一种连铸结晶器非正弦振动方法

本发明涉及连续铸钢，特别涉及一种连铸结晶器非正弦振动方法。

背景技术：

1、结晶器振动规律经历矩形、梯形、正弦和非正弦速度规律。每一次速度规律的发展和进步，对连铸的表面质量和拉坯速度的提高等方面产生重要影响。特别是结晶器振动初期以获得较长的负滑动时间，以防止铸钢拉漏，随着连铸技术的进步和漏钢预报等技术的应用漏钢事故得以有效避免，而铸坯质量的提高成为铸钢领域的追求主要目标。正弦振动的出现使得铸坯表面质量有较大提高，而高频小振幅操作已成为解决该问题的有效方法。然而，正弦振动这一操作方法，在缩短负滑动时间的同时，正滑动时间也随之减小，不利保护渣消耗量的增加。而非正弦振动在缩短负滑动时间的同时，延长正滑动时间，有利于减小铸坯的振痕深度，增加保护渣的消耗，被称为结晶器的最佳振动方式。

2、结晶器非正弦振动的关键技术之一是波形函数。非正弦振动波形函数主要包含整体函数和分段函数。整体函数虽然具有较好的波形动力学和工艺特性，但函数形式复杂，不易构造，振动工艺参数不便于获得解析解。分段函数形式简单易构造简单，基本参数调节范围大，便于在线调节和控制。

3、现有的技术中分段函数主要有两段、三段、四段、五段和七段。专利cn105081241a中公开了采用偏心轴摆动实现的两段波形函数，虽然位移和速度曲线连续，但加速度曲线的变化率较大，不利于装置的平稳运行。专利cn109766514a和cn105945249a中公开采用三段、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，但是波形函数中的参数不存在解析解，因此，实际应用过程中不易控制且不便于求解工艺参数。专利cn1150072a中公开采用五段构造的波形函数，其位移、速度和加速度曲线也光滑连续，但是波形函数的正滑动速度差相对较大，使得结晶器作用给弯月面坯壳的拉应力较大，易产生拉裂和漏钢。专利103752783a中公开了七段函数构造的非正弦振动波形函数，虽然波形函数降低最大加速度有利于振动系统的平稳运行，但函数构造过程中参数较大，不能给出解析解，不利于工艺参数求解和实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提出一种连铸结晶器非正弦振动方法，该波形函数连续且正滑动时间内正滑动速度差相对较低。采用五段函数构造，形式简单，且在每个振动周期内的速度、位移和加速度曲线连续，不存在刚性和柔性冲击。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种连铸结晶器非正弦振动波形函数，其通过控制连铸结晶器驱动装置的运动规律，在驱动装置的作用下，推动振动台及其上的结晶器按预设的函数，实现非正弦振动，其中非正弦振动的速度函数为：

4、

5、其中，η、λ为三段函数非正弦振动的波形系数；vb、vd为结晶器在tb、td时刻的速度；其中t表示时间，tb、tc、td、te、tf、tg为一个振动周期内，各时间节点，α表示波形偏斜率，f表示振动频率；

6、在每一个振动周期内，波形由五段函数组成，其中，

7、在0≤t≤tb时间内，结晶器以恒定的速度向上运动，速度为一直线；

8、在tb≤t≤tc时间内，结晶器先变减速向上运动，运动到上顶点，此刻速度为0，速度曲线为余弦曲线；

9、在tc≤t≤te时间内，结晶器先变加速向下运动，运动到平衡位置，此刻速度最大，经过平衡位置，变减速向下运动，至下顶点，此刻速度为0，速度曲线为抛物线；

10、在te≤t≤tf时间内，结晶器变加速向上运动，速度曲线为余弦曲线；

11、在tf≤t≤tg时间内，结晶器匀速向上运动，至平衡位置，速度曲线为一直线。

12、优选地，根据本发明的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其中参数η和vd的具体步骤如下：

13、结晶器运动到tc时刻，其运动的速度为0，

14、vb cos[2πηf(tc-tb)]＝0，

15、

16、

17、

18、优选地，根据本发明的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其中参数λ的具体步骤如下：当结晶器由tc时刻运动到时刻时，运动的位移为-h，则

19、

20、

21、优选地，根据本发明的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其中参数vb的具体步骤如下：

22、结晶器运动到tc时刻，其运动的加速度连续，则

23、

24、

25、优选地，根据本发明的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其中参数tb的具体步骤如下：

26、结晶器由0时刻运动tc时刻，其运动的位移为h，

27、

28、整理得到

29、

30、进一步，得到

31、

32、优选地，根据本发明的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其位移函数s如下：

33、

34、其中c1、c2、c3为待求参数，根据结晶器在b点的位移连续，可得

35、c1＝vbtb

36、由于结晶器运动到时刻，其位移为0，可得

37、

38、由于结晶器运动到tf时刻，位移函数连续，则

39、c3＝-vbtb。

40、优选地，所述的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其加速度函数如下：

41、

42、本发明的有益效果如下：

43、本发明的连铸结晶器非正弦振动方法，其与现有技术相比，优点如下：

44、首先，结晶器在正滑动时间内运动时，正滑动速度差相对较低，表明结晶器对弯月面处坯壳的压应力较小，不容易拉漏。

45、其次，采用分段函数构造的非正弦振动波形，形式简单，求解方便，便于在线调节和优化工艺参数。

46、第三，本发明的振幅、频率和波形偏斜率的参数调节范围大，适应高拉速和不同钢种的需要。

技术特征：

1.一种连铸结晶器非正弦振动方法，其特征在于，其通过控制连铸结晶器驱动装置的运动规律，在驱动装置的作用下，推动振动台及其上的结晶器按预设的波形，实现非正弦振动，其中非正弦振动的速度函数为：

2.如权利要求1所述的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其特征在于，其中，

3.如权利要求1所述的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其特征在于，波形系数η的具体步骤如下：

4.如权利要求1所述的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其特征在于，波形系数λ的具体步骤如下：

5.如权利要求1所述的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其特征在于，

6.如权利要求5所述的一种连铸结晶器非正弦振动方法，其特征在于，其加速度函数如下：

技术总结
本发明提出一种连铸结晶器非正弦振动方法，其通过控制驱动装置的运动规律，在驱动装置的带动下，在每个振动周期内按预设的速度波形进行非正弦振动，在一个振动周期内，该振动波形由五段函数组成，通过控制每一段驱动装置的运动规律，能够使结晶器按给定的振动方式实现非正弦振动。本发明构造的非正弦振动波形函数形式简单、易于实现和控制。且位移、速度、加速度曲线连续，不存在刚性和柔性冲击，具有良好的波形动力学特性。

技术研发人员：周超,王芳,于斌,张兴中,谢战军,胥家杰
受保护的技术使用者：河北农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16