CN112338155A - 一种连铸结晶器非正弦振动波形 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器非正弦振动波形，既具备非正弦振动的特征，又具有正弦振动的优点。通过五段函数构建非正弦振动模式，控制结晶器驱动装置。本发明构造的非正弦振动波形函数形式简洁易于实现，可满足不同的振动需求；同时位移、速度曲线连续光滑，加速度曲线连续变化，没有突变更没有无限值，避免对驱动装置产生刚性和柔性冲击，具有良好的动力学特性。

Description

一种连铸结晶器非正弦振动波形

技术领域

本发明涉及连铸领域，特别涉及一种连铸结晶器非正弦振动波形。

背景技术

结晶器振动技术是高效连铸的核心技术之一，主要目的是防止坯壳与结晶器壁粘结。随着生产节奏的加快和铸坯表面质量要求的提高，实现脱模的同时要保证铸坯表面质量，这对结晶器振动装置及控制技术提出更高的要求。

结晶器振动主要有正弦振动和非正弦振动两种方式。正弦振动完全取决于振频和振幅两个参数，对振动波形的调控能力有限，所以有负滑动时间长、正滑动速度差大等缺点，尤其在高拉速条件下。与正弦振动相比，非正弦振动增加了独立参数，对波形的调控能力增强，具备以下特点：①负滑动时间短，有利于减轻振痕深度；②正滑动时间长，有利于保护渣渗透到结晶器和铸坯间的缝隙，改善结晶器壁的润滑效果；③正滑动速度差减小，减少拉裂拉漏并提高铸坯表面质量；④负滑动速度差增大，有利于铸坯脱模；⑤振幅、振频和偏斜率可在线调整，满足不同的振动需求。

典型的结晶器非正弦振动方法有奥钢联的组合函数模型、德马克的复合函数模型等。判断非正弦振动的优劣主要是考察振动过程中结晶器的位移、速度是否连续光滑，加速度是否单调连续。组合函数模型的加速度在过渡区存在突变，对驱动装置造成柔性冲击；专利CN106311995A通过七段函数构造非正弦振动波形，涉及参数较多，函数构造复杂，调控能力差；专利CN101642801通过三段函数构造非正弦振动波形，然而加速度存在突变，对设备产生冲击作用，造成颤振。

因此，构造非正弦振动波形，既要满足非正弦振动的全部特征，表达形式简洁易于实现，满足不同的振动需求，又要具备良好的动力学特性，减少对驱动装置产生的机械损伤。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种连铸结晶器非正弦振动波形，该函数表达形式简洁易于实现，可满足不同的振动需求；同时位移、速度曲线连续光滑，加速度曲线连续变化，没有突变更没有无限值，避免对驱动装置产生刚性和柔性冲击，具有良好的动力学特性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种连铸结晶器非正弦振动波形，其速度波形曲线由水平直线和抛物线构成，通过波形函数控制结晶器驱动装置，每个周期内速度波形如下所示：

其中，v(t)为结晶器振动速度(mm/s)，t为非正弦振动时间(s)，k₁、k₂、A、B为常数值，t_b、t_c、t_d、t_e、t_f、t_g分别为非正弦振动速度波形的不同时刻(s)。

速度波形曲线连续光滑，各点的斜率连续变化，上升位移量和下降位移量相等。曲线中开口向上和向下的抛物线，其开口度存在联系，即k₁＝N*k₂，N泛指k₁和k₂之间的函数关系。由以上限制条件，可以得到以下关系式：

其中，f为振动频率(cpm)，α为偏斜率。

N和α之间存在以下限制关系：

c点为位移的最高点，故振幅(即振程h的一半)如下所示：

对速度波形函数进行求导，每个周期内加速度波形函数如下所示：

对速度波形函数进行积分，每个周期内位移波形函数如下所示：

当拉坯速度为V_C时，可得负滑动时间t_N和负滑动位移量NSA为：

本发明的有益效果在于：

(1)本发明构造的非正弦振动波形函数形式简洁易于实现，通过调整振频、振幅和偏斜率，可满足不同的振动需求；

(2)位移、速度曲线连续光滑，加速度曲线连续变化，没有突变更没有无限值，避免对驱动装置产生刚性和柔性冲击，具有良好的动力学特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1是本发明中五段函数构成非正弦振动波形一个周期内的速度示意图。

图2是本发明实施例中非正弦振动波形一个周期内的位移图。

图3是本发明实施例中非正弦振动波形一个周期内的速度图。

图4是本发明实施例中非正弦振动波形一个周期内的加速度图。

其中，ab段和fg段为水平直线段，向上作匀速运动；bc段和ef段为开口度相同的抛物线段，向上作变速运动；ce段为抛物线段，向下作变速运动；t_N为负滑动时间(s)；V_C为拉速(mm/s)。

具体实施方式

本实施例提供一种连铸结晶器非正弦振动波形。

一种连铸结晶器非正弦振动波形，其速度波形曲线由水平直线和抛物线构成，通过波形函数控制结晶器驱动装置，每个周期内速度波形如下所示：

其中，v(t)为结晶器振动速度(mm/s)，t为非正弦振动时间(s)，k₁、k₂、A、B为常数值，t_b、t_c、t_d、t_e、t_f、t_g分别为非正弦振动速度波形的不同时刻(s)。

速度波形曲线连续光滑，各点的斜率连续变化，上升位移量和下降位移量相等。曲线中开口向上和向下的抛物线，其开口度存在联系，即k₁＝N*k₂，N泛指k₁和k₂之间的关系，可以是整数，也可以是其它非线性关系。由以上限制条件，可以得到以下关系式：

其中，f为振动频率(cpm)，α为偏斜率。

N和α之间存在以下限制关系：

c点为位移的最高点，故振幅(即振程h的一半)如下所示：

对速度波形函数进行求导，每个周期内加速度波形函数如下所示：

对速度波形函数进行积分，每个周期内位移波形函数如下所示：

当振频f为120cpm，振幅h/2为4mm，偏斜率α分别为0、0.2和0.4时，其位移、速度和加速度曲线分别如图2、图3和图4所示。

以拉速1.2m/min为例。偏斜率α为0时，即为正弦振动，负滑动时间为0.191s，正滑动时间为0.309s，最大正滑动速度差为68mm/s，最大负滑动速度差为28mm/s；而偏斜率α为0.4时，即为非正弦振动，负滑动时间为0.130s，约减少31.9％，正滑动时间为0.370s，约增加19.7％，最大正滑动速度差为43.9mm/s，约减少35.4％，最大负滑动速度差为60mm/s，约增加135.7％。对于减轻振痕深度、改善铸坯脱模效果和提高铸坯表面质量具有显著意义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种连铸结晶器非正弦振动波形，其特征在于：速度波形曲线由水平直线和抛物线构成，通过波形函数控制结晶器驱动装置，每个周期内速度波形如下所示：

其中，v(t)为结晶器振动速度(mm/s)，t为非正弦振动时间(s)，k₁、k₂、A、B为常数值，t_b、t_c、t_d、t_e、t_f、t_g分别为非正弦振动速度波形的不同时刻(s)。

2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器非正弦振动波形，其特征在于：速度波形曲线连续光滑，各点的斜率连续变化，上升位移量和下降位移量相等；曲线中开口向上和向下的抛物线，其开口度存在联系，即k₁＝N*k₂，N泛指k₁和k₂之间的函数关系；由以上限制条件，可以得到以下关系式：

其中，f为振动频率(cpm)，α为偏斜率。

3.根据权利要求2所述的一种连铸结晶器非正弦振动波形，其特征在于：N和α之间存在以下限制关系：

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