一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法
【专利摘要】本发明涉及一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，包括整体函数表达的非正弦波的五个参数为C1：零拉速时的振频；C2：振频/拉速系数；C3：零拉速时的振幅；C4：振幅/拉速系数；α：非正弦因数，通过以上五个参数，根据公式可得出振动频率和振动幅值A，根据位移、速度和加速度与振动幅值A和振动频率的关系，可求得位移、速度和加速度的参数值，进一步可计算出负滑动时间和负滑动率等参数信息。本发明的有益效果为：使非正弦振动装置实现了振幅的正弦/非正弦在线的切换，满足不同铸机对振动方式、振幅、拉速、钢种不同的工况要求；有效提高钢坯的质量，提高结晶器铜管的使用寿命，降低了生产成本，具有较大的推广和使用价值。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及连铸振动【技术领域】，具体涉及一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的 方法。 -种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法
【背景技术】
[0002] 作为连铸生产的核心，结晶器内的连铸过程对生产的顺行以及铸坯质量起着至关 重要的作用；生产过程中，由于钢液在结晶器内与壁面迅速发生换热降温过程，形成初生坯 壳并紧密贴合在结晶器壁面上；为了避免粘结，实现顺利脱模，由此开发出随时间变化的结 晶器振动曲线，并逐渐发展成标准的正弦振动规律曲线；但是在连续振动过程中，结晶器和 坯壳之间必然存在相对运动，进而对坯壳造成摩擦，并在其表面上形成振痕和裂纹，这将在 一定程度上危及连铸生产的顺行并影响铸坯质量。
[0003] 非正弦振动作为一种新型的振动方式，能够在获得较长正滑动时间的基础上减轻 振痕的深度，增加保护渣消耗，优化结晶器与坯壳之间的润滑效果；同时，通过降低正滑动 速度，能够减少结晶器作用在坯壳上的应力，降低拉裂等事故发生的几率；此外，非正弦振 动方式带来较强的负滑动作用，有利于铸坯的脱模和拉裂坯壳的愈合，在一定程度上将提 高连铸的拉坯速度。
[0004] 为实现高频、小振幅，并产生一定量的负滑动，现今在连铸机上应用的非正弦振动 方法普遍采用分段函数，此方法操作简单，比较容易控制；由于结晶器的振动质量较大、振 动频率较高，因此在构造非正弦振动波形函数时，除了必须使其具有最佳振动模型的全部 特征以满足非正弦振动装置工艺动作的要求外，还必须具有良好的动力学特性；良好的动 力学特性有利于提高振动装置工作的平稳性；由机构学可知，如果速度曲线不连续将导致 刚性冲击；若加速度不连续则引起柔性冲击；所以振动波形必须保证结晶器在振动过程中 既不产生刚性冲击，又不产生柔性冲击；分段函数表示的非正弦波形，速度曲线是连续的， 所以不会产生刚性冲击；其加速度曲线也是连续的，所以不会产生柔性冲击，且现场操作性 好，如图1所示；但从其加速度函数表达式和曲线可看出，分段函数表示的非正弦波的加速 度的变化率在A点和B点，图1已标出，不连续，有突变，所以振动质量惯性力的变化有突 变，这也对振动平稳性产生不利影响；整体函数表示的非正弦波形，整体函数非正弦波的速 度曲线是连续的，不会引起刚性冲击；整体函数非正弦波的加速度是连续的，故不存在柔性 冲击，而且其加速度的变化率也是连续的，故其动力学特性优于分段函数表示的非正弦波， 但是有关整体函数的工艺参数的确定方法尚未见文献报道，这在一定程度上限制了非正弦 振动整体函数在工业上的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，以克服目前现 有技术存在的上述不足。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现： 一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，包括整体函数表达的非正弦波的五个参 数，分别为（1)C1 :零拉速时的振频，Hz ;(2)C2 :振频/拉速系数；（3)C3 :零拉速时的振幅， mm; (4) C4:振幅/拉速系数；（5) α :非正弦因数，包括以下四个步骤，即 步骤一：位置、速度及加速度计算公式如下： X(i) = ^ sii - a sin( --)]； V (l) = Λ fii(l - €L cos( mtj) cos[ ω￡ - a： ?0]； =游3 5?(份CiKS(份ι?(份￡)) _ 份(似似t - (峨t)); 其中：振动频中.为：/ = CHOxv，其中r为拉速； 振动幅值为：+ ; 步骤二：当结晶器运动所经历的时间为乜时，结晶器向下运动的速度与拉坯速度相等， 得出负滑动时间的表达式： tN= (T/2-tm) X2 ； 式中，tN :负滑动时间，s ; tm :负滑动开始时间，S ; T :结晶器振动周期，S ; 步骤三：当时间为tm时，结晶器振动速度与拉速相等，也就是负滑动开始的时间，即为： =^l-￡Ccos(ffltf))cos(fiif-￡i?(iai))*60/1000 ； 则 tN= (T/2-tm) X2 ; 负滑动率的表达式为： AS^^^xlOO% . \ ， 式中，ν? :拉述速度，m/min; t :结晶器振动平均速度，m/min ; 步骤四：由负滑动率的表达式中可知需要计算出t数值，结晶器的振动速度表达式 为： P(0 = ^1似(1 - a ?s( --?)) ακ? 似? a sinC 份尤)]; 将A和》的数值带入速度公式中，根据C++语言程序，利用步进迭代算法求出结晶器振 动速度的平均值，而后带入负滑动率公式中，即可求出负滑动率。
[0007] 进一步的，在非正弦振动中，所述负滑动时间tN保持在0. 07~0. 25s。
[0008] 进一步的，所述负滑动率NS保持在-209Γ108. 8%。
[0009] 进一步的，所述非正弦振动的偏斜率α为(Γ40% ;当非正弦因子α =〇时，即为正 弦振动。
[0010] 进一步的，最小振幅Α不小于2. 5mm。 toon] 本发明的有益效果为：可使非正弦振动装置实现了振幅的在线无级调节，正弦/ 非正弦可在线切换，能满足不同铸机对不同振动方式、振幅、不同拉速、不同钢种的工况要 求，从而推动了整体函数在工业上的应用；该方法算法简单，画出的曲线运行准确平稳，振 动精度1?，能有效提_钢述的表面质量，提1?结晶器铜管的使用寿命，从而降低生广成本和 节约能源，具有较大的推广和使用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 下面为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。
[0013] 图1是现有的分段函数的位移、速度和加速度曲线的示意图； 图2是本发明实施例所述的一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法的整体函数 的位移、速度和加速度曲线的示意图。
【具体实施方式】
[0014] 如图2所示，本发明实施例所述的一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法， 包括整体函数表达的非正弦波的五个参数，分别为（1)C1 :零拉速时的振频，Hz ; (2) C2 :振 频/拉速系数；（3)C3 :零拉速时的振幅，mm ; (4)C4 :振幅/拉速系数；（5) α :非正弦因数， 包括以下四个步骤，即 步骤一：位置、速度及加速度计算公式如下： X (?) = A sin[ ω? - a, sn( ； V (/) = A ?(1 - a oos( cos[ mi -a. sin( ?0]； α(?) = Aam2 sii( onsfiaf - a.sia( ω?)) <zms(iai))3sn( β?-α,?Β^ω?^ 其中：振动频率为：>/" = ，其中为拉速； 振动幅值为：+ ; 步骤二：当结晶器运动所经历的时间为乜时，结晶器向下运动的速度与拉坯速度相等， 得出负滑动时间的表达式： tN= (T/2-tm) X2 ； 式中，tN :负滑动时间，s ; tm :负滑动开始时间，S ; T :结晶器振动周期，S ; 步骤三：当时间为tm时，结晶器振动速度与拉速相等，也就是负滑动开始的时间，即为： 则 tN= (T/2-tm) X2 ; 负滑动率的表达式为： i?=^-^xl00% . κ 式中，ve :拉述速度，m/min; I :结晶器振动平均速度，m/min ; 步骤四：由负滑动率的表达式中可知需要计算出t数值，结晶器的振动速度表达式 为： V(jt) - AmQ - acns( oms[ ω?-€--^ --?!1)]; 将Α和?的数值带入速度公式中，根据C++语言程序，利用步进迭代算法求出结晶器振 动速度的平均值，而后带入负滑动率NS的公式中，即可求出负滑动率NS。
[0015] 在非正弦振动中，所述负滑动时间tN保持在0. 07~0. 25s，由于负滑动时间越短， 坯壳凹陷的越浅，振痕也就越浅，保证了生产质量，同时能增加正滑动时间和保护渣消耗 量，有利于连铸拉速的提尚。
[0016] 所述负滑动率NS保持在-209Γ108. 8% ;采用较高的负滑动率NS，可以保证较短的 负滑动时间，进一步较少了铸造过程中振痕的产生，提高了生产质量。
[0017] 所述非正弦振动的偏斜率α为(Γ40%，波形偏斜率炫越大，正滑脱时间越长，结晶 器对坯壳的摩擦力越小，进一步减小了振痕的深度，并有效的防止坯壳的粘结；当非正弦因 子α=〇时，即为正弦振动，进而实现了正弦与非正弦在线的无级转换，能满足不同铸机对 不同振动方式、振幅、不同拉速、不同钢种的工况要求，从而推动了整体函数在工业上的应 用。
[0018] 最小振幅Α不小于2. 5mm，采用小的振幅可以有效减少铸坯的振痕，改善铸坯质 量。
[0019] 具体操作时：一种连铸机，断面为165i380mm，工作拉速1. 5m/min，最高拉速2. 0 m/min，最低拉速1.0 m/min，浇注钢种为普碳钢、低合金钢，此时非正弦整体函数系数取值 为： C1=0. 8, C2=l. 4, C3=2. 4, C4=0. 4, α =〇. 1 采用以上方法计算出的工艺参数表如下： 拉速（m/min)__α_振幅/mm 频率(次/分钟)_负滑动时间/s 负滑动率 2.0 -0.1 3.2 216 0.087 -0.388 1.9 -0. 1 3. 16 207.6 0.091 -0.387 1.8 -0. 1 3. 12 199.2 0.094 -Q. 387 1.7 -0.1 3.08 190.8 0.098 -0.389 1.6 -0.1 3.04 182.4 0. 103 -0.392 1. 5 -0. 1 3.00 174 0. 108 -Q. 398 1.4 -0.1 2.96 165.6 0. 113 -0.406 1.3 -0.1 2.92 157.2 0. 120 -0.418 1.2 -0. 1 2.88 148.8 0. 126 -Q. 435 1. 1 -0. 1 2.84 140.4 0. 142 -Q. 456 1.0 -0. 1 2.80 132 0. 152 -Q. 485 0.9 -0. 1 2. 76 123.6 0. 162 -Q. 523 0.8 -0. 1 2. 72 115.2 0. 174 -0.573 0. 7 -0. 1 2.68 106.8 0. 187 -Q. 642 0.6 |-Q. 1 |2.64 \98.4 |〇. 216 |-Q. 739 由上表数据信息可知，可以得到整体函数的位移、速度和加速度曲线的示意图，如图 2所示，并通过数据和图2中可知，连铸机采用非正弦整体函数振动的方法后，当拉速在 0. 6~2. Om/min之间变动时，负滑动时间和负滑动率均符合生产的工艺要求，使得铸坯质量 大大提升，且振动曲线平滑稳定，进而减少了对设备冲击，有效减少了铸坯过程中的振痕的 产生，并且有效的防止了坯壳的粘结。
[0020] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种 形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技 术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，包括整体函数表达的非正弦波的五个 参数，分别为（1)C1 :零拉速时的振频，Hz ;(2)C2 :振频/拉速系数；（3)C3 :零拉速时的振 幅，mm; (4) C4:振幅/拉速系数；（5) α :非正弦因数，其特征在于，所述方法包括以下四个 步骤： 步骤一：位置、速度及加速度计算，公式如下： Χ{￡) ^ ω?-σ.^ ； V (?) = Λ --(1 - cl cos( fitf)) ts?s[ mt - a, sin( fiii)]. = AtZi07 sb( --￡)?χ?5^--￡ a. an( - Α--7(1 〇ε,?χ?5(β)?^7sn( fili - <Zsn(0i))； 其中：振动频率为：^" = 〇1+·￡Γ2χκ，其中v为拉速； 振动幅值为：3=<^ + 64χν ; 步骤二：当结晶器运动所经历的时间为乜时，结晶器向下运动的速度与拉坯速度相等， 得出负滑动时间的表达式： tN= (T/2-tm) X2 ； 式中，tN :负滑动时间，s ; tm :负滑动开始时间，S ; T :结晶器振动周期，S ; 步骤三：当时间为tm时，结晶器振动速度与拉速相等，也就是负滑动开始的时间，即为： 则 tN= (T/2-tm) X2 ; 负滑动率的表达式为： 泌=U!xl00% . ， 式中，VC :拉述速度，m/min; 4 :结晶器振动平均速度，m/min; 步骤四：由负滑动率的表达式中可知需要计算出t数值，结晶器的振动速度表达式 为： V(i) = A&iQ- ?ζ cos( ffli)) cos[ ω?-α sin( mij\ . 将A和曰的数值带入速度公式中，根据C++语言程序，求出结晶器振动速度的平均值， 而后带入负滑动率公式中，即可求出负滑动率。
2. 根据权利要求1所述的一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，其特征在于： 在非正弦振动中，所述负滑动时间tN保持在0. 07~0. 25s。
3. 根据权利要求2所述的一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，其特征在于： 所述负滑动率NS保持在-209Γ108. 8%。
4. 根据权利要求3所述的一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法，其特征在于： 所述非正弦振动的偏斜率α为(Γ40% ;当非正弦因子α =〇时，为正弦振动。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种确定结晶器非正弦振动工艺参数的方法， 其特征在于：最小振幅A不小于2. 5mm。
【文档编号】B22D11/18GK104117640SQ201410342721
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】张曦, 侯娜娜, 张成武, 江兵, 李雪, 潘丽玮, 史小艺, 倪秋野 申请人:麦格瑞冶金工程技术（北京）有限公司