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摘要
结晶器摩擦力(MDF,mould friction)是反映坯壳与结晶器润滑状况的重要参数,不仅对铸坯的表面质量及连铸生产的顺行具有重要影响,而且在评价保护渣润滑效果、漏钢预报和铸坯质量在线监控等方面有着巨大的应用潜力。结晶器振动在连铸生产中具有重要的作用,而液压振动是近年来被开发并逐渐推广应用的结晶器振动驱动方式。随着液压振动技术的发展,深入研究液压振动下结晶器与铸坯间的摩擦力检测方法及其摩擦特性,对进一步提高拉坯速度、确保铸坯质量及预防漏钢等事故的发生,有重要的理论和实践意义。本文旨在研究结晶器与铸坯表面摩擦行为的检测方法与摩擦特性。为此,以板坯连铸结晶器液压振动装置为研究对象,开发了两种检测方法:检测瞬态MDF的压力法和检测平均MDF的摩擦功法,对结晶器内摩擦行为开展系统的试验研究,并对MDF的时域和频域特性及其影响因素进行分析。试验是通过检测结晶器液压振动装置的位移、压力等参数,建立相应的计算模型来实现MDF的检测。同时利用振动位移和压力信号,对结晶器振动状态进行了检测与评价。首先,通过对结晶器液压振动系统液压缸位移、压力等振动状态相关参数的检测与计算,探索了结晶器振动状态的检测与评价方法。分析了位移偏差和相位差随振动频率、振幅和偏斜角度等振动参数变化的规律,同时对液压缸输出力的同步性以及动态特性等进行了讨论。结果表明结晶器液压振动装置具有较高的振动精度,为MDF的准确检测与计算提供了研究基础。其次,依据液压振动装置的振动特点,对结晶器振动的受力状态进行了分析,建立了结晶器振动受力模型,确立了压力法测量瞬态摩擦力的理论基础和总体思路。以上述工作为基础,现场检测了铸机在实际浇注过程中结晶器与铸坯间的摩擦状况,讨论了瞬态摩擦力的周期变化规律及特点,并对不同振动方式、控制模型及正常与异常浇注状况下的摩擦力检测结果进行了对比和分析,从而为连铸结晶器摩擦行为瞬态特性的研究提供了试验依据。再次,基于结晶器振动系统的受力分析及正弦振动的特点,建立了表征结晶器内总体摩擦行为——摩擦功法的理论模型,并借助人工神经元网络预测振动装置的等效阻尼,确立了检测和计算结晶器内平均摩擦行为的思路。以摩擦功法检测的摩擦力数据为基础,分析讨论振动同步性、振动方式及不同工况条件下的检测结果,对摩擦力的平均特性进行了分析和讨论。最后,依据压力法得到的瞬态摩擦力数据,采用傅立叶分析方法,利用频谱分析将摩擦力时域信号变换至频域,得到瞬态摩擦力的功率谱,通过分析摩擦力信号在频域中的基频和谐频以及它们的幅值状况,讨论了连铸生产过程中结晶器摩擦力的频域特性,同时采用傅立叶分析方法对液压振动装置的振动状态及动态特性进行了初步探讨。结果显示,摩擦力的频域特性对工艺参数的改变反映敏感,能够反映结晶器与铸坯间的润滑状况,为结晶器在线监测技术的开发和应用提供了新的思路。
