連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置的英文文獻(xiàn)翻譯

利用多傳感器技術(shù)監(jiān)測(cè)小型方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的震動(dòng)P.P.SAHOOandS.BASUResearch&Development,TataSteel,Jamshedpur-831001,India.摘要：生產(chǎn)零缺陷的產(chǎn)品是連鑄過程中十分重要的一步，因?yàn)楫a(chǎn)生的缺陷可能一直傳播到最終產(chǎn)品，也可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的降級(jí)。不足的振蕩參數(shù)，尤其是一個(gè)有缺陷的振蕩可能會(huì)大大影響鑄造產(chǎn)品的表面質(zhì)量。因此，當(dāng)結(jié)晶器與鑄坯之間的摩擦上升或者任何機(jī)器部件之間產(chǎn)生磨損和撕裂時(shí)，振蕩器對(duì)振蕩剖面上摩擦的監(jiān)測(cè)可以導(dǎo)致糾正措施。在目前的工作中，多傳感器的結(jié)晶器振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)是為了監(jiān)測(cè)小型方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的健康以及結(jié)晶器與鑄坯之間的摩擦的。不同的碳成分，不同的潤(rùn)滑型的摩擦力的計(jì)算與鋼坯表面質(zhì)量相關(guān)。而且結(jié)晶器健康監(jiān)測(cè)能夠探測(cè)到機(jī)器中的問題并且能夠及時(shí)采取糾正措施。介紹在生產(chǎn)過程控制中，可靠的監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和追求計(jì)算機(jī)集成連鑄產(chǎn)品質(zhì)量和高生產(chǎn)力的重要一步。在一個(gè)綜合鋼鐵工廠中，連鑄對(duì)鋼的生產(chǎn)力和生產(chǎn)質(zhì)量起著巨大的作用。生產(chǎn)無缺陷的產(chǎn)品就是在這個(gè)過程中最重要的。因?yàn)槿魏稳毕?，可能?huì)傳播到最終產(chǎn)品，也可能會(huì)增加產(chǎn)品的降級(jí)。結(jié)晶器震蕩器的震動(dòng)允許以更高的澆鑄速度和更少的澆鑄頻率澆鑄。結(jié)晶器振蕩器的使用不僅增加了設(shè)備的復(fù)雜性，也需要一定的考慮以采取最好的振蕩模式。這種優(yōu)化的結(jié)晶器振蕩器，應(yīng)主要用于監(jiān)測(cè)結(jié)晶器與鑄坯之間的的摩擦。1）不足的振蕩參數(shù)，尤其是一個(gè)有缺陷的振蕩可能會(huì)大大影響鑄造產(chǎn)品的表面質(zhì)量。2）因此這被認(rèn)為是至關(guān)重要的。從機(jī)器的振蕩行為，典型的機(jī)械缺陷，可以有選擇地及時(shí)檢測(cè),例如：□軸承磨損□彈簧斷裂□損壞的偏心凸輪□驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率不足開發(fā)一個(gè)在線測(cè)量系統(tǒng)對(duì)連鑄過程是非常重要的，不僅為檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還為產(chǎn)品工藝的優(yōu)化提供好處。因此，有必要加強(qiáng)過程監(jiān)控，以穩(wěn)定操作，控制鑄造缺陷。3）稱重傳感器安裝在結(jié)晶器支架上用來估計(jì)結(jié)晶器與鑄坯之間的摩擦力。2）用時(shí)間測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率來研究結(jié)晶器的連鎖反應(yīng)。研究人員已經(jīng)進(jìn)行了幾項(xiàng)研究。4,5）利用板坯連鑄機(jī)的三軸加速度計(jì)，以評(píng)估鑄造參數(shù)。在這些研究中，兩種傳感器即線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）和加速度傳感器用來測(cè)量結(jié)晶器和鑄坯間的相互作用，其中有兩點(diǎn)要密切注意的是：（1） 靠計(jì)算結(jié)晶器與鑄坯之間的摩擦力以及摩擦力與鑄坯表面質(zhì)量的相關(guān)性來評(píng)估不同的鑄造參數(shù)。（2） 監(jiān)控設(shè)備健康以檢測(cè)機(jī)器的任何異常的振蕩行為。1?1操作應(yīng)用通過持續(xù)監(jiān)測(cè)振蕩，對(duì)影響鑄造產(chǎn)品表面質(zhì)量的變量進(jìn)行評(píng)估。振動(dòng)頻率和摩擦對(duì)表面質(zhì)量有直接作用。負(fù)滑脫時(shí)間計(jì)算中使用的振蕩頻率是模具壁和鋼界面之間的保護(hù)渣的抽吸作用所迫使的，從而潤(rùn)滑和協(xié)助余熱的排出。如果頻率超出范圍，保護(hù)渣的性能將會(huì)降低。太多的保護(hù)渣可能會(huì)抑制傳熱過程中建立熱點(diǎn),而過低可能產(chǎn)生粘膜阻礙潤(rùn)滑。所以連鑄機(jī)的負(fù)滑脫時(shí)間應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)合理的范圍以內(nèi)。ISIJ國(guó)際。46（2006）,第2號(hào)—Displacement—Acceleration42—Displacement—Acceleration42O-2-4-642O-2J〔elli)ILIMUJdtJE-dEQ圖1。加速度和位移隨時(shí)間的變化

-BTime(s)—Velocityofmould—-BTime(s)—Velocityofmould—StrandSp總包d8&4CMO-2-4?旦耳OO?A圖2。模具速度和澆鑄速度的變化和負(fù)滑脫時(shí)間隨時(shí)間變化的計(jì)算速度1.2維護(hù)應(yīng)用這個(gè)系統(tǒng)提供維護(hù)問題的早期跡象，6）首先開發(fā)基線，然后主振蕩器的性能指標(biāo)進(jìn)行了比較基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，提供了一個(gè)災(zāi)難性故障之前的容忍條件的指示。摩擦原理的提取2.1結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)方程方程描述結(jié)晶器正弦位移，其結(jié)式結(jié)晶器的速度和加速度的是6,8）：Displacement d(t)Displacement d(t)21(Ssin@t) 1)(S3cos@t) 2)(S3cos@t) 2)S32血@t) 3(Velocity v(t)2_1Acceleration a(t)（第峰值到峰值位移）（mm）寬為2pF（角速度）（弧度/秒）（振蕩頻率）（次/分鐘）

2.2負(fù)滑脫時(shí)間負(fù)滑脫時(shí)間已提到一個(gè)愈合時(shí)間（NST）是在一個(gè)周期內(nèi)的實(shí)際時(shí)間，在此期間，結(jié)晶器傳播速度比坯殼快。圖一顯示結(jié)晶器位移和加速度隨時(shí)間的變化，也可以看到一些結(jié)晶器的震動(dòng)。位移隨時(shí)間收集的數(shù)據(jù)，用于計(jì)算結(jié)晶器的速度隨著時(shí)間的推移計(jì)算公式：Percentageofnegativestriptime=28.66%0.14-Percentageofnegativestriptime=28.66%0.12-01-008-0.060 50 100 150 200Time(s)圖3.隨著時(shí)間的負(fù)滑脫時(shí)間的變化dS(m/s) dt其中S是位移（mm）和V是結(jié)晶器的速度（米/秒）負(fù)滑脫時(shí)間是在上下沖程的時(shí)間，在此期間，結(jié)晶器和鑄坯之間的摩擦升高。負(fù)滑脫時(shí)間應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，以減少結(jié)晶器和鑄坯之間的摩擦。如圖2所示，振蕩負(fù)滑脫時(shí)間用結(jié)晶器的的速度和鑄坯速度計(jì)算得到。圖3所示的負(fù)滑脫時(shí)間變化介于0.08和0.12秒，這是在規(guī)定的限額內(nèi)的。負(fù)滑脫時(shí)間按百分比計(jì)算為28.66%。2.3結(jié)晶器摩擦力計(jì)算坯殼表面和銅結(jié)晶器的相互作用可以解釋為結(jié)晶器的摩擦。這種連鑄結(jié)晶器的界面力，影響鋼坯表面質(zhì)量和連鑄機(jī)生產(chǎn)率。摩擦在空載條件和負(fù)載條件下都會(huì)產(chǎn)生。摩擦力依賴于機(jī)器，根據(jù)產(chǎn)品的檔次和鑄造條件而不同。圖4顯示了結(jié)晶器加速在沒有鑄造和鑄造條件下的兩種測(cè)量結(jié)果。結(jié)晶器的加速度在在鑄造和不鑄造條件之間的差異，體現(xiàn)出結(jié)晶器和鑄坯之間的摩擦。加速度信號(hào)在鑄造時(shí)的不均勻主要是由于結(jié)晶器和凝固坯之間的相互作用。因?yàn)榻Y(jié)晶器的震動(dòng)效果在這兩種情況可以安全的被視為是不變的，所以這個(gè)差加速度可以被視為摩擦力。結(jié)晶器在鑄造和不鑄造的兩種情況下的加速度呈周期性變化，因此可以把均方根值(RMS)的時(shí)間間隔作為平均加速度作為給定條件。因此,凈摩擦力就可以用鑄造和不鑄造兩種情況下的均方根值之差來表示。圖5說明了這一點(diǎn)。(a)Accelerationincaseofunloadedcondition(凹(凹E)UOQ」OQOU<(b)AceeleraUonincaseofactualcastingTime⑸圖4.加速度信號(hào)在(a)鑄造情況下和(b)不鑄造情況下的比較Difference--EmptyMouId UmmtingMould(53QLL.Difference--EmptyMouId UmmtingMould(53QLL.O 50 1O0 150 2CCi 250 300Time（s）圖5.結(jié)晶器和鑄坯之間的摩擦力實(shí)驗(yàn)與研究利用一個(gè)小方坯連鑄機(jī)的鑄坯來進(jìn)行這次試驗(yàn)，詳情載于表1。正如圖6所示，傳感器安裝在振蕩器上用于研究振蕩情況以及摩擦負(fù)載情況。為了研究結(jié)晶器的振蕩情況，安裝隨時(shí)間線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）。LVDT的提供有關(guān)機(jī)器狀況的信息，警告任何機(jī)器故障。加速度傳感器安裝在振蕩器上用來測(cè)定結(jié)晶器和鑄坯之間的摩擦力變化。傳感器連接到由模擬輸入到數(shù)字輸出的傳感器接口轉(zhuǎn)換。一個(gè)強(qiáng)大的頻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如圖7所示），以每秒讀書1000次的速度來收集來自傳感器接口的數(shù)據(jù)。收集到的位移數(shù)據(jù)經(jīng)過后期處理，計(jì)算結(jié)晶器的速度，負(fù)滑脫時(shí)間，和百分比負(fù)滑脫時(shí)間。加速度計(jì)的數(shù)據(jù)被用來計(jì)算不同澆鑄條件下結(jié)晶器與鑄坯之間隨時(shí)間變化的摩擦力。

iCIdflEtin宦tVlMchin^Spe?2ifit,!iLfiOiil&NlHthinvlyp^CurvetlmouldMachineradius6inMetallurgicallerij*iL1i2()rnLimb-i^r0r各l「芻rrdy61<eatsize130t€?asthigtitne70minl"ii1letsii^ze13Ox130mmsq.Mould1嶺nglhH<)0minCastingspeed2.S=3m/minOsciriuliori1requency]80cpmStrokelength8.8TrimOscillationtypeSuiusoiduLflscillatortypeEleetro-tTieclianical表1.小方坯連鑄機(jī)的詳細(xì)信息OO皐二Bgl*圖6.振蕩器的傳感器位置示意圖

圖7.結(jié)晶器摩擦監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖3?1摩擦測(cè)量摩擦測(cè)量了不同碳含量和不同潤(rùn)滑類型等工藝參數(shù)對(duì)摩擦的影響。并且在開放式和封閉式的鑄造條件下測(cè)量了不同含碳鋼的摩擦力。研究選定的鋼種的名單載于表2。CastingGrade%CarbonLubricationtypeA0J6OilB0.6OilC0.45OilD0,22OilE0.1OilAl0.7RPowderB]0JPowderCl0J8PowderDI0J7Powd'er表2.研究不同等級(jí)的鋼的碳含量3.2結(jié)晶器健康監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行摩擦測(cè)量對(duì)結(jié)晶器健康監(jiān)測(cè)，以查明機(jī)器出現(xiàn)的任何機(jī)械故障。繪制結(jié)晶器在兩個(gè)方向上的位移數(shù)據(jù)的峰值，找到任何機(jī)器運(yùn)動(dòng)部件的磨損和撕裂。結(jié)果與結(jié)論4.1鋼的等級(jí)級(jí)和摩擦為不同等級(jí)的開式和閉式鑄鋼收集資料，鋼號(hào)的詳情列載于表2。首先研究碳百分比不同對(duì)結(jié)晶器和鑄坯之間摩擦力的影響。摩擦數(shù)據(jù)對(duì)不同熱度的碳百分比含量進(jìn)行研究。圖8反應(yīng)了包晶碳E級(jí)和高碳碳A級(jí)的碳含量對(duì)摩擦的影響?！狦rade-E—Grafe-ATime（s）圖8?摩擦力隨碳含量變化而變化4?1?1包晶低碳品位（0.1%）的情況下，觀察在高摩擦系數(shù)和較大的波動(dòng)。奧氏體形成凝固殼的包晶轉(zhuǎn)變過程中（D-G）伴隨著成交量的減少。這會(huì)導(dǎo)致外殼的收縮，從而減少?gòu)蔫T坯到結(jié)晶器的傳熱。然而，外殼仍處于軟包晶溫度，鋼水靜壓力把外殼向外推。熱接觸，即使是部分恢復(fù)這種現(xiàn)象，鑄坯表面接觸的模具壁仍不平衡，導(dǎo)致非均勻傳熱。這進(jìn)一步導(dǎo)致潤(rùn)滑油液在結(jié)晶器和鑄坯間的非均勻滲透，造成潤(rùn)滑的間斷。9）與其他牌號(hào)的鋼相比，包晶等級(jí)較高的鋼認(rèn)為是摩擦不均勻的首要原因。

4.1.2非包晶在非包晶鋼的牌號(hào)中，摩擦的性質(zhì)，不論大小，相對(duì)較為穩(wěn)定。圖9和圖10顯示，摩擦力的大小隨著碳含量的升高顯示穩(wěn)步上升，質(zhì)量超過0.2%.由于大的固相-液相差距，因此全固態(tài)外殼的厚度仍然很小，使得高碳鋼牌號(hào)在凝固過程中有廣泛的糊狀區(qū)。此外，由于碳解析的形成，從而完全凝固的外殼的碳含量低于整體組成的碳含量。最終的效果是外殼的剛性減少，使其不易變形。圖11顯示了在鋼的碳含量高的糊狀區(qū)形成的示意圖。此外，外殼的熱導(dǎo)率隨碳含量增加。因此，在高碳鋼的情況下熱提取率低，因此殼的生長(zhǎng)速度慢。因此，較低的坯殼厚度對(duì)具有更高的碳含量的鋼種容易形成較大的鋼水靜壓力使得殼體脹形變鼓起著主導(dǎo)作用。076DG0'0.45022%Carbon圖9。不同鋼種碳含量與不同油潤(rùn)滑的平均摩擦的變化。05a.403020--Grade-B1Gode-CI圖10.076DG0'0.45022%Carbon圖9。不同鋼種碳含量與不同油潤(rùn)滑的平均摩擦的變化。05a.403020--Grade-B1Gode-CI圖10.摩擦力和鋼級(jí)含不同碳含量的粉末潤(rùn)滑之間的關(guān)系。moo圖11圖11?圖顯示糊狀區(qū)為0.8%的碳。巴nl^CDduJ山一4.2摩擦式潤(rùn)滑的效果即使是同碳含量的鋼種相比，油潤(rùn)滑與粉末潤(rùn)滑也有顯著差異。從圖12可以看出，摩擦和非均勻的與粉末潤(rùn)滑相比，油潤(rùn)滑的情況下的摩擦力更高非均勻性更大。然而在我們經(jīng)常使用油作為潤(rùn)滑劑，這可能造成結(jié)晶器和鑄坯之間空氣/蒸汽差的形成。它是公認(rèn)的，這種差距的形成，導(dǎo)致直到外殼和模具之間的接觸重新建立，殼加熱仍然存在。11）油膜汽化水平以下的界面體驗(yàn)殼模具潤(rùn)滑不良，并因此發(fā)生摩擦增加。傳熱等間歇性的波動(dòng)會(huì)引起局部脹殼，導(dǎo)致結(jié)晶器和鑄坯間的不均勻摩擦，這是符合邏輯的預(yù)計(jì)。模具粉末沸點(diǎn)溫度比潤(rùn)滑油高得多，從而在外殼模具接口熔化焊劑可形成單向形式的回流。由于熱接觸的連續(xù)性，傳熱速度比在油中的情況下更均勻，這有助于維持一個(gè)統(tǒng)一的摩擦水平。值得一提的是，在所有的試驗(yàn)中只有一種類型的油和粉末可以以消除由于油等級(jí)級(jí)，或粉末級(jí)產(chǎn)生的改變。表3顯示了工廠試驗(yàn)用鑄造粉的突出的物理性能和化學(xué)性能。Approx>ChemicalComposition〔w卜％)MeltingTemp.(flC)DynamicViscosity(Poise)SiO2CaOAIDNa3OMgOFC1100At1300°CAt1400°C3233.212.71.67.63.21.080.59表3.鑄造粉的化學(xué)成分和物理化學(xué)性質(zhì)0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 300Time(s)—Grade<1一Grade-DL.OZ)0圖12.不同摩擦潤(rùn)滑種類對(duì)含有相同比例碳鋼牌號(hào)的鋼的影響。—(After)—(Before)4-O50450004O30250—(After)—(Before)4-O50450004O30250O51.005045352515444.341740Tinne(S)

圖13.位移之前和之后的極大峰值。4.3機(jī)器健康監(jiān)測(cè)一個(gè)有缺陷的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致板坯表面缺陷。所以經(jīng)常檢測(cè)的振蕩器的健康，可以及時(shí)對(duì)機(jī)器健康相關(guān)問題進(jìn)行檢測(cè)和進(jìn)行糾正措施。在振蕩器上安裝LVDT測(cè)量振蕩器剖面的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如果磨損軸承，彈簧斷裂，油脂不足，損壞的偏心凸輪或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率不足等情況發(fā)生的話，LVDT可以檢測(cè)到信號(hào)，信號(hào)由傳感器接收，立刻糾正行動(dòng)，以避免任何危急情況。如圖13所示，在實(shí)驗(yàn)的開始，觀察到傳感器信號(hào)振蕩配置偏離正弦運(yùn)動(dòng)幅度從一個(gè)周期到另一個(gè)不同周期。也可以從迅速變化的位移檢測(cè)結(jié)晶器的加速度變化。此外，從圖14(a)中可以看出，結(jié)晶器加速了每個(gè)周期有二次峰值。從這些觀察，得出的結(jié)論是，振蕩器患有一些機(jī)械問題。目測(cè)傳動(dòng)裝備后，“零間隙”耦合驅(qū)動(dòng)器設(shè)備被引入到傳動(dòng)系統(tǒng)替換全部破舊軸承。由圖13和圖14(b)可以看出，在加速度信號(hào)的二次峰完全消失后，振蕩器的振幅變得更均勻。除了監(jiān)測(cè)結(jié)晶器與鑄坯間的摩擦，這種設(shè)備還被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)非常有用的預(yù)防性維護(hù)工具。(日)30-(3(日)30-(3--6Time(s)(迦§匸.2遢①-①Q(mào)O頊圖14?加速度隨時(shí)間變化。（a）之前,（b）之后的變化。結(jié)論一個(gè)小方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)使用LVDT和加速度計(jì)?？梢酝茢嗟墓ぷ饔幸韵聨c(diǎn)：（1） 結(jié)晶器振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)，素進(jìn)行潤(rùn)滑油的性能比較，提高整機(jī)可靠性是一個(gè)重要工具。（2） 計(jì)算的負(fù)滑脫時(shí)間和百分比的負(fù)滑脫時(shí)間在機(jī)器設(shè)計(jì)師建議范圍以內(nèi)。（3） 模殼摩擦的幅度最高的是包晶級(jí)的情況下，這可以歸因于包晶轉(zhuǎn)變過程中體積收縮。除此以外，平均摩擦力隨著鋼中的碳含量增加而增加，變化范圍在質(zhì)量的0.2-0.8%。（4） 粉末潤(rùn)滑比油潤(rùn)滑具有更低和更均勻的摩擦力。油的沸騰被認(rèn)為是形成不銹鋼外殼與模具間形成蒸氣差的主要原因。這種趨勢(shì)在研究組成的整個(gè)范圍內(nèi)都可以觀察到。（5）本機(jī)基于機(jī)器健康有關(guān)的問題提供預(yù)警的設(shè)備被作為一種預(yù)防性維護(hù)工具非常有用。這是額外的好處，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其摩擦監(jiān)測(cè)中的作用。鳴謝筆者想感謝LD1他們的寶貴支持。命名法S:Peaktopeakstroke(mm)w2pf:Angularvelocity(radian/s)f:Oscillationfrequency(cycle/minute)NSt:Negativestriptime(s)ai:Theaccelerationofmould(m/s2)n:Numberofdatapointspercycle(number)S:Displacementofmould(mm)v:Velocityofthemould(m/s)RMS:RootMeanSquareLVDT:LinearVariableDifferentialTransformer參考M.Wolf:Proc.74thSteelmakingConf.,ISS/AIME,Warrendale,PA,(1991),51.M.YaoandD.C.Fang:IronmakingSteelmaking,23(1996),522.I.A.Bakshi,J.L.Brenzy,S.Chandra,I.V.SamarasekharaandJ.K.Brimacombe:IronmakingSteelmaking,20(1993),54.J.MichaelK