BRPI0519891B1 - OSCILLATION APPARATUS FOR THE CONTINUOUS FOUNDRY MOLD - Google Patents
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Description
APARELHO DE OSCILAÇÃO PARA O MOLDE DE FUNDIÇÃO CONTÍNUAOSCILLATION APPARATUS FOR THE CONTINUOUS FOUNDRY MOLD
Este pedido de registro reivindica o beneficio do Pedido de Patente Chinês No. 200510060049.7 depositado em 28 de marco de 2005.This application claims the benefit of Chinese Patent Application No. 200510060049.7 filed March 28, 2005.
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um aparelho de oscilação para o molde de um fundidor continuo, especificamente, ao melhoramento de um aparelho de oscilação não sinuosa.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an oscillating apparatus for the casting mold of a continuous caster, specifically to the improvement of a non-winding oscillating apparatus.
ANTECENDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
Um molde de fundição contínuo oscila com frequências predeterminadas, formas de ondas e amplitudes, entre as quais se prefere especificamente um movimento de oscilação não sinuoso com a velocidade mais baixa de movimento para baixo e a velocidade mais alta de movimento para cima.A continuous casting mold oscillates at predetermined frequencies, waveforms and amplitudes, among which a non-winding oscillating motion with the lowest downward velocity and the highest upward velocity is specifically preferred.
Tal movimento de oscilação não sinuoso pode melhorar o efeito de lubrificação de pós de molde, reduzir significativamente as forças ficcionais entre as cascas de solidificação e o molde, reduzir rupturas e fechar rupturas formadas em cascas de solidificação, melhorar substancialmente a qualidade de superfície do lingote de fundição e a velocidade de remoção dele.Such non-winding oscillating motion can improve the lubrication effect of mold powders, significantly reduce the fictional forces between solidification shells and mold, reduce ruptures and close ruptures formed in solidification shells, substantially improve the ingot surface quality. foundry and its removal speed.
Servomotores de acionamento para tal aparelho de oscilação desenhado podem ser agrupados em duas categorias: (1) servossistemas hidráulicos (tais como o descrito em EP 0468607A11) que consistem em servoválvulas eletro-hidráulicas de alta durabilidade e resistência, servocilindros hidráulicos, bombas hidráulicas etc., cuja desvantagem inclui um sistema complexo, de alto custo e dificuldade de manutenção; (2) transmissões mecânicas dotadas de varetas de manivela (documentos chineses ZL 99216172.X e ZL 01205318.X). Estas incluem um motor horizontal como o servomotor para o sistema. Embora o custo para tal transmissão mecânica seja baixo, ela não pode ajustar amplitudes ou formas de onda em linha, e, portanto, não pode realizar a fundição contínua com alta eficácia. Alem disso, o consumo de energia para por em movimento estes dois tipos de aparelhos de oscilação e significativamente alto.Drive servomotors for such designed oscillating apparatus can be grouped into two categories: (1) hydraulic servosystems (such as that described in EP 0468607A11) consisting of high durability and high performance electro-hydraulic servo valves, hydraulic servo cylinders, hydraulic pumps etc. whose disadvantage includes a complex system, high cost and difficult to maintain; (2) mechanical transmissions with crank rods (Chinese documents ZL 99216172.X and ZL 01205318.X). These include a horizontal motor as the servomotor for the system. Although the cost for such mechanical transmission is low, it cannot adjust inline waveforms or amplitudes, and therefore cannot perform continuous casting with high efficiency. In addition, the energy consumption to set these two types of oscillating apparatus in motion is significantly high.
RESUMO O objetivo desta invenção e apresentar um aparelho de oscilação para um molde, o qual poderá reduzir o consumo de energia para por em movimento o aparelho de oscilação, assim como para ajustar as frequências de oscilação, formas de onda e amplitudes do molde em linha, em que o cilindro de motor é proporcionado como um servomotor. O objetivo desta invenção é alcançado de tal maneira que a rigidez dos conjuntos de molas de sustento é ajustada baseando-se no momento de inércia do motor de cilindro, e a massa de vibração e tal que a freqüência natural do sistema de oscilação pode se aproximar da frequência de vibração desejada, e a conversão equilibrada entre a energia cinética e a energia potencial do sistema de oscilação pode ser realizada. Portanto, o motor de cilindro poderá cumprir com sucesso sua tarefa como um servomotor, e o consumo de energia deste ser reduzido significativamente.SUMMARY The object of this invention is to provide an oscillating apparatus for a mold which may reduce energy consumption for moving the oscillating apparatus as well as for adjusting the oscillating frequencies, waveforms and amplitudes of the inline mold. wherein the motor cylinder is provided as a servomotor. The object of this invention is achieved in such a way that the stiffness of the spring spring assemblies is adjusted based on the moment of inertia of the cylinder motor, and the vibration mass and such that the natural frequency of the oscillation system can approach desired vibration frequency, and the balanced conversion between the kinetic energy and the potential energy of the oscillation system can be performed. Therefore, the cylinder motor can successfully fulfill its task as a servomotor, and its power consumption can be significantly reduced.
Os cilindros hidráulicos são dispostos abaixo dos conjuntos de molas. Portanto, a quantidade dos conjuntos de molas que sustentam fisicamente a mesa de oscilação poderá ser alterada de tal maneira que a freqüência natural do sistema de oscilação poderá se aproximar da freqüência de vibração do molde.Hydraulic cylinders are arranged below the spring assemblies. Therefore, the number of spring sets that physically support the swing table may be altered such that the natural frequency of the swing system may approximate the vibration frequency of the mold.
Os conjuntos de molas são divididos em uma pluralidade de segmentos por separadores que poderão ser firmados em sua posição mediante grampos pneumáticos correspondentes. Portanto, o comprimento dos conjuntos de molas que sustentam fisicamente a mesa de oscilação poderá ser alterado de tal maneira que a freqüência natural do sistema de oscilação poderá ser alterada correspondentemente para se aproximar da freqüência de vibração do molde. A unidade de controle proporciona sinais de onda ajustáveis em linha de frequências, declinações e amplitudes para controlar o funcionamento do motor de cilindro que faz o molde a oscilar e ainda para controlar o funcionamento dos cilindros hidráulicos ou grampos pneumáticos de tal maneira que a quantidade ou comprimento dos conjuntos de molas poderá ser ajustado respectivamente. O cilindro de motor que consiste em um motor e um parafuso de esfera, poderá ser programado com facilidade para realizar o movimento axial de acordo com o diagrama de velocidade determinado. Portanto, no caso em que torques ou forças suficientes são supridos, o cilindro de motor disposto verticalmente e, sem duvida, a solução mais direta para por em movimento a mesa de oscilação, a fim de alcançar a oscilação sinuosa ou não sinuosa do molde, cuja amplitude, freqüência e forma de onda poderão ser ajustadas em linha. Porem, o movimento recíproco de uma porca no cilindro de motor é feito pela rotação para frente e para trás do rotor e do parafuso. Durante o processo em que a troca rápida na direção de rotação, alcançando centenas de trocas por minuto, e realizada, os torques e forcas relativamente maiores são necessárias para realizar um movimento de aceleração para cima e para baixo do molde relativamente pesado e da mesa de oscilação assim como a rotação de aceleração para frente e para trás do rotor e do parafuso, com momentos de inércia relativamente grandes. Normalmente, as forcas necessitadas pelo ultimo, ou seja, pela rotação de aceleração do rotor e do parafuso, são maiores do que necessitado pelo movimento de aceleração do molde e da mesa de oscilação. Não fica pratico suprir tantos torques e forcas somente por um único motor de cilindro. A solução convencional e dispor os conjuntos de molas abaixo da mesa de oscilação e a rigidez dos conjuntos de molas é escolhida de tal maneira que a freqüência natural do sistema que inclui os conjuntos de molas e as massas de oscilação, se iguala a freqüência de vibração do molde. O requerente considerou abrangentemente os efeitos do momento de inércia do cilindro de motor, da massa das partes de oscilação no molde e da rigidez dos conjuntos de molas, e descobriu que a freqüência natural fn do sistema podería ser expressa como: Onde m é a massa das partes de oscilação no molde, I é o momento de inércia do cilindro de motor, d é o percurso do parafuso no motor do cilindro e k e a rigidez dos conjuntos de molas. Quando a freqüência de vibração do molde se aproxima da fn, a conversão significativamente equilibrada entre a energia potencial gravitacional das partes de oscilação no molde e a energia potencial elástica dos conjuntos de molas e a energia cinética rotacional do motor do cilindro a energia cinética vibracional do molde poderá ser realizada para alcançar uma compensação ideal. Portanto, o torque e a forca de saída do motor de cilindro poderão ser reduzidos com eficiência e o objetivo acima de apresentar o motor de cilindro como um servomotor para por em movimento o molde de tal maneira que o sistema possa ser oscilado, com o consumo de energia reduzido, com frequências, formas de onda e amplitudes desejadas poderá ser alcançado com sucesso. Normalmente, a freqüência de oscilação do molde varia de acordo com a velocidade de remoção de seu lingote. No caso em que a rigidez dos conjuntos de molas foi ajustada em relação à velocidade de remoção desejada durante a fase inicial de funcionamento onde a velocidade de remoção aumenta do zero ate a velocidade de remoção designada, uma saída de forca relativamente grande do servomotor poderá ser necessária. Porém, a duração desta fase é relativamente curta e o cilindro de motor geral poderá produzir momentaneamente um suprimento de forca maior do que sua forca nominal para adaptar a esta condição de funcionamento.The spring assemblies are divided into a plurality of segments by separators which can be secured in position by corresponding pneumatic clamps. Therefore, the length of the spring assemblies that physically support the swing table may be altered such that the natural frequency of the swing system may be correspondingly altered to approximate the vibration frequency of the mold. The control unit provides adjustable waveforms in line with frequencies, declines and amplitudes to control the operation of the oscillating cylinder motor and to control the operation of hydraulic cylinders or pneumatic clamps such that the amount or The length of the spring assemblies can be adjusted respectively. The engine cylinder consisting of a motor and a ball screw can easily be programmed to perform axial movement according to the given speed diagram. Therefore, in the event that sufficient torque or force is supplied, the vertically arranged motor cylinder is undoubtedly the most direct solution for moving the oscillating table in order to achieve winding or non-winding oscillation of the mold, whose amplitude, frequency and waveform can be adjusted inline. However, reciprocating movement of a nut on the engine cylinder is done by rotating the rotor and bolt back and forth. During the process where rapid change in the direction of rotation, reaching hundreds of changes per minute, is performed, relatively larger torques and forces are required to perform upward and downward acceleration motion of the relatively heavy mold and table. oscillation as well as forward and backward acceleration rotation of the rotor and screw, with relatively large moments of inertia. Normally, the forces required by the latter, that is, by the rotor and screw acceleration rotation, are greater than required by the accelerating motion of the mold and the swing table. It is not practical to supply so many torques and forces just by a single cylinder motor. The conventional solution is to arrange the spring assemblies below the swing table and the rigidity of the spring assemblies is chosen such that the natural frequency of the system including the spring assemblies and the oscillating masses equals the vibration frequency. of the mold. The applicant has broadly considered the effects of the engine cylinder moment of inertia, the mass of the oscillating parts in the mold and the stiffness of the spring assemblies, and has found that the natural frequency fn of the system could be expressed as: Where m is the mass of the oscillating parts in the mold, I is the moment of inertia of the motor cylinder, d is the bolt path in the cylinder motor and k and the stiffness of the spring assemblies. As the vibration frequency of the mold approaches fn, the significantly balanced conversion between the gravitational potential energy of the oscillating parts in the mold and the elastic potential energy of the spring assemblies and the rotational kinetic energy of the cylinder motor the vibrational kinetic energy of the Molding can be performed to achieve optimal compensation. Therefore, the cylinder motor output torque and force can be effectively reduced and the above objective of presenting the cylinder motor as a servomotor to set the mold in such a way that the system can be oscillated, with consumption energy, with desired frequencies, waveforms and amplitudes can be successfully achieved. Typically, the oscillation frequency of the mold varies with the speed of removal of your ingot. In the event that the stiffness of the spring assemblies has been adjusted to the desired removal speed during the initial operating phase where the removal speed increases from zero to the designated removal speed, a relatively large force output from the servomotor may be required. However, the duration of this phase is relatively short and the general motor cylinder may momentarily produce a larger power supply than its rated force to adapt to this operating condition.
Quando os conjuntos de molas do mesmo comprimento e a rigidez são simetricamente dispostos em relação ao centro de gravidade do molde e a mesa de oscilação, a rigidez dos conjuntos de molas é proporcional a quantidade dos conjuntos de molas. Em casos em que a freqüência de vibração do molde varia consideravelmente de acordo com as condições de funcionamento diferentes (tais como seções de lingotes diferentes e tipos de aço diferentes), a quantidade dos conjuntos de molas poderá ser alterada de tal maneira que a rigidez dos conjuntos de molas poderá se igualar a freqüência de vibração desejada. Tal alteração da quantidade dos conjuntos de molas que sustentam fisicamente a mesa de oscilação, poderá ser feita levantando alguns conjuntos de molas e baixando, ao mesmo tempo, os outros conjuntos de molas. Os cilindros hidráulicos são dispostos abaixo dos conjuntos de molas de tal maneira que a rigidez dos conjuntos de molas poderá ser ajustada convenientemente através da unidade de controle. A rigidez dos conjuntos de molas e inversamente proporcional ao comprimento deles. Cada conjunto de molas é dividido em vários segmentos tais como segmentos n (ou seja, n partes de molas idênticas são dispostas juntas para formar um só conjunto de molas) com separadores entrepostos entre cada segmento. Após o molde e a mesa de oscilação comprimirem a montagem dos conjuntos de molas para uma posição equilibrada e o molde pararem uma posição de equilíbrio, os grampos pneumáticos são usados para firmar os segmentos abaixo do segmento MTH (sendo que o segmento superior seja definido como o primeiro segmento) em sua posição. Consequentemente, a rigidez dos conjuntos de molas será n/m maior do que a original.When spring assemblies of the same length and stiffness are symmetrically arranged with respect to the center of gravity of the mold and the oscillating table, the stiffness of the spring assemblies is proportional to the number of spring assemblies. In cases where the vibration frequency of the mold varies considerably according to different operating conditions (such as different ingot sections and different types of steel), the amount of spring assemblies may be altered such that the stiffness of the spring sets may match the desired vibration frequency. Such a change in the amount of spring assemblies that physically support the swing table can be accomplished by lifting some spring assemblies and lowering the other spring assemblies at the same time. Hydraulic cylinders are arranged below the spring assemblies such that the stiffness of the spring assemblies can be conveniently adjusted through the control unit. The rigidity of the spring assemblies is inversely proportional to their length. Each spring set is divided into several segments such as n segments (i.e., n identical spring parts are arranged together to form a single spring set) with spaced apart spacers between each segment. After the mold and swing table compress the spring assembly assembly to a balanced position and the mold stops an equilibrium position, the pneumatic clamps are used to secure the segments below the MTH segment (with the upper segment being defined as the first segment) in its position. Consequently, the stiffness of the spring assemblies will be n / m greater than the original.
BREVE DESCRICAO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Esta invenção é esquematicamente ilustrada nas Fig. 1 a 4.This invention is schematically illustrated in Figs. 1 to 4.
Fig. 1 mostra o diagrama do sistema do aparelho de oscilação com a quantidade dos conjuntos de molas dele ajustáveis para um molde;Fig. 1 shows the system diagram of the oscillating apparatus with the amount of spring assemblies adjustable thereon for a mold;
Fig. 2 e a vista de cima do aparelho de oscilação da Fig.1;Fig. 2 is the top view of the oscillating apparatus of Fig. 1;
Fig. 3 e a vista de esquerda do aparelho de oscilação da Fig. 1; e Fig. 4 mostra 0 diagrama do sistema do aparelho de oscilação com o comprimento dos conjuntos de molas dele ajustáveis para um molde de acordo com esta invenção.Fig. 3 is the left view of the oscillating apparatus of Fig. 1; and Fig. 4 shows the system diagram of the oscillating apparatus with the length of the spring assemblies adjustable thereon for a mold according to this invention.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Nas figuras de 1 a 3 se tem que o molde (101) é disposto em uma mesa de oscilação (102). Quatro motores de cilindros (104) são simetricamente dispostos em relação ao centro de gravidade do molde. A mesa de oscilação (102) é sustentada por oito conjuntos de molas (103). Estes conjuntos de molas (103) tem o mesmo comprimento e a mesma rigidez e são simetricamente dispostos em relação ao centro de gravidade do molde (101) e a mesa de oscilação (102). Quando comprimidos pelo peso do molde (101) e da mesa de oscilação (102), os oito conjuntos de molas (103) são igualmente deslocados para baixo por uma distância ?, alcançando assim uma forca de equilíbrio entre a forca elástica e a gravidade. Os cilindros hidráulicos (106) que estão montados em uma base (107) são dispostos abaixo dos conjuntos de molas (103). Estes cilindros hidráulicos são usados para variar a altura dos conjuntos de molas, a fim de aumentar ou diminuir a quantidade dos conjuntos de molas que sustentam fisicamente a mesa de oscilação. A diminuição da quantidade dos conjuntos de molas (103) que sustentam fisicamente a mesa de oscilação (102) reduzira respectivamente a rigidez dos conjuntos de molas (103). Por exemplo, se um par de conjuntos de molas (103) que são simetricamente dispostos em relação ao centro de gravidade do molde (101) e a mesa de oscilação (102) for removido, a rigidez dos conjuntos de molas restantes será reduzida a 3A de seu valor original, enquanto o deslocamento de compressão dos conjuntos de molas aumentara respectivamente a 4/3?. Para isso, uma unidade de controle (105) controla os cilindros hidráulicos correspondentes (106) de tal maneira que este par de conjuntos de molas (103) se move para baixo por uma distancia ?+s (s é o percurso do molde) e os outros três pares dos conjuntos de molas se levantam por uma distancia de 1/3 ?. Igualmente, dois pares ou três pares dos conjuntos de molas (103) que são simetricamente dispostos em relação ao centro de gravidade do molde (101) é a mesa de oscilação (102), são ajustados de tal maneira que a rigidez dos conjuntos de molas restantes poderá ser reduzida ate Vz ou 1A de seu valor original. A unidade de controle (105) proporciona sinais de ondas ajustáveis em linha para freqüências, declinações e amplitudes, a fim de controlar o funcionamento dos cilindros de motor (104) que fazem o molde (101) a oscilar e ainda para controlar o funcionamento dos cilindros hidráulicos (106) de tal maneira que a quantidade dos conjuntos de molas (103) poderá ser ajustada adequadamente. A figura 4 revela um molde (201) disposto em uma mesa de oscilação (202) que contém quatro motores de cilindro (204) que estão simetricamente dispostos em relação ao centro de gravidade do molde. A mesa de oscilação (202) é sustentada por quatro conjuntos de molas idênticos (203). Estes conjuntos de molas (203) se encostam à base (208), e cada um inclui duas molas empilhadas, ou seja, a mola superior (203a) e a mola inferior (203b). O comprimento real da mola (203a) é igual a 1/3 do da mola (203b), e o separador (206) é entreposto entre elas. Quando o molde (201) e a mesa de oscilação (202) comprimem os conjuntos de molas (203) para baixo por uma distancia ? formando assim o estado de equilíbrio, os grampos pneumáticos (207) serão acionados para firmar os separadores (206) em sua posição.Figures 1 to 3 show that the mold (101) is arranged on an oscillating table (102). Four cylinder motors (104) are symmetrically arranged with respect to the center of gravity of the mold. The swing table (102) is supported by eight spring assemblies (103). These spring assemblies (103) have the same length and the same rigidity and are symmetrically arranged with respect to the center of gravity of the mold (101) and the swing table (102). When compressed by the weight of the mold 101 and the oscillating table 102, the eight spring assemblies 103 are also offset downwardly by a distance thereby achieving a balancing force between elastic force and gravity. Hydraulic cylinders (106) that are mounted on a base (107) are arranged below the spring assemblies (103). These hydraulic cylinders are used to vary the height of the spring assemblies in order to increase or decrease the amount of spring assemblies that physically support the swing table. Decreasing the amount of spring assemblies (103) physically supporting the swing table (102) will reduce the stiffness of the spring assemblies (103) respectively. For example, if a pair of spring assemblies (103) that are symmetrically arranged with respect to the center of gravity of the mold (101) and the wobble table (102) are removed, the stiffness of the remaining spring assemblies will be reduced to 3A. of their original value, while the compression displacement of the spring assemblies will increase by 4/3 'respectively. To this end, a control unit (105) controls the corresponding hydraulic cylinders (106) such that this pair of spring assemblies (103) moves downwards by a distance? + S (s is the mold path) and the other three pairs of the spring sets rise by a distance of 1/3 '. Likewise, two pairs or three pairs of spring assemblies (103) which are symmetrically arranged with respect to the center of gravity of the mold (101) is the swing table (102), are adjusted such that the stiffness of the spring assemblies remaining values may be reduced to Vz or 1A from their original value. The control unit (105) provides inline adjustable wave signals for frequencies, declines and amplitudes to control the operation of the motor cylinders (104) that cause the mold (101) to oscillate and to control the operation of the hydraulic cylinders (106) such that the amount of spring assemblies (103) may be adjusted accordingly. Figure 4 shows a mold 201 arranged on an oscillating table 202 containing four cylinder motors 204 which are symmetrically arranged with respect to the center of gravity of the mold. The swing table (202) is supported by four identical spring assemblies (203). These spring assemblies 203 abut the base 208, and each includes two stacked springs, namely the upper spring 203a and the lower spring 203b. The actual length of spring 203a is equal to 1/3 of spring 203b, and spacer 206 is interposed between them. When the mold 201 and the swing table 202 depress the spring assemblies 203 downward by a distance? thus forming the equilibrium state, the pneumatic clamps (207) will be actuated to secure the tabs (206) in position.
Portanto, apenas as molas superiores (203a) nos conjuntos de molas (203) funcionam para realizar seu trabalho, o que significa que a rigidez dos conjuntos de molas melhora por um fator de 4. De maneira semelhante, cada conjunto de molas (203) poderá ser dividido em varies segmentos com separadores (206) entrepostos entre estes segmentos, respectivamente, e os grampos pneumáticos (207) poderão ser proporcionados na posição de equilíbrio de cada separador (206), respectivamente. Desta maneira, a rigidez dos conjuntos de molas (203) poderá ser ajustada em uma faixa maior. A unidade de controle (205) proporciona sinais de onda ajustáveis em linha de frequências, declinações e amplitudes para controlar o funcionamento dos cilindros de motor (204) que fazem o molde (201) a oscilar, e, ainda, para controlar o funcionamento dos grampos pneumáticos (207) de tal maneira que o comprimento dos conjuntos de molas (203) poderá ser ajustado, respectivamente. REIVINDICAÇÕES:Therefore, only the upper springs (203a) in the spring assemblies (203) work to accomplish their work, which means that the stiffness of the spring assemblies improves by a factor of 4. Similarly, each spring assembly (203) may be divided into several segments with separators 206 interposed between these segments respectively and the pneumatic clamps 207 may be provided at the equilibrium position of each separator 206 respectively. In this way, the stiffness of the spring assemblies 203 may be adjusted to a greater range. The control unit (205) provides adjustable waveforms in line with frequencies, declines and amplitudes to control the operation of the motor cylinders (204) that cause the mold (201) to oscillate and to control the operation of the pneumatic clamps 207 such that the length of the spring assemblies 203 can be adjusted respectively. CLAIMS:
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