一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法

本发明属于连铸，具体涉及一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法。

背景技术：

1、近年来随着经济的增长和连铸技术的发展，我国钢铁产量已经位居世界之首。为开发更高质量、更多品种的钢，高效连铸是当前连铸研究的重要方向。作为“连铸机心脏”，连铸结晶器具有高效传热、凝固成形、净化钢液和质量控制等重要功能。连铸结晶器以一定规律振动是连铸结晶器的重要控制手段之一，可以增大保护渣消耗量，提高铸坯和结晶器壁之间的润滑效果；同时减小连铸结晶器作用在初凝坯壳上的应力，减轻连铸坯表面振痕深度，提高连铸坯质量。

2、但是，连铸结晶器非正弦振动过程中由于结晶器加速度过大将产生冲击，影响连铸结晶器平稳运行，造成连铸结晶器损伤。而目前减小冲击的方法仅是在连铸结晶器下方添加缓冲弹簧，此种方法虽然能减小冲击，但是无法固定结晶器使其按照既定方向平稳运行，因此提出一种既能减小结晶器冲击又能固定连铸结晶器使其按照既定方向平稳运行方法尤为关键。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，提供一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法。利用一种钢板弹簧对连铸结晶器进行刚性加持，固定连铸结晶器使其按照既定方向平稳运行，同时减小连铸结晶器非正弦振动冲击，发挥连铸结晶器非正弦振动最大优点；

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法，包括以下步骤：

3、步骤1、确定钢板弹簧形状和其参数关系式；

4、所述钢板弹簧参数包括钢板弹簧自由端长度l(单位mm)，宽度a(单位mm)，自由固定端高度b(单位mm)，结晶器固定端高度c(单位mm)，截面高度h(x)；

5、步骤2、根据连铸结晶器质量和非正弦振动最大加速度计算钢板弹簧受到最大冲击p(单位n)，利用钢板弹簧刚度计算公式计算钢板弹簧刚度k(单位n/mm)；

6、步骤3、根据步骤1和步骤2得到钢板弹簧具体参数；

7、步骤4、分析添加钢板弹簧前后连铸结晶器非正弦振动时结晶器连杆受力和结晶器加速度。

8、步骤1所述钢板弹簧参数关系式，公式如下：

9、如图2，令钢板弹簧自由端长度为l(单位mm)，宽度为a(单位mm)，自由固定端高度为b(单位mm)，结晶器固定端高度为c(单位mm)，截面高度为h(x)，则钢板弹簧惯性矩计算公式如下所示：

10、

11、其中，

12、则钢板弹簧梁应变能计算公式如下所示：

13、

14、其中，e表示钢板弹簧弹性模量(单位gpa)，m表示钢板弹簧弯曲力矩(单位n·mm)；

15、根据卡氏第二定理，冲击p下钢板弹簧自由端挠度f计算公式如下所示：

16、

17、则钢板弹簧参数间关系式如下所示：

18、

19、按照莫尔定理，冲击p作用下钢板弹簧自由端最大挠度计算公式如下所示：

20、

21、步骤2所述钢板弹簧所受最大冲击力计算公式如下：

22、p＝m·|a|max               (6)

23、根据钢板弹簧刚度计算公式得到钢板弹簧刚度，公式如下所示：

24、

25、其中，m表示连铸结晶器质量(单位kg)，amax表示连铸结晶器非正弦振动最大加速度(单位m/s2)，n表示添加的钢板弹簧个数，f表示连铸结晶器振幅(单位mm)，此时钢板弹簧自由端挠度f等于连铸结晶器振幅h。

26、步骤4添加钢板弹簧前后连铸结晶器非正弦振动动力学分析如下：

27、添加钢板弹簧后，连铸结晶器上下振动时其受力主要有铸坯与结晶器之间的摩擦力、钢板弹簧力、重力、冲击力、连杆力。

28、连铸结晶器非正弦振动过程中存在负滑动阶段，当连铸结晶器非正弦振动到负滑动阶段，摩擦力方向将会产生变化。设向上为正，则摩擦力计算公式如下所示：

29、

30、其中，ρ表示钢液密度(单位kg·m-3)，g表示重力加速度(单位m·s-2)，lm表示连铸结晶器有效长度(单位mm)，u表示铸坯厚度(单位mm)，v表示铸坯宽度(单位mm)，η表示保护渣黏度(单位pa·s)，v表示连铸结晶器非正弦振动速度(单位mm/s)，vc表示拉速(单位mm/s)；

31、由于作用于结晶器的钢板弹簧力在结晶器位移为0时发生变化，钢板弹簧作用于结晶器的力计算公式如下所示：

32、

33、其中，s表示连铸结晶器非正弦振动位移(单位mm)；

34、添加钢板弹簧前连铸结晶器竖直方向力平衡分析公式如下所示：

35、f-ff-m·g＝m·a                 (10)

36、本实施例中连铸结晶器连杆受力计算公式如下所示：

37、f＝ma+mg+ff                   (11)

38、添加钢板弹簧后连铸结晶器竖直方向力平衡分析公式如下所示：

39、f′+nfkcosγ-ff-m·g＝m·a        (12)

40、其中，υ表示连接结晶器端钢板弹簧弯曲角度；

41、本实施例中连铸结晶器连杆受力计算公式如下所示：

42、f′＝ma+mg+ff-nfkcosγ        (13)

43、对比f与f'可以看见添加钢板弹簧前后连铸结晶器非正弦振动时结晶器受力减小，即连铸结晶器振动冲击减小。

44、本发明的优点是：钢板弹簧减小连铸结晶器非正弦振动冲击同时固定连铸结晶器使其按照既定方向平稳运行，为连铸结晶器非正弦振动提供应用条件，发挥连铸结晶器非正弦振动优势，提升钢坯质量。

技术特征：

1.一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

3.如权利要求1所述的一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

4.如权利要求1所述的一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

技术总结
本发明公开一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法，涉及冶金连铸技术领域。方法包括：确定钢板弹簧形状及其参数关系式，参数包括钢板弹簧自由端长度l、宽度a、远端高度b、近端高度c和截面高度h(x)；根据连铸结晶器质量和其非正弦振动最大加速度计算钢板弹簧所受最大冲击P，利用钢板弹簧刚度计算公式计算钢板弹簧刚度K；计算得不同大小钢板弹簧并比较出减振效果最佳的钢板弹簧；分析连铸结晶器添加钢板弹簧前后连杆受力和结晶器加速度。本发明公开的一种减小连铸结晶器非正弦振动冲击方法可以稳定连铸结晶器使其平稳运行，同时减小连铸结晶器非正弦振动冲击，为连铸结晶器非正弦振动创造应用条件，发挥其优势并进一步提升钢坯质量。

技术研发人员：孟祥宁,王明江
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16