一、二最佳负滑动时间t_n和最佳负滑动量NSA，频率随拉速、结晶器振动振幅和频率的函数关系如下式：

V_{g} = \frac{f \cdot π \cdot NSA}{\tan (f \cdot π \cdot t_{n}) - f \cdot π \cdot t_{n}}

S = \frac{x}{2 \cdot f \cdot π \cdot \cos (f \cdot π \cdot t_{n})}

式中t_n-负滑动时间，s

S—振幅，m

f—振频，c/s

V_g—拉速，m/s

步骤四、最后根据振动振幅和频率随连铸机拉速变化而变化的规律，实现结晶器振动同步控制。

当负滑动时间随拉速的变化而变化，该方式用于所要实施的最大拉速大于2.5m/min的情况；结晶器振动的负滑动时间随拉速的变化关系，见下式所示

t_n＝a₁·x³+b₁·x²+c₁·x+d₁

式中a₁、b₁、c₁、d₁为系数，x为拉速。

当负滑动量随拉速的变化而变化，所要实施的最大拉速大于2.5m/min的情况，结晶器振动的负滑动量NSA随拉速的变化关系，见下式

NSA＝a₂x³+b₂x²+c₂x+d₂

式中a₂、b₂、c₂、d₂为系数，x为拉速

本发明的原理为：

结晶器正弦振动曲线完全由振幅及振频决定；若能针对某钢种和保护渣建立振幅、振频与拉速的对应关系，使得结晶器正弦振动始终保持合理的负滑动时间和负滑动量，就可以得到正弦振动与拉速同步的控制模型。

本发明根据负滑动时间和负滑动量建立结晶器振动振幅和频率随连铸机拉速变化而变化的同步控制方法很好的解决在拉速变化过程中设备始终在最佳工艺规则下运行，能够保证在所有工况下获得最佳铸坯质量。

附图说明

图1为振幅为3mm时，频率与拉速的关系示意图。

图2为振幅为5mm时，频率与拉速的关系示意图。

图3为负滑动量与拉速的关系示意图，振幅为4mm、负滑动时间为0.15s。

图4为振幅与拉速的关系示意图，负滑动时间为0.15s、负滑动量为3mm。

图5为频率与拉速的关系示意图，负滑动时间为0.15s、负滑动量为3mm。

图6为振幅与拉速的关系示意图，负滑动时间为0.15s、负滑动量为3mm。

图7为频率与拉速的关系示意图，负滑动时间为0.15s、负滑动量为3mm。

图8为振幅与拉速的关系示意图，负滑动时间为0.1s、负滑动量为3mm。

图9为频率与拉速的关系示意图，负滑动时间为0.10s、负滑动量为3mm。

图10为振幅与拉速的关系。

图11为振频与拉速的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

一种结晶器振动同步控制方法，包括以下步骤：

步骤一，当负滑动时间恒定，所要实施的最大拉速小于等于2.5m/min的情况，根据连铸机工艺参数：拉速、浇铸钢种、保护渣特性、连铸机最大拉速，确定结晶器振动的最佳负滑动时间t_n；

t_n=a₁·x³+b₁·x²+c₁·x+d₁

式中a₁、b₁、c₁、d₁为系数，x为拉速

步骤二、步骤二、当负滑量恒定，所要实施的最大拉速小于等于2.5m/min的情况，根据连铸机工艺参数：拉速、浇铸钢种、保护渣特性、连铸机最大拉速确定结晶器振动的最佳负滑动量NSA；

NSA＝a₂x³+b₂x²+c₂x+d₂

式中a₂、b₂、c₂、d₂为系数，x为拉速

步骤三，根据步骤一、二最佳负滑动时间和最佳负滑动量，频率随拉速、结晶器振动振幅和频率的函数关系如下式：

V_{g} = \frac{f \cdot π \cdot NSA}{\tan (f \cdot π \cdot t_{n}) - f \cdot π \cdot t_{n}}

S = \frac{x}{2 \cdot f \cdot π \cdot \cos (f \cdot π \cdot t_{n})}

式中t_n—负滑动时间，s

S—振幅，m

f—振频，c/s

V_g—拉速，m/s

本步骤具体为：若结晶器正弦振动的振幅S恒定，则拉速x和负滑动时间t_n必然满足关系式(1)。

x＝2·f·π·S·cos(f·π·t_n) (1)

式中

t_n—负滑动时间，s

S—振幅，m

f—振频，c/s

x—拉速，m/s

根据式(1)可得到不同负滑动时间下振频和拉速关系的曲线族，如图1和图2所示。

图1表示了当振幅为3mm，负滑动时间分别为0.2s、0.15s、0.1s时结晶器振动频率与拉速的对应关系。对于任意负滑动时间所对应的结晶器振动频率与拉速系曲线都可以得到高频和低频两个区间，即当振幅一定时，若拉速发生改变，为保证结晶器负滑动时间不变，结晶器的振动频率可以有两个选择。但在工程实际应用中一般不会选择低频率的解，如果选择低频率的解，当结晶器的实际振动频率略微发生波动时，易使负滑动时间产生较大的波动，当负滑动时间变得很小时将导致坯壳粘结，拉裂或漏钢。

但是，在振幅不变的情况下，随着拉速的改变，若要保持正弦振动的负滑动时间的恒定，则负滑动量是随动的。通过对比图1和图2可知，在保持负滑动时间不变的情况下，不同的振幅决定了结晶器正弦振动所能适应的最高拉速。反过来，铸机生产的最高拉速限定了结晶器振动所采用的振幅。

另外，由于负滑动量是随动的，结晶器正弦振动在随拉速变化的过程可能会出现负滑动量过大或过小的情况，如图3所示。按照图3中所标定的条件，该正弦振动所支持的最大拉速为1.795m/min。当拉速介于0.5～1.0m/min之间时，负滑动量介于6.7～5.2mm之间，显然会形成较深的振痕；而当拉速接近最大拉速1.795m/min时，负滑动量<2mm，易发生粘结漏钢。

为了避免结晶器正弦振动振幅受最大拉速限定及不合理的负滑动量的出现，应当在式（1）的基础上加入负滑动量NSA作为另一个控制参数。

根据负滑动量NSA的定义和式（1）可推出负滑动量NSA应满足关系式(2)。

NSA = 2 \cdot S \cdot \sin (\arccos (\frac{V_{g}}{2 f \cdot π \cdot S}) - V_{g} \cdot t_{n}) - - - (2)

式中

NSA—负滑动量，m

将公式（2）变形可得振幅S的显式表达，见式（3）。

S = \frac{NSA}{2 \cdot (\sin (f \cdot π \cdot t_{n}) - f \cdot π \cdot t_{n} \cdot \cos (f \cdot π \cdot t_{n}))} - - - (3)

将式（3）代入式（4）可得拉速x与负滑动时间t_n及负滑动量NSA的关系，见式（4）。

x = \frac{f \cdot π \cdot NSA}{\tan (f \cdot π \cdot t_{n}) - f \cdot π \cdot t_{n}} - - - (4)

显然，式（3）及式（4）即为S与V_g关系曲线的参数方程，由(4)式可单独确立频率f与拉速x的关系。虽然由式（3）及式（4）确立的函数S(x)和f(x)不能表达为显式解析解，但可以通过计算得到精确的数值解。

本发明结晶器正弦振动同步模型的应用

在采用正弦振动的初期，负滑动时间t_n的取值以长为好，但目前已从过去的0.5s减小到0.25-0.1s，甚至更短。其主要目的是增加正滑动时间、增加保护渣消耗量，从而增加液体渣层的厚度，减小摩擦力，起到改善润滑的作用。但如果t_n过短将不利于脱模及对拉裂坯壳的“愈合”。一般对于低碳钢t_n不小于0.1s,而中碳钢t_n不应小于0.07～0.1s。对于负滑动量NSA来说，一般NSA=3～5mm，当NSA<2～3mm时坯壳易粘结，而当NSA>5mm时振痕加深。

在模型的工程实际应用中，只要针对生产的钢种及其所使用的保护渣给出结晶器正弦振动的工艺参数t_n（负滑动时间）及NSA（负滑动量）就可确立振幅S与拉速x的关系。

假定负滑动时间t_n＝0.15s，负滑动量NSA＝3mm，最大生产拉速2.0m/min，可得出振幅S与拉速x的关系如图4所示，频率f与拉速x的关系如图5所示；详细计算数据见表1。

表1 振幅、频率与拉速的关系数据

本发明结晶器正弦振动同步模型的扩展

对于给定负滑动时间和负滑动量，该模型虽然可以计算出结晶器正弦振动中振幅和振频在不同拉速下所对应的值，但其仍然存在一定的局限性。在工程实际应用中，结晶器的振幅通常受设备的限制，为了尽量减小振动加速度对振动系统带来的冲击，振动的频率不应太高。当拉速较高时，结晶器正弦振动不得不在较宽的拉速范围内去适应给定的负滑动时间和负滑动量，若在拉速较低的区间保证结晶器振动的振幅和振频在合理的范围内，则在拉速较高的区间则往往出现振频较高或振幅较大的现象。例如，生产最大拉速为3.0m/mn，为保证结晶器的振动频率不会过高（通常<200c/min），设定负滑动时间为0.15s,为保证拉速较高时，铸坯的振痕深度较小，设定负滑动量为3mm。在该工况下，振幅与拉速的关系如图6所示，图6为振幅与拉速的关系(负滑动时间为0.15s、负滑动量为3mm)；频率与拉速的关系如图7所示，图7频率与拉速的关系(负滑动时间为0.15s、负滑动量为3mm)。

从图6和图7中可以看出，虽然在0～3m/min的拉速范围内，频率的范围较为合理，但振幅的最大值确将近7mm。同样，若要保证负滑动量为3mm，且使振幅不能过大，就必须降低负滑动时间(将负滑动时间改为0.1s)。同时，振动的频率会维持较高的水平，如图8和图9所示。图8振幅与拉速的关系(负滑动时间为0.1s、负滑动量为3mm)，图9频率与拉速的关系(负滑动时间为0.10s、负滑动量为3mm)，

为了克服负滑动时间和负滑动量在拉速变化过程保持不变所带来的弊端，可以在该结晶器正弦振动同步模型的基础上，使负滑动时间和负滑动量随拉速变化的而变化。例如，针对拉速由0m/min向3m/min变化时，设定负滑动时间由0.15s线性地过度到0.11s，负滑动量由5mm线性地过渡到3mm，振幅与拉速的对应关系如图10所示，频率与拉速的对应关系如图11所示。

结论

对于固定负滑动时间和负滑动量的结晶器正弦振动同步模型可以适应拉速不太高的连铸机，而采用变动的负滑动时间和负滑动量可以使结晶器正弦振动同步模型适应更高拉速的连铸机。当然，负滑动时间和负滑动量随拉速度的变化可以是非线性的，这使得该模型的调整更为灵活。

Claims

1.一种结晶器振动同步控制方法，包括以下步骤：

当负滑动时间恒定，所要实施的最大拉速小于等于2.5m/min的情况，根据连铸机工艺参数：拉速、浇铸钢种、保护渣特性和连铸机最大拉速，确定结晶器振动的最佳负滑动时间t_n；

V_{g} = \frac{f \cdot π \cdot NSA}{\tan (f \cdot π \cdot t_{n}) - f \cdot π \cdot t_{n}}

S = \frac{x}{2 \cdot f \cdot π \cdot \cos (f \cdot π \cdot t_{n})}

式中t_n—负滑动时间，s

S—振幅，m

f—振频，c/s

V_g—拉速，m/s

2.根据权利要求1所述的一种结晶器振动同步控制方法，其特征在于，当负滑动时间随拉速的变化而变化，该方式用于所要实施的最大拉速大于2.5m/min的情况；结晶器振动的负滑动时间随拉速的变化关系，见下式所示

t_n＝a₁·x³+b₁·x²+c₁·x+d₁

式中a₁、b₁、c₁、d₁为系数，x为拉速。

3.根据权利要求1所述的一种结晶器振动同步控制方法，其特征在于，当负滑动量随拉速的变化而变化，所要实施的最大拉速大于2.5m/min的情况，结晶器振动的负滑动量NSA随拉速的变化关系，见下式

NSA＝a₂x³+b₂x²+c₂x+d₂

式中a₂、b₂、c₂、d₂为系数，x为拉速。