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正文內(nèi)容

機械畢業(yè)設(shè)計-180方坯結(jié)晶器振動裝置設(shè)計(編輯修改稿)

2025-01-06 19:54 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 器非正弦振動裝置按照驅(qū)動和控制方式可以分為液壓非正弦和機械非正弦 。 1 液壓非正弦 1)伺服液壓系統(tǒng)驅(qū)動的非正弦 在“九五”期間由燕山大學和第二重型機器廠合作開發(fā)的結(jié)晶器伺服液壓系統(tǒng),其液壓站提供壓力源,由工業(yè)控制計算機和控制軟件組成的監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生正弦、非正弦等波形。模擬控制系統(tǒng)由壓力差環(huán) PID2,位移環(huán) PID1 組成。 該系統(tǒng)于 1998 年 12 月應用于新興鑄管股份 有限公司煉鋼廠的羅可普方坯連鑄機。該項成果獲 2021 年河北省科技進步二等獎。 2)數(shù)字缸驅(qū)動的非正弦 據(jù)報道億美博公司開發(fā)了數(shù)字缸非正弦振動裝置。 二、 機械非正弦 機械非正弦振動是具有中國特色的一種非正弦振動驅(qū)動方式。 1) 普通電機非正弦 由普通電機驅(qū)動的非正弦振動裝置包括雙偏心迭加機構(gòu)、非圓齒輪機構(gòu),反向平行四連桿機構(gòu)。雙偏心迭加非正弦。其工作原理是通過兩個正弦波迭加產(chǎn)生非正弦振動波形。兩個曲柄 ML、 JK 非別產(chǎn)生兩個正弦波,通過兩個連桿 MN、IJ將其迭加于橫梁 NI的 H鉸鏈點上,然后輸出,驅(qū) 動結(jié)晶器振動臺使結(jié)晶器產(chǎn)生非正弦振動。 該非正弦振動裝置于 1998 年應用于首鋼第二煉鋼廠 鑄機,獲 2021 年北京市科技進步二等獎。非圓齒輪驅(qū)動的非正弦。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊,不但可以應用于四連桿振動裝置上,也可以用于四偏心振動機構(gòu)中。該非正弦振動裝置于 1999 年 8 月應用于新興鑄管股份有限公司煉鋼分廠羅可普方坯連鑄機上,獲 2021 年河北冶金工業(yè)協(xié)會冶金科學技術(shù)一等獎?,F(xiàn)已推廣應用于首鋼二煉鋼,濟鋼一煉鋼,臨鋼,河北文豐等鋼鐵公司。反向平行四連桿非正弦。該機構(gòu)簡單,緊湊,運行平穩(wěn)性好。 2) 伺服電機非正弦 11 電動缸(伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠)非正弦。該技術(shù)是由衡陽鐳鉬公司開發(fā)的非正弦振動方式。該技術(shù)的核心部件-電動缸,即伺服電機和滾珠絲杠組成的機電一體化產(chǎn)品,為國外進口。該機構(gòu)的工作原理是:伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠交替、變轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)運動,通過滾珠絲杠驅(qū)動螺母,使結(jié)晶器振動臺實現(xiàn)非正弦振動。伺服電機驅(qū)動偏心軸非正弦。該技術(shù)是由燕山大學最新開發(fā)的非正弦振動技術(shù)。發(fā)明專利申請?zhí)?。該非正弦振動的工作原理是:伺服電機連續(xù)、單向、變角速度轉(zhuǎn)動驅(qū)動偏心軸,通過連桿驅(qū)動結(jié)晶器振動臺實現(xiàn)非正 弦振動。 伺服電機驅(qū)動偏心軸非正弦技術(shù) 。 伺服電機驅(qū)動偏心軸的非正弦振動裝置打破了結(jié)晶器機械振動發(fā)生裝置和液壓伺服振動發(fā)生裝置的傳統(tǒng)模式,將機械振動發(fā)生裝置中的偏心軸連桿機構(gòu)由原普通交流電機驅(qū)動改為由伺服電機驅(qū)動,并融合液壓伺服振動裝置中的電氣控制原理,從而創(chuàng)造出一種新型、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的結(jié)晶器振動發(fā)生裝置。該非正弦振動裝置頻率、波形偏斜率均在線可調(diào),振幅停機可調(diào)。通過在線調(diào)節(jié)波形偏斜率和振動頻率可以獲得全部最優(yōu)的振動工藝參數(shù)。同時該裝置具有振動參數(shù)、鑄坯與結(jié)晶器間摩擦力實時監(jiān)測、顯示、存儲和查詢功能。其中摩 擦力的檢測可以作為漏鋼預報的一種輔助手段。 該項技術(shù)突出的優(yōu)點是:投資小,裝置簡單,結(jié)構(gòu)緊湊,運行可靠性高,且承載能力大,抗沖擊能力強,維護工作量小,控制系統(tǒng)跟蹤精度高,響應速度快。該振動發(fā)生裝置可用于不同結(jié)構(gòu)和大小的結(jié)晶器振動裝置,具有較廣泛的推廣應用價值。 結(jié)晶器振動工藝參數(shù)分析 同步控制模型的優(yōu)化設(shè)計中 ,需要著重考察幾個與結(jié)晶器液壓振動冶金效果密切相關(guān)的重要的振動工藝參數(shù) ,即 :負滑脫時間 tN、 保護渣消耗量 Qf 和振痕深度 dOCS。負滑脫時間即是指在振動周期內(nèi)結(jié)晶器向下運動的速度 超過拉速的時間 [ 1 ],在這期間結(jié)晶器相對于鑄坯向下運動 ,坯殼受到壓應力作用 ,該 “壓合” 效果可彌補正滑脫期間坯殼受到的拉應力作用 ,從而減小裂紋生成的可能性 ,以及使鑄坯表面的振痕變淺 ,這對于鑄坯的表面質(zhì)量是有利的。但另一方面 ,結(jié)晶器保護渣沿坯殼與結(jié)晶器壁之間的滲入量則隨著負滑脫時間的增加而減少 ,這對于鑄坯潤滑條件和結(jié)晶器傳熱條件的改善是不利的。綜合考慮到負滑脫時間對結(jié)晶器振動冶金效果的正負兩方面的影響效果 ,在優(yōu)化同步控制模型時應對其目標值進行適當選取 ,且對于不同的鋼種 ,還應按鋼種特性 (特別 12 是裂紋敏感性 )來加以考慮 ,例如包晶鋼對應的負滑脫時間目標值即應取得相對更小一些。負滑脫時間 tN 與振動基本參數(shù)密切相關(guān) ,其值隨著頻率 f 的增加、 振幅 h 的減小及波形偏斜率α的增大而減小。對于各種振動波形 ,在給定拉速、 振幅及波形偏斜率的情況下 ,均存在著一個頻率臨界值 f cr 和轉(zhuǎn)折值 f in。當 f ≤ f cr 時 ,負滑脫時間不存在 ,此時無法控制粘結(jié) ,即為粘結(jié)區(qū)域 。當 f cr ≤ f ≤ f in 時 ,負滑脫時間隨頻率增加而增大 ,且變化趨勢較陡 (頻率的微小變動可引起負滑脫時間的強烈變化 ) ,即為非穩(wěn)定區(qū)域 ,合理的頻率值應該避開這兩個區(qū)域。板坯澆鑄過程中 ,結(jié)晶器保護渣添加至結(jié)晶器鋼液表面 ,保護渣熔化且沿著結(jié)晶器壁與鑄坯之間的空隙進行滲透 ,形成液相渣層和固相渣層 [2 ]。對于冶金效果來說 ,結(jié)晶器保護渣具有兩個重要的功能 ,即 :均勻傳熱和良好潤滑。而結(jié)晶器潤滑情況是否良好 ,則可以采用保護渣消耗量來加以評價 ,即單位面積鑄坯表面所消耗的保護渣質(zhì)量。基于防止粘結(jié)性漏鋼的考慮 ,保護渣消耗量的臨界最小值從經(jīng)驗上可取為 0. 3 kg/ m2。 [ 3 ]保護渣消耗量 Qf 主要取決于結(jié)晶器 的振動參數(shù)、 拉速和保護渣的性質(zhì) [4 ],通過理論計算可獲得保護渣消耗量隨結(jié)晶器振動參數(shù)和拉速的變化關(guān)系 ,如圖 1 所示。 結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展 結(jié)晶器振動是連鑄技術(shù)的一個基本特征。 連鑄過程中,結(jié)晶器和坯殼間的相互作用影響著坯殼的生長和脫膜,其控制因素是結(jié)晶器的振動和潤滑。連鑄在采 13 用固定結(jié)晶器澆注時,鑄坯直接從結(jié)晶器向下拉出,由于缺乏潤滑,易與結(jié)晶器發(fā)生粘結(jié),從而導致出現(xiàn)拉不動或者拉漏事故,很難進行澆注。結(jié)晶器振動對于改善鑄坯和結(jié)晶器界面間的潤滑是非常有效的,振動結(jié)晶器的引進,使得工業(yè)上大 規(guī)模應用連鑄技術(shù)得以實現(xiàn)。可以說,結(jié)晶器振動是澆注成功的先決條件,是連鑄發(fā)展的一個重要里程碑。近年來,冶金工業(yè)的迅速發(fā)展,要求連鑄提高拉速以增加連鑄機的生成能力,人們對結(jié)晶器振動的認識也在不斷深入和發(fā)展。 結(jié)晶器振動技術(shù) 結(jié)晶器振動技術(shù)早期只應用于有色金屬的澆注,由于沒有弄清與結(jié)晶器潤滑的關(guān)系,結(jié)晶器震動的概念也經(jīng)歷了各種變化。直到 1949 年, 西第一次將其應用于鋼的澆注,目前就是為了有效的改善鑄坯和結(jié)晶器壁間的潤滑條件。這一成果對于推動連鑄技術(shù)的發(fā)展,使其從實驗室走向工業(yè)化 應用做出了開拓性的發(fā)展,表 示出了連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展演變情況。 從表 結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展來看,結(jié)晶器震動經(jīng)歷了早期的非正弦振動到正弦振動方式,目前又發(fā)展到非正弦方式的過程。當然,現(xiàn)在所采用的非正弦振動與早期的非正弦振動雖然振動波形同為非正弦,但其目的和實現(xiàn)方式上二者有本質(zhì)的區(qū)別。 結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展過程 序號 年代 發(fā)明者 振動形式 原理或目的 1 1933 容漢斯 非正弦 3:1 模型 ,但下降時無相對運動 ,以保證最 高的傳熱效果 2 1949 容漢斯 非正弦 第一次將振動結(jié)晶器應用到鋼的連鑄中 羅 西 3 1951 薩瓦日 非正弦 振幅和頻率根據(jù)結(jié)晶器摩擦而變化的簧 吊掛式結(jié)晶器 4 1953 羅 西 非正弦 在 1:1和 1:4模型之間 ,以避免結(jié)晶器向 上運動時撕裂坯殼 5 1953 哈立德 非正弦 使用機械往復式 3:1 模型結(jié)晶器 ,向下運 14 動時有負滑脫 6 1954 薩瓦日 非正弦 應用彈簧吊掛式結(jié)晶器加上液壓機構(gòu)的 海森堡 3:1 模型 ,在結(jié)晶器向下運動時有 ” 壓縮釋 放 “ 7 1957 魯斯特海爾 非正弦 用彈簧吊掛式結(jié)晶器加上液壓機構(gòu)的 Scheneider 3:1 模型 ,以避免振動 8 1958 Signora 正 弦 以偏心機構(gòu)形成穩(wěn)定、簡單的正弦波振 Caroano 動 9 1959 Michelsen 非正弦 3:1 模型,只在向下運動最后階段產(chǎn)生 負滑脫以改善傳熱 10 1959 薩瓦日 非正弦 3:2 模型,降低向上運動的加速運動以盡 Morton 量避免撕裂坯殼 11 1960 茍 周 非正弦 用安裝在彈簧吊掛結(jié)晶器上的兩個疊加 Zaeytydt 的偏心機構(gòu)形成復雜的模型 12 1967 考伯爾 非正弦 ~ 的負滑脫焊合時間 13 1968 科奈爾 正 弦 55%~80%的 向下運動時間為負滑脫時間 14 1971 鮑 曼 正 弦 在大方坯澆注中采用高頻小振幅振動一 減輕振痕 15 1979 Tomono 正 弦 碳含量對振痕深度的影響 16 1981 Okazaki 正 弦 第一次用 400cpm 振動頻率的板坯連鑄 機 17 1982 沃爾夫 正 弦 在整個澆注速度范圍內(nèi)負滑脫時間 恒定 18 1984 米如 正 弦 在 f和 Vc之間呈拋物線式的同步模型 19 1984 米朱卡米 非正弦 帶液壓驅(qū)動裝置的 1: 模型,以高速澆 注板坯 20 1985 戴維斯 正 弦 低頻小振幅高速澆注易粘結(jié)鋼種 21 1985 Mikio Suzuki 非正弦 上行時間比下行時間長,用液壓伺服傳 15 動機構(gòu)澆注板坯 22 1985 日本神戶 非正弦 液壓伺服傳動機構(gòu),允許在澆注期間對 制鐵 振動波形、頻率、振幅進行調(diào)整 23 1988 DELHAU 非正弦 液壓伺服傳動機構(gòu),允許在澆注期間對振動波形、頻率、振幅進行調(diào)整期間 24 1990 DEMAG 和 非正弦 液壓伺服傳動機構(gòu),允許在澆注對振動 ARVEDI 公司 波形、頻率振幅進行調(diào)整 25 1995 奧鋼聯(lián)和 非正弦 液壓伺服傳動機構(gòu),允許在澆注期間 英國 DAVY 公司 對振動波形、頻率、振幅進行調(diào)整 26 1998 李憲圭非正弦通過非圓齒輪或連桿式驅(qū)動,對振動波型、頻率、振幅進行調(diào)整 ,方便簡單 圖 結(jié)晶器振動和潤滑的關(guān)系 結(jié)晶器振動的重要影響主要是對潤滑和振動痕跡形成的作用。振動的同時要求提供結(jié)晶器潤滑,兩者的共同作用是減少坯殼和結(jié)晶器壁間的摩擦力,以得到最好的表面質(zhì)量和防止粘結(jié)漏鋼的最佳安全性。如前所述,結(jié)晶器振動對于改善結(jié)晶器壁間的潤滑是非常有效的,但對于結(jié)晶器振動如何影響結(jié)晶器保護渣的消耗和保護渣的潤滑作用,其機理并不十分清楚。早期的研究曾提出一個負滑脫時間保護渣流入量的模型,但是隨后 的試驗結(jié)果表明,保護渣消耗量是正滑脫時間的增函數(shù),圖 ??梢?,對于振動結(jié)晶器,正滑脫時間越長,保護渣消耗量越大,由此也引起了大量的爭議。對于增加保護 16 渣消耗而言正滑脫時間和負滑脫時間是振動周期內(nèi)的兩個必不可少的過程:正滑脫期間,結(jié)晶器相對坯殼向上運動。保護渣在結(jié)晶器鋼水彎月面處形成的渣圈上移,液渣由鋼液面向彎月面流動的通道被“打開”,促進了液渣彎月面附近流動和聚集,由于摩擦力作用液態(tài)渣的一部分被“拔出”;負滑脫期間,結(jié)晶器相對坯殼向下運動,渣圈隨結(jié)晶器下移,液渣受到壓力 而向結(jié)晶器和坯殼間填充,同時,由于壓縮的作用,液渣流動的通道被“關(guān)閉”,也部分阻礙了鋼液面上的液渣向彎月面附近流動。結(jié)晶器周期性振動的結(jié)果,導致液渣在彎月面處的流動、聚集以及向結(jié)晶器和坯殼間填充的重復進行,從而改善了結(jié)晶器的潤滑狀況。當液渣的填充成為限制性環(huán)節(jié)時,負滑脫時間反映振動參數(shù)對保護渣消耗的影響;當液渣供應成為限制性環(huán)節(jié)時,則正滑脫時間反映振動
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