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连铸工艺新技术——数控电动式功能结晶器 田立 周永辉谭石红 (衡阳镭目科技有限责任公司) 摘 要功能结晶器是以电动缸非正弦为基础的一项技术。具有实现高效铸钢的结晶器非正弦振动、并对钢水液 面自动控制、电磁搅拌、自动加保护渣、漏钢预报等功能全面优化。采用先进的大功率数字伺服电动机作为结晶器 振动装置的驱动源，实现非正弦振动；采用独特的设计，对传统的结晶器进行瘦身，大大减轻了振动重量，降低了能 耗。本文以方坯功能结晶器为例详细了介绍该系统的原理、功能特点及应用成果。 关键词 功能结晶器 非正弦振动 数字伺服电动缸 钢坯质量 振动重量 能耗 1 引言 “建设节约社会，发展循环经济”；“科技自主创新，建设创新型国家”。我国GDP产值占全球的4％，而 煤和原油的消耗分别占全球的31％和7％，我国每美元GDP产值的能耗是美国的4．3倍，德国的7．7倍，日 本的11．5倍。要想发展循环经济，必须立足于节约使用资源推动钢铁工业的发展。所以，今后我国把钢铁 工业发展的着力点转移到加快技术进步，优化产品结构，提高质量效益上来，国家计划用五年时间淘汰一批 装备水平低、能耗高、污染高、生产规模小的钢厂。截至2005年，国内炼钢能力达4．7亿吨，钢产量3．48亿 吨，产能明显超出需求。这必然导致市场竞争的加剧，2006年国内钢铁企业将面临前所未有的压力，不但要 生产出技术含量高、高附价值的产品，而且要努力降低生产成本，节约各项费用，企业才能处于不败之地。 技术创新，降低成本，将是中国钢铁企业今后几年两项十分重要的工作。提高产品市场竞争力是中国钢 铁企业正致力于解决的问题。功能结晶器正是时代发展的产物，它的问世有助于解决技术创新与降低成本 的双重问题，能够迅速、有效地提升钢铁企业的整体竞争实力，将对连铸工艺产生深远的影响。 2系统工作原理 系统利用了目前成熟先进的计算机技术和大功率数字交流伺服控制技术，系统完全由计算机软件产生 控制结晶器振动的波形曲线(正弦或非正弦的)，并按照工艺要求通过对RAM优化函数各个变量取值，结合 拉速精确地控制结晶器上下振动，使振动波形保持精确的频率、振幅、负滑脱时问、正滑脱时间、及波形偏斜 率等，最终得到满足工艺需求的结晶器振动轨迹。 2．1功能结晶器设计的主导思想——结晶器瘦身，减轻振动质量。降低能耗。 功能结晶器与传统的结晶器不同，它没有传统的振动台，将振动台改为不振动的支撑框架，把足辊和零 号段固定在不振动且可吊装的支撑框架上，功能结晶器振动部分只有结晶器本体，振动质量轻。结晶器振动 装置采用独特的导向和定位方式，结构紧凑，使结晶器进一步瘦身，30t重的板坯和5t重的方坯的振动重量 可分别减轻到15t和1t，这样减轻了振动重量，大大降低能耗。 2．2功能结晶器的核心技术——非正弦振动 功能结晶器给钢厂带来的最大好处是改善铸坯质量。非正弦振动是改善钢坯质量并提高钢坯产量的一 项关键技术，系统利用计算机技术和成熟先进的大功率数字交流伺服控制技术，来实现正弦或非正弦振动， 并按照工艺要求通过对RAM优化函数各个变量取值，结合拉速精确地控制结晶器上下振动，使振动波形保 持精确的频率、振幅、负滑脱时间、正滑脱时间、及波形偏斜率等，最终得到满足工艺需求的结晶器振动轨迹。 ‘下图是非正弦偏斜率P=0．2的振动波形(图1)： ·--——201·--—— 40 2 0 二 芒 釜o o 嚆 ．2 0 _4 0 非正弦波形显示 八、 ／ 、 ／ j弋 ／ ／ {． ／ 、 ／{ ， ， { ，l ／ L． ／／ ＼ ／／ 15tie —A1 一，A 2 一A 3 一AJ 图l 2．3功能结晶器的驱动源——数控伺服电动缸。 伺服电动缸广泛用于宇航、军工、机床、机器人、冶金设备等领域，是国际上高端传动技术领域应用最多 的驱动方式。电动缸结构简单，响应速度快，控制精度高，不需要液压油管，安装方便，抗高温，抗振动，完全 适应冶金工业生产环境。为了保证控制波形的精确度、准确性，系统通过PLC、运动控制器输出数字量控制 先进的数字伺服缸。数控伺服电动缸运动控制精度高、响应速度非常快(500微秒)，能够严格的按照计算机 产生波形驱动结晶器振动，来实现结晶器的非正弦振动。所以采用数控伺服电动缸作为功能结晶器的驱动 源，系统精确、简约、可靠、高效。 2．4系统的主要机械装置(系统结构如图2所示) 图3外观不意图 图2 ——振动发生装置 采用1台数控电动缸作振动动力源，安装在结晶器的内弧，通过摇臂带动结晶器振动。 ——振动缓冲装置 采用2组缓冲器支撑结晶器芯核，减轻动力设备负载，并使支撑平衡。缓冲装置用来承受结晶器芯核 等的负荷、缓和冲击、减少驱动力、并起过载保护作用。 ——振动导向装置 结晶器芯核的仿弧运动由摇臂和导向滚轮保证，摇臂确定结晶器芯核上部的运动