连铸结晶器非正弦振动方法与流程

1.本发明属于连铸技术领域，涉及一种连铸结晶器非正弦振动方法。


背景技术：

2.结晶器振动是连铸工艺不可或缺的工艺操作，目前常用的振动形式主要是正弦和非正弦波形。正弦振动采用高频小振幅操作能够通过缩短负滑动时间减轻铸坯的表面振痕深度，从而提高铸坯质量，但是该工艺在缩短负滑动时间的同时，正滑动时间也相应减小，不利于保护渣的消耗，即铸坯和结晶器壁的润滑效果较差，摩擦力较大。而非正弦振动可以获得良好的工艺参数，减小负滑动时间的同时，获得较长的正滑动时间，增加了保护渣的消耗量。此外，还可以获得较小的正滑动速度差，减小初生坯壳的拉应力，较大的负滑动量，有利于铸坯的脱模。因此，结晶器非正弦振动已成为实现高效连铸的关键技术之一。
3.振动波形是结晶器非正弦振动技术的核心技术之一。随着经济的高速发展，以及对钢产品质量需求的提高，各生产厂家在追求高质量、高拉速的过程中不可避免出现表面振痕、裂纹、甚至漏钢等事故发生。为减小甚至消除铸坯缺陷和提高生产率，亟需开发新型非正弦振动波形函数，满足连续铸钢的高效和优质。
4.非正弦振动波形函数主要有整体函数和分段函数。不同的波形函数，其铸坯的工艺效果也不同。目前已知的整体函数主要有德马克非正弦振动波形，逆平行四连杆、非圆齿轮、双偏心等实现的非正弦振动波形，这些波形虽具有较好的波形动力学特性，但构造复杂，调节范围有限，工艺参数不易求解，实际应用不易控制。而分段函数调节范围大，结构简单，易于控制，因而应用广泛。目前已知分段函数主要有两段、三段、四段、五段、七段。专利cn105081241a给出的两段函数非正弦振动波形，其波形参数求解复杂，不能给解析表达式，工艺应用存在困难。cn1799727a构造的三段波形函数，其位移和速度曲线连续，加速度曲线有突变，容易对设备造成冲击，影响其使用寿命。cn105945249a给出由四段函数构造的非正弦振动波形，虽然位移、速度和加速度曲线光滑连续，但波形的工艺参数不易求解，不能给出具体的表达式，不容易控制。2000年机械工程学报第36卷第1期报道，采用五段函数构造的非正弦振动波形，虽然参数给出参数具体的表达式，但是波形的正滑动速度差较大，这对铸坯初生坯壳的拉应力较大，易产生的漏钢。2013年中国机械工程第24卷第24期报道，由七段函数构造的非正弦振动波形，其目的是在改变波形偏析率的情况下，最大加速度保持不变，对于机构振动冲击较小，但函数构造过程中，参数多，求解复杂，不易给出参数具体的表达式，因而，不易调节。
5.总之，构造非正弦振动波形，既要表达形式简洁，易实现，实际应用调控性能好，又要具有良好的波形动力学特性和工艺特性。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供一种连铸结晶器非正弦振动方法，采用非正弦振动波形函数，在波形偏斜率增大时，其正滑动速度差相比其他非正弦振动波形较低。且波
形函数形式简单，调控能力强，易于求解合理的振动工艺参数和同步控制模型。
7.本发明是这样实现的：
8.一种连铸结晶器非正弦振动方法，具体过程为：通过控制结晶器驱动装置的运动规律，使连铸结晶器在驱动装置的带动下，在每个振动周期内实现如下六段函数所确定的非正弦振动波形：
[0009][0010]
式中，v为结晶器运动的速度，t为时间；tb、tc、td、tf和tg、分别为非正弦振动波形各阶段时间点，vb为tb时刻的速度，δ、ψ为待定参数，f为振动频率；
[0011]
在每一个振动周期内，振动过程分为以下六个阶段，每个阶段分别按照如下六段速度波形进行振动，使结晶器实现上述六段函数表示的非正弦振动：
[0012]
在0≤t≤tb内，结晶器匀速向上运动，速度为一常数；
[0013]
在tb≤t≤tc内，结晶器向上做变减速运动，速度曲线为抛物线，运动到tc时刻，速度变为0；
[0014]
在tc≤t≤td内，结晶器变加速向下运动，速度曲线为三次方曲线；
[0015]
在td≤t≤te内，结晶器变减速向下运动，到达te时刻，速度变为0，该时间段内速度曲线为三次方曲线；
[0016]
在te≤t≤tf内，结晶器变加速向上运动，速度曲线为抛物线；
[0017]
在tf≤t≤tg内，结晶器匀速向上运动，速度为一常数，是一段水平线。
[0018]
优选地，对于结晶器非正弦振动，
[0019][0020]
其中，f为振动频率、α为波形偏斜率。
[0021]
优选地，
[0022]
优选地，
[0023]
优选地，tb时刻的速度vb＝-δ(t
c-tb)2。
[0024]
优选地，其中，h为结晶器从0时刻运动到tc时刻的运动位移。
[0025]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026]
1、本发明的非正弦振动波形函数在波形偏斜率增大时，其可以获得较小的正滑动速度差，减小结晶器壁对铸坯向上的摩擦力及凝固坯壳中的拉应力，因此对于提高拉坯速度和减少粘结性漏钢有重要作用。本发明构造的非正弦振动波形函数形式简单，调控能力强，位移和速度曲线光滑连续，加速度没有突变，不存在刚性和柔性冲击具有良好的波形动力学特性，保证装置的平稳运行。
[0027]
2、本发明的振幅、频率和波形偏斜率可在较大范围内选取，满足不同钢种的要求。相比其它波形函数，同种工况下，能够降低正滑动速度差，易于求解合理的振动工艺参数和同步控制模型。
附图说明
[0028]
图1是本发明的速度波形曲线；
[0029]
图2是本发明在不同波形偏斜率下非正弦振动的位移曲线图；
[0030]
图3是本发明在不同波形偏斜率下非正弦振动的速度曲线图；以及
[0031]
图4是本发明在不同波形偏斜率下非正弦振动的加速度曲线图。
具体实施方式
[0032]
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0033]
一种连铸结晶器非正弦振动方法，具体过程为：通过控制结晶器驱动装置的运动规律，使连铸结晶器在驱动装置的带动下，在每个振动周期内实现如下六段函数所确定的非正弦振动波形：
[0034]
[0035]
式中，v为结晶器运动的速度，t为时间；tb、tc、td、tf和tg、分别为非正弦振动波形各阶段时间点，vb为tb时刻的速度，δ、ψ为待定参数，f为振动频率；
[0036]
在每一个振动周期内，振动过程分为以下六个阶段，每个阶段分别按照如下六段速度波形进行振动，使结晶器实现上述六段函数表示的非正弦振动：
[0037]
在0≤t≤tb内，结晶器匀速向上运动，速度为一常数；
[0038]
在tb≤t≤tc内，结晶器向上做变减速运动，速度曲线为抛物线，运动到tc时刻，速度变为0；
[0039]
在tc≤t≤td内，结晶器变加速向下运动，速度曲线为三次方曲线；
[0040]
在td≤t≤te内，结晶器变减速向下运动，到达te时刻，速度变为0，该时间段内速度曲线为三次方曲线；
[0041]
在te≤t≤tf内，结晶器变加速向上运动，速度曲线为抛物线；
[0042]
在tf≤t≤tg内，结晶器匀速向上运动，速度为一常数，是一段水平线。
[0043]
以下给出波形中各待定参数的计算方法及非正弦振动的位移、速度和加速度波形：
[0044]
速度函数为：
[0045][0046]
对于结晶器非正弦振动，一般振动频率f、波形偏斜率α已知，上式中各参数的求解方法如下：
[0047]
由波形偏斜率的定义可知，而tb待求。结晶器运动tc时刻，其速度为0，则
[0048]
δ(t
c-tb)2 vb＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0049][0050]
整理可得
[0051]
vb＝-δ(t
c-tb)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0052]
[0053]
由于结晶器在tc时刻加速度连续，可得
[0054][0055]
整理式(6)可得
[0056][0057]
结晶器由tc时刻运动到时刻，运动的位移为-h，可得
[0058][0059]
整理式(8)，并将式(5)代入，可得
[0060][0061]
结晶器由0时刻运动tc时刻，运动的位移为h，可得
[0062][0063]
整理式(10)得
[0064][0065]
将式(4)、(7)代入式(11)，可得
[0066][0067]
位移函数为：
[0068][0069]
加速度a的函数为：
[0070][0071]
因此，当结晶器振动的振幅h＝4mm，频率f＝2hz，波形偏斜率取不同值时，非正弦振动波形式(1)中，各参数的取值如表1所示。
[0072]
表1各参数的取值
[0073]
αtbtctetfvbvdδψ0.10.08470.13750.36250.41530.03340.0474-11.977333.2957αtbtctetfvbvdδψ0.20.11370.150.350.38630.02900.0553-22.066453.3333αtbtctetfvbvdδψ0.30.13370.16250.33750.36230.02590.061-42.096590.9843αtbtctetfvbvdδψ0.40.15840.1750.3250.34160.02360.0711-85.6964168.5597
[0074]
当结晶器振动的振幅h＝4mm，频率f＝2hz，波形偏斜率α＝20％，得到结晶器振动一个周期内的速度波形，如图1所示，该速度波形光滑连续无突变点，装置不会产生刚性冲击。此外，还给出不同偏斜率下非正弦振动的位移、速度和加速度曲线，如图2～4所示。由图中可以看出，随着波形变偏斜率增大，非正弦振动的特征更加明显，波形偏斜率可在较大范围内调节，以满足不同钢种的需求，加速度曲线连续无突变，设备不会产生柔性冲击，保证
其平稳运行，具有较好的动力学性能。
[0075]
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。