连铸机结晶器非正弦振动参数分析及动力学仿真

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1、续表1.1结晶器振动技术的发展过程221985日本神户制铁非正弦液压伺服传动机构，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进行调整231988DELHAU非正弦液压伺服传动机构，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进行调整241990DEMAG和ARVEDI公非正弦液压伺服传动机构，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进司行调整251995奥钢联和英国DAYY非正弦液压伺服传动机构，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进公司行调整261998李宪奎非正弦通过非圆齿轮或连杆式驱动，对振动波形、频率、振幅进行调整，方便简单1.3连铸结晶器非正弦振动技术在国内外的研究与应用正弦振动的特性取决于其振

2、幅和振动频率，只有两个振动参数，独立变量少，波形调节能力小，而负滑动时间随着振动频率的减小及振幅的增大而增大，但过高的振动频率和过大的振幅会降低系统的稳定性，增大铸坯与结晶器之间的摩擦。因此，为适应上述要求，近年来出现了非正弦振动方式。非正弦振动方式主要特点是：负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度;正滑动时间较长可增加保护渣的消耗量，有利于结晶器的润滑;结晶器向上的运动速度与铸坯运动速度差较小，可减小结晶器施加给铸坯向上作用的摩擦力，即可减小坯壳中的拉应力，减少拉裂。非正弦振动的实现有液压和机械两种。[14]国外采用液压伺服系统，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进行了调整，该系统

3、复杂、投资昂贵，对设备的维护和要求高。具有代表意义的是DEMAG的液压伺服系统，其振动波形曲线包括位移曲线和速度曲线：S(t)=hsin[wt-asin(wt)](1.1)V(t)=h[w-awcos(wt)]cos[wt-asin(wt)](1.2)式中：h—振幅，mm；w—角频率，rad/min；a—波形偏斜率；S—输入位移；V—输入速度。国内，李宪奎教授开发了机械驱动实现非正弦振动的装置，并获得专利。与液压伺服系统相比具有结构简中，便于加工、制造和维修成本低等优点，特别适合原有连铸机的改造。其振动波形曲线：41E+St=harctg-Etgpft()sin{2[1()]}(1.3)

4、(1E2)1E-+-+wpV(t)hcos{2arctg[tg(ft)]}=1E22Ecos(t)1E--w-(1.4)式中：h—振幅，mm；w—角频率，rad/min；E—波形偏斜因子，与波形斜率a有对应的关系；S—输入位移；V—输入速度。目前，非正弦振动技术己在日本，法国和德国等一些钢铁厂试验成功。实践证明，液压伺服系统的优点是可靠，灵活，它能为每一次浇铸设置最佳参数，并且振动参数可以在线调节，非正弦振动形式和正弦振动形式还可以互换。1972年，日本钢管厂的福山厂在其5号机上应用了液压伺服非正弦振动技术，并且投入工业应用。[15]1985年，在日本神户制钢所对铸坯表面质量的影响进行研

5、究，在实验室借助水来模拟钢液。采用两台三级高响应的伺服阀直接装载油缸上并联驱动对称液压缸。为改善结晶器液压振动系统的阻尼，在液压缸上下两腔用节流阀调节泄漏流量，工作液采用不易燃的磷酸酯。1992年，德马克的ISP薄板连铸连扎生产线在意大利的克雷蒙纳的阿尔维迪厂建成，采用连铸机为圆弧形，结晶器为上直下弧形，振动机构为液压激振式。[16]应用液压振动的另一代表性的研究工作是法国钢铁研究院(IRSTD)与CLECLM设计制造的结晶器液压振动系统，并对其进行了模拟实验研究，结果表明，应用非正弦振动可以有效的减少结晶器内部的摩擦力，使振痕深度减轻，铸坯表面质量得以明显改善。在实验基础上，又设计制造

6、了两台液压振动工业试验装置一为数字模拟混合式，分别安装在SOLLAC的2号板坯连铸机和UnimetelNormandie厂的小方坯连铸机上。随后,CLECLM又为SOLLAC厂设计制造了一台工业性液压振动装置，采用数字控制方式，设备于1993年安装在SOLLAC2号板坯连铸机上。[17]奥钢联和英国的DAVY公司联合投资并成立了CONROLL公司，它的第一条生产线于1988年在瑞典的阿维斯塔建成，第二条生产线1995年4月在美国曼斯菲尔德的ARMCO公司建成。在这条生产线上，采用了平行平板式结晶器，振动形式采用了液压激振。[18]意大利的达涅列公司为加拿大ALGOMA钢铁公司提供的一条薄

7、板坯连铸生产线也采用液压激振方式。[19]国外的研究工作主要集中在振动方式，目前的趋势是采用液压激振。其主要优点是除了机械式的可调频幅外，还可控制振动波形，做任何调整要比机械式方便得多(机械式无法在线调整)。波形的改变可在频、幅不变的情况下控制负滑脱，而负滑脱率又是影响板坯质量的一个重要参数。国内对结晶器液压激振控制系统研究较少。1992年，北京航天航空大学和钢铁研究总5院连铸中心开始研究连铸机非正弦波形的生成问题。1999年燕山大