板坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器瞬態(tài)摩擦力的實(shí)驗(yàn)和分析-翻譯

1、技術(shù)說明關(guān)于帶有液壓震動裝置的板坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器瞬態(tài)摩擦力的實(shí)驗(yàn)和分析X. D. Wang*1, X. Y. Zang1, Y. Ma1 , M. Yao1, L. Zhang2 and S. H. Ye2板坯連鑄過程中，結(jié)晶器與鑄流間的潤滑與摩擦對板坯的質(zhì)量和操作過程的安全性起重要的作用。在目前的研究工作中，為了檢測結(jié)晶器與鑄流間的摩擦，展開了一項(xiàng)關(guān)于板坯連鑄機(jī)的測量。我們對包括結(jié)晶器摩擦的周期性變化、結(jié)晶器摩擦與結(jié)晶器震動速度的關(guān)系以及拉坯速度變化時相關(guān)參數(shù)的變化范圍的一些結(jié)果進(jìn)行了討論。這些工業(yè)實(shí)驗(yàn)表明了摩擦力與相關(guān)震動參數(shù)、結(jié)晶器摩擦實(shí)時監(jiān)測以及連鑄機(jī)可視化進(jìn)程之間的相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵詞：

2、結(jié)晶器摩擦，檢測，液壓震動裝置，連鑄機(jī)導(dǎo)言結(jié)晶器與最初凝固的外殼的相互作用對板坯質(zhì)量、拉坯效率和操作安全性有非常大的影響。在過去的十來年，曾經(jīng)有許多為了提高產(chǎn)量和節(jié)約能源的高速板坯連鑄的研究。然而，高的拉坯速度可能會降低粉末的消耗量和增加彎月面的干擾，這直接導(dǎo)致了低劣的潤滑條件進(jìn)而液態(tài)爐渣無法均勻地流到鑄流與結(jié)晶器的縫隙之間，隨后更多的表面缺陷和粘結(jié)式破碎會產(chǎn)生。因此，結(jié)晶過程的實(shí)時測量與適當(dāng)控制，摩擦性能和熱性能對鑄流表面質(zhì)量都是必不可少的。在目前的工作中，電液伺服振動系統(tǒng)的結(jié)晶器摩擦測量已經(jīng)完成。通過測量液壓缸空載和不同震動參數(shù)拉坯狀態(tài)下的液壓力，板坯與結(jié)晶器之間的摩擦力就能被計算出來。另

3、外，結(jié)晶器摩擦力的周期性變化與其他參數(shù)下的振動特性曲線也可以被分析討論出來。實(shí)驗(yàn)連鑄機(jī)狀況表1-連鑄機(jī)主要參數(shù)這次車間試驗(yàn)是在一個鋼鐵廠的板坯連鑄測試平臺展開的(見表1)。安裝在連鑄機(jī)上的液壓振動裝置的最大柔性可以滿足振動曲線的實(shí)時調(diào)整。這個振動裝置由對稱分布在結(jié)晶器平臺兩側(cè)的振動組組成，且結(jié)晶器的振動由板簧導(dǎo)向系統(tǒng)確保。在目前的研究當(dāng)中，此連鑄機(jī)以0.61.5米每分鐘的拉坯速度鑄造厚度120毫米、寬度1000毫米的板坯。采用方法鑄流殼體與結(jié)晶器銅板之間的相互作用可以譯為結(jié)晶器摩擦力。結(jié)晶器摩擦力由鑄造條件和非鑄造條件產(chǎn)生。當(dāng)結(jié)晶器在空載狀態(tài)（非鑄造）下振動時，負(fù)載包含振動裝置與傳動系統(tǒng)的重量

4、。而在鑄造狀態(tài)下，負(fù)載還包含了結(jié)晶器與鑄流間的相互作用。液壓振動裝置以相同振動參數(shù)在鑄造和非鑄造條件下所表現(xiàn)出來的工作力的不同被視為結(jié)晶器的摩擦力。對液壓振動裝置來說，工作力可以通過被用于反饋和控制液壓系統(tǒng)的壓力傳感器連續(xù)地測出。在振動期間，驅(qū)動力可以通過作為結(jié)晶器部件底座的主要液壓缸在入口與出口處的壓力差計算出來。首先，結(jié)晶器位移信號和液壓力被轉(zhuǎn)入液壓振動裝置的可編程邏輯控制器(PLC)。接著，模擬信號通過信號處理器從PLC轉(zhuǎn)入計算機(jī)，并收集、計算最后通過計算機(jī)存儲。特別試驗(yàn)的采樣率定為1250赫茲來證明摩擦力試驗(yàn)的可靠性。測量結(jié)果和討論結(jié)晶器瞬態(tài)摩擦力 圖1a位移與速度的周期性變化圖1b連

5、鑄與非連鑄狀態(tài)下驅(qū)動力的變化圖1c結(jié)晶器摩擦力的結(jié)果圖1a表示的是結(jié)晶器位移與速度隨時間的變化。圖1b描述的是驅(qū)動力在結(jié)晶器沒有剛才的空載狀態(tài)和正常生產(chǎn)操作下所測得的樣本。如圖1c可以看出，在相同的振動傳動機(jī)構(gòu)條件下，減去兩個值便可得到一個關(guān)于鋼坯殼體與結(jié)晶器摩擦力影響因素的大致推論。由結(jié)晶器位移的速度方向可知，摩擦力不是一味的有利或有害。積極有益的摩擦力可以解釋為一種能拉伸鑄流殼體表面的力，但隨之表面可能會出現(xiàn)缺陷。而消極的摩擦力表現(xiàn)為一種作用在鑄流表面的壓力，但他對不利脫離時間內(nèi)的表面缺陷恢復(fù)必不可少。此圖亦蘊(yùn)涵著結(jié)晶器摩擦力隨著結(jié)晶器速度在-1525千牛的范圍內(nèi)周期性變化。結(jié)晶器摩擦力的

6、周期性變化圖2-結(jié)晶器與鑄流間的相對速度和結(jié)晶器摩擦力在不同振動頻率下的周期性變化圖2展示的是在簡諧振動模式下，鑄流與結(jié)晶器間相對速度和結(jié)晶器摩擦力的周期性變化。通過比較3個不同的結(jié)晶器頻率的值，沒有明顯的摩擦力變化區(qū)別，但仍有摩擦力波形趨于矩形和梯形的趨勢。另外，這段時間結(jié)晶器摩擦力保持高的拉力或壓力值且波動平穩(wěn)，并占據(jù)一次振動循環(huán)的大部分時間。相反，摩擦力方向變化的時間跨度非常短。圖2還表明與較低頻率的情況相比，頻率較高的結(jié)晶器具有更高的摩擦力。根據(jù)摩擦學(xué)的理論，結(jié)晶器的最大或最小速度應(yīng)與拉坯時最高或最低摩擦力相一致。然而，值得注意的是摩擦力的最大與最小值并不是與相對速度的值完全一致，并且

7、當(dāng)結(jié)晶器的速度與拉坯速度相等時，結(jié)晶器的摩擦力為零。當(dāng)結(jié)晶器的摩擦力在考慮到相對速度為零之后的時期，摩擦力與相對速度并不同步變化。由圖2可以清除的看到，結(jié)晶器摩擦力到零的時刻比相對速度為零的點(diǎn)延遲了些許，而此時鑄流與結(jié)晶器的位移方向已經(jīng)發(fā)生了變化。相同的結(jié)果可以從不同振動參數(shù)條件下連鑄測量實(shí)驗(yàn)得出來。這很可能因?yàn)橐?固、固-固混合物在結(jié)晶器粉末與殼體之間的摩擦性能導(dǎo)致的。朱與他的同事計算出了位于鑄流與結(jié)晶器間液態(tài)爐渣膜的流動性能。計算結(jié)果表明在一次振動循環(huán)中液態(tài)爐渣膜的速度梯度低于結(jié)晶器的振動速度。這可能是導(dǎo)致結(jié)晶器摩擦力比速度延遲的原因之一。振動相關(guān)參數(shù)與結(jié)晶器摩擦力的關(guān)系當(dāng)處于高速拉坯狀態(tài)

8、時，為了能使靠近彎月面的易碎凝固殼體安全退出，應(yīng)當(dāng)建立一種能降低作用在彎月面易碎殼體上拉力的結(jié)晶器振動模式，并能為靠近彎月面的凝固殼體提供壓力。被認(rèn)為是恢復(fù)時間的不利脫離時間tN，正是一次循環(huán)所用的時間。在這個時間段內(nèi)，結(jié)晶器向下的振動速度高于鑄流殼體的速度。在目前的研究中，我們尚把一次振動循環(huán)內(nèi)壓力作用在鑄流表面所用的時間定義為殼體受壓時間（tMDF<0）。從傳統(tǒng)意義上來說，不利脫離時間為恢復(fù)時間的凝固殼體受壓影響提供了一個粗略的指示。然而，據(jù)作者所知很少有能夠清晰闡述tN與tMDF<0關(guān)系的出版物。如上所述，我們可以從圖2中得知目前研究表明了tMDF<0與tN并不是嚴(yán)格地

9、相等。因此，在這份報告中還有關(guān)于他們兩個之間的比較。圖3-不利脫離時間與作用在鑄流表面摩擦壓力的比較圖3闡述的是在穩(wěn)定連鑄狀態(tài)下，經(jīng)采集大量連鑄測試的操作數(shù)據(jù)后繪出的tMDF<0與tN的多頻譜對照。我們有趣的發(fā)現(xiàn)盡管tMDF<0會與確切的tN值不同，但tMDF<0伴隨著tN波動，并且在一段時間內(nèi)tMDF<0隨著tN的增長而增長。鑒于此，所有的tMDF<0與tN的關(guān)系可以表示為一種線性函數(shù)。因此，從某種程度上來說，事實(shí)上把tN當(dāng)作估計結(jié)晶器摩擦恢復(fù)時間的一種可靠指示是可能且可行的。圖4-結(jié)晶器摩擦力與相對速度最大值隨拉坯速度變化的關(guān)系圖4展示的是在一個振動循環(huán)中結(jié)晶

10、器摩擦力的最大值與相對速度最大值的關(guān)系。結(jié)晶器摩擦力最大值代表作用在凝固殼體上拉力的最大值。在連續(xù)拉坯過程中，拉坯速度的增加往往會導(dǎo)致在有利脫離時間內(nèi)結(jié)晶器與鑄流間相對速度的增大。如圖4可以看出，隨著在有利脫離時間段內(nèi)的結(jié)晶器與鑄流間相對速度的增長，作用在凝固殼體上的拉力也相應(yīng)的增長。從某種程度上來說，摩擦力最大值與相對速度間存在一種大體成比例的關(guān)系。拉坯速度改變時一些密切相關(guān)參數(shù)的變化圖5-結(jié)晶器振動速度與拉坯速度的變化及拉坯速度降低時結(jié)晶器摩擦力的變化在工業(yè)生產(chǎn)中，一種理想的狀況是沒有明顯參數(shù)變化的穩(wěn)定作業(yè)，因?yàn)椴▌邮且子趯?dǎo)致變異甚至是損壞的。圖5呈現(xiàn)的是拉坯速度降低的實(shí)例。拉坯速度從1.

11、42米每分降到1.15米每分，但結(jié)晶器摩擦力的變化周期只發(fā)生輕微的變化。結(jié)晶器摩擦力的位移在-1525千牛的范圍規(guī)則變化。圖6a-連鑄過程中拉坯速度、頻率（a）不利脫離時間與受壓時間（b）相對速度（c）結(jié)晶器摩擦力（d）相關(guān)參數(shù)的變化圖6顯示了結(jié)晶器摩擦力相關(guān)參數(shù)與不利脫離時間的變化，其中包括拉坯速度的變化。再次研究中，如圖6a可看出結(jié)晶器頻率與拉坯速度成比例。隨著振動頻率的降低，相對較低頻率由于有更長的一次振動周期往往會有更大的tN值。如上文所述，tMDF<0比tN值略小且與tN有相同的變化趨勢。圖6c顯示的是在每次振動循環(huán)中相對速度最大與最小值的變化，圖6d描述的是結(jié)晶器摩擦力最大值

12、與最小值的變化。為了在有利脫離階段獲得最大的結(jié)晶器速度與向下反向的拉坯速度，結(jié)晶器與鑄流間的相對速度逐步下降。然而，結(jié)晶器速度與拉坯速度的最小值朝著相同的方向變化，并且結(jié)晶器速度變化穩(wěn)定。因此在拉坯速度上升時摩擦力的最大值逐步增加，最小值保持在一個穩(wěn)定的值。這表明拉坯速度的變化并不能一直對結(jié)晶器的摩擦力產(chǎn)生巨大的影響。這同時也表明拉坯速度與振動頻率間存在某種在拉坯速度變化時可以控制和減緩摩擦力波動的關(guān)系。結(jié)論在目前的工作中，關(guān)于結(jié)晶器摩擦力的所有檢測都是在一臺有液壓振動裝置的連鑄機(jī)上進(jìn)行的。1250赫茲的采樣率足夠高到可以即時地計算出結(jié)晶器摩擦力，并有大量的結(jié)晶器摩擦力數(shù)據(jù)被收集用來進(jìn)行隨后的分析。下面就是得出的結(jié)論：（1）.結(jié)晶器瞬態(tài)摩擦力隨著結(jié)晶器與鑄流間的相對速度規(guī)律而周期性地變化是顯而易見的。作用在鑄流表面的拉或壓的摩擦力是由結(jié)晶器摩擦力方向變化導(dǎo)致的，且摩擦力的波形在不同的振動頻率下往往呈矩形或梯形。（2）.摩擦力與結(jié)晶器和鑄流間相對速度并不是同步變化。當(dāng)壓力作用在鑄流表面的這段時間被定義為殼體受壓時間。這段時間比不利脫離時間要短，且他