大板坯液压振动结晶器摩擦力检测与分析.pdf

总第 1 9 4期 2 0 1 2年 第 2期 河 北冶金 HEBEI M ETALL UR GY T0 t a lNO． 1 9 4 2 0 1 2， Nu mb e r 2 大板坯液压振动结晶器摩擦力检测与分析 周学禹， 程玉君 ， 李艳峰 ， 林大帅， 程建民， 王伟 河北钢铁集团 承钢公司， 河北 承德 0 6 7 0 0 2 摘要 对大板坯结晶器摩擦力进行了在线检测试验研究。分析了摩擦力在升拉速、 换水 口、 粘结及降拉 速时相关参数的变化特征， 指出结晶器摩擦力与结晶器和铸坯的相对运动速度呈相同的变化趋势， 前者 的变化滞后于后者， 且经反复震荡后与拉速保持一致； 同时结晶器摩擦力可以预测粘结漏钢事故。 关键词 大板坯； 结晶器摩擦力； 连铸液压振动； 检测； 分析 中图分类号 T F 3 4 1 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 5 0 0 8 2 0 1 2 0 2 0 0 2 3 0 4 C髓CK AND ANAI ． YS I S OF F 】 CⅡ ON HYDRAI Ⅱ．I C ⅧRA G I LD 0F BI G BⅡJ甩T Z h o u Xu e y u ，C h e n g Yu j u n ， L i Ya n f e n g ， L i n D a s h u a i ， C h e n g J i a n mi n ， Wa n g We i C h e n g d e I r o n a n d S t e e l C o mp any ， He b e i I r o n and S t e e l G r o u p ， C h e n g d e ， H e b e i ， 0 6 7 0 0 2 Ab s t r a c t T h e o nl i n e me a s u r e t e s t i s c o n d u c t e d f o r f ric t i o n i n mo l d o f l a r g e b i l l e t ．I t i s a n a l y z e d t h e c h an g e c h ara c t e ris tic s o f c o nc e me d para me t e r s o f f ric t i on f o r c e whe n d r a wi n g s pe e d ris i n g，n oz z l e e x c han g e d，s t i c k i n g，dr a wi n g s p e e d l owe r e d do wn．I t i s p oi n t e d o ut tha t the c ha ng e t r e nd o f mol d f ric ti on f o r c e i s s ame wi t h t ha t o f r e l a tive v e l o ci t y b e t we e n mo l d an d c a s t i n g b i l l e t ，whe r ea s t he c ha n g e of the f or me r de l a y s be h i n d t h a t o f the l a t t e r，a n d t he f r i c tio n f o r c e k e e ps i de n t i c a l a t l a s t wi th dr a wi ng s pe e d a f t e r v i b r a t i n g a ga i n an d a g ain； an d the s ti c k i n g s t e e l l e a k a g e b r e ak d o wn c a n b e p r e d i c t e d wi t h f ric ti o n f o r c e c h e c k i n g ． Ke y W o r d s l arg e b i l l e t ；mo l d f ric t i o n f o r c e ；h y d r a u l i c v i b r a t i o n i n c o n t i n u o u s c a s ti n g；me a s u r e ；a n a l y s i s 1 前言 结晶器与铸坯间 良好的润滑对于追求高质高效 的连铸生产来说是至关重要 的。连铸结晶器摩擦力 是研究连铸生产过程的重要参数 ， 它表 征着连铸坯 壳与结晶器内壁 间的润滑状态和相互作用效果 ， 对 铸坯的表面质量和连铸生产率有着直接的影响。随 着连铸坯热送装及直接轧制技术 的发展 ， 生产节奏 大幅加快 ， 要求在提高拉速的同时保证铸坯质量 ， 对 结 晶器振动控制技术提 出了更高 的要求。近年来开 发的液压振动技术具有机械振动所没有 的优越性 ， 在大板坯连铸振动机振动装 置上 ， 液压振动技术呈 现出代替机械振动的发展趋势。液压振动相对于传 统的机械振动， 振幅更加精确、 频率稳定 ， 可以在生 产 中随时改变振动参数 ， 实现振动 的在线可调。本 文基于液压振动装置的板坯连铸机 ， 对结 晶器摩擦 收稿 日期 2 0 1 11 23 0 作者简介 周学禹 1 9 6 8 一 ， 男， 正高工 ， 1 9 9 1 年毕业于唐山工程技 术 学院钢铁冶金专业 ， 现在河北钢铁集 团承 钢公 司提 钒钢轧 二厂从 事钢轧管理 、 冶金技术研究开发 工作 ， Em a i l x x l g z h o u x y c d v t ． 力进行 了连续的检测 ， 并 对结 晶器摩擦力的周期变 化特点 ， 以及拉坯过程中相关参数 的变化特征等进 行 了分析 ， 为结 晶器摩擦 力的进一步研究提供 了生 产和试验依据。 2 试验条件 河北钢铁集 团承钢公司提钒钢轧二厂 1 、 2} ≠ 板 坯连铸机在高拉速下浇铸 Q2 3 5 B、 Q 3 4 5等钢种时 ， 采用结 晶器摩擦力在线检测系统对结晶器摩擦力进 行连续 的实时检测 ， 振动波形如图 1所示 。 暑 搀 图 1 振动位移 图 F i g ． 1 Di s p l a c e me n t d i a g r a m 两侧振动波 形一致 ， 为正弦波 形 ； 断面尺寸为 2 0 0 mm x 1 6 5 0 m i l l ； 拉速控制 01 ． 3 m／ mi n ； 振动 2 3 总第 1 9 4期 频率 0 1 5 0 7 ／ mi n ； 振幅控制为 2 ． 7 mm； 采用河南 西宝 Q 2 3 5 B、 Q3 4 5专用保护渣。 3 检测原理 结 晶器振动平台见图 2 。 平衡 位置 图 2 结晶器振动 系统 结构 图 F i g ． 2 S t r u c t u r e o f mo l d v i b r a t i o n s y s t e m 在相 同振动条件下 ， 铸机拉坯状态 与冷态 未 的采样频率 ， 因此检测系统可以实现对结晶器摩擦力 的瞬时检测， 其中结晶器的振动速度和加速度可以通 过对位移的差分计算而获得， 图3所示为结晶器摩擦 力的计算过程。图3 分别代表静止、 空振和拉坯时系 统的输出力 ， 其振动条件为正弦振动， 振 幅 2 ． 7 n l l T l ， 频率 1 5 0 c p m， 此时的拉速为 1 m／ m i n 。当摩擦力大 于零时， 表明铸坯表面受到拉力 的作 用， 反之 当摩擦 力小于零时 ， 表明铸坯表面受到压力的作用 。 静止 ， k S o - KS ，拉 S o KS I l 空 振 r 阳 I l 拉 坯 r 1 r 日 J G G G 拉坯的空载状态 时振动系统 的输 出力之差被认为 是 结 晶 器 摩 擦 力 n _2] 。 即 翥 耆 MDF F 拉 一F空 图 3结晶器 系统受力分析 振动系统的输 出力可 以通过计算液压缸的进油 F i g ． 3 s s s a n a 1 y s i s o f 。 l d s y s t e m 腔和出油腔的压力差值获得。P L C对液压缸的压力 4 摩擦力检测结果与讨论 和位移信号的采样频率为 8 0 0 H z 。由于有了足够高 4 ． 1 拉坯速度对摩擦力的影响 表 1 涨拉速对摩擦力的影响 Ta b． 1 I n f l u e n c e o f d r a wi n g s p e e d ri s i n g o n f ric t i o n 言 ’ 善 瑙 迥 A 一 J _ 卜 、 ， ．I 、 A 2 n - ， ⋯1’ V A1 - _ 、 ‘ ● ■ _ B2 日 ． t 天 B1 自 ’ 么 ．一 ， V1 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．_ _ ， i ／一 l 广 ， 一。 。 C． - c1 c2 { C ⋯ ⋯⋯． 一 、 ⋯ 一 - 、 ， ’ ， 蚕 辎 图 4涨拉速时结晶器摩擦 力变化 曲线 Fi g ． 4 Ch a n g e c u r v e o f f ric t i o n o f mo l d wh e n d r a wi n g s p e e d ris i n g 表 1 为涨拉速时对摩擦力的影响。图4为涨拉 方向相反速度最大值时摩擦力， 最小摩擦力时振动 速时结晶器摩擦力变化 曲线 ， 图 4中 a 、 b 、 C -, v曲线 方向与拉坯方 向相 同速度最大值时摩擦力 ， 平均摩 分别代表结晶器最大摩擦力 、 平均摩擦力 、 最小摩擦 擦力是两者之和。速度曲线 v 在进行 阶梯式涨拉速 力和拉坯速度。最大摩擦力曲线是振动方向与拉坯 时 ， 摩擦力曲线也 随着 拉速 的增加 而增加。如图 4 2 4 l l 1 l 1 1 1 0 0 O O 0 0 0 0 7 6 5 4 3 2 l 0 9 8 7 6 5 4 3 2 河北冶金 2 0 1 2年第 2期 量 旨 超 酴 牡 删 麈 Fi g 檫 ． 5 力 C 曲 h a n 线 g e 随 cu r v 着 e 0 f删dwb 提条件是有效防止漏钢和控 ⋯ 霎 言 薹 喜 喜 羹 篓 羹 要 变 化 摩 擦 矍 墨 銎 力 都 銎 ～ -8 5％ “ o 4 2 漏钢和铸坯质量异常时摩擦力的反应 双 最多 且 B古取 八 ， 口垌 鼽 ⋯ 舍 暑 蚓 照 时 间 图6 粘结漏钢时结晶器摩擦力变化曲线 F i g． 6 Cha ng e c u r v o f f r i c t ion o f mo l d u n d e r s t i c k i n g s t e e l l e a k a g e 2 5 拗 艨 一 一 一 一 ～ ～ ～ 一 向 一 删 一 在 冁 保 摩 到 ，～ 雌 血 线 力 曲 擦 滥 靴 一速 速 线 点 一点 拉 曲 一 此 力 “ 盯 融 总第 1 9 4期 图 6是发生粘结 时的结 晶器摩擦力 的变化 ， 当 发生粘结时摩擦力迅速长大 ， a、 b 、 C摩擦 力 曲线 出 现波峰。现场操作速度降到 0 m／ m i n ， 保持结 晶器 的振动 ， 尝试 给基础拉速 ， 进行撇渣 ， 重新加入保护 渣 ， 摩擦力随着拉速 的增加开始减小 ， 粘结位置开始 脱开结 晶器 ， 最终摩擦力在拉速恢复正常后 开始恢 复正常 ， 数值与粘结前相一致。 摩擦力对大部分粘结性温度报警都有反应 ， 当 测温系统发出红黄牌真报警时 检查板坯上有粘结 痕迹 ， 从摩擦力图形上表现是振频的急速下降 ， 从 正常的 1 5 0／ m i n降到 1 0 0次／ mi n ， 从图 7中可 以 看 出， 在发生温度报警前 1 0 mi n ， 摩擦力 曲线 出现锯 齿摩擦力波动曲线 ， 与正常曲线相 比有很大差异 ， 在 5 mi n前这种波动开始增加。最终在 8点 4 5分 4 1 秒时发生温度报警。 椰 肾 ■ H 。 ． ． ． ． ．_ ■0 _ ＼ n 一． ． ’ I ， 6 、 ． _ 。 _ ． _一 c f ． ／ 。 k d ’- _ hM T - 一 H． 一 _ 一 ． HH ． I 卜 一 ． ， ● r●⋯ 1 种。 Ⅱ 。r I 广 图7 报警前摩擦力变化曲线 F i g． 7 Cha n g e c u r v e o f f r i c t i o n o f mo l d b e f o r e a l a r m 从试验结 果看 ， 结晶器摩擦力可 以预测漏钢事 故 ， 在发生粘结性漏钢的时候可以通过监测摩擦力 的变化实施现场补救 。 5 结 语 1 结晶器摩擦力与结晶器和铸坯 的相对运动 速度呈相同的变化趋势 ， 但二者波形有所区别 ， 摩擦 力波形有 向梯形过渡的趋势。 2 摩擦力 的变化滞后于结 晶器与铸坯 的相对 上接 第 6 1页 4 改 进及 创新 1 热风炉的烘烤采用特制的混合煤气烧嘴。 2 大烟囱安装混合煤气燃烧器增加抽力 。 3 烘炉管道安装 2 5 m i n 、 5 0 mm 点火枪 便于控制低温区时使用。 4 烘炉过程全部用混合煤气烘烤 ， 既有较高 的发热值 ， 又方便控制烘烤强度及进度 。 5 在热风炉上安装永久 拱顶 、 硅砖界 面、 烟 道废气 及临时 烘炉低温段时拱顶 热电偶和临时 压力点 ， 以便密切观察各阶段 、 各部位的温度及压力 变化 ； 做好拱顶各部温度 、 煤气压力 、 空压风压力 、 烟 2 6 1 28 9 5 6 2 Z 2 8 糍 世 一5 38 - 72 运动速度 ， 经过反复震荡后与拉速保持一致。 3 结 晶器摩擦力 可 以监测粘结性 漏钢 ， 可 以 对漏钢事故进行提前判断。 参考文献 [ 1 ] Mi k i o S UZ UK I ， H． M． ， T o r u K I T AG AWA． D e v e l o p me n t o f a Ne w M o l d Os c i l l a t i o n M o d e f o r Hi g h s p e e d c o n t i n u e s Ca s t i n g o f S t e e l S l a b s ． I S I J I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 1 ． 3 1 3 2 5 4～ 2 6 1 ． [ 2 ] 王旭东 ， 臧欣 阳 ， 马勇． 液压 振动下 板坯 连铸结 晶器摩擦 力检 测 实验研 究[ J ] ． 钢铁 ， 2 0 0 6， 4 1 1 1 2 3～ 2 5 ． 道温度 的记录， 方便 当时操作和经验总结 。 6 人孔前用高铝质格子砖与人孔铺平 ， 上铺 9 m 的 1 ． 5 mm 钢板 ， 四周用格 子砖 砌挡火墙 ， 保证 火焰不直接烤衬砖而且挡火墙能在红热状态下方便 单独改用高炉煤气 自燃点火。 5 结语 本次烘炉以拱顶温度为控制对象 ， 参照硅砖界 面及废气温度 ， 通过实际与计划的烘炉曲线 比较 ， 控 制烘炉曲线在设定值 内， 硅砖 晶形相变正常 ， 烘 炉情 况 良好 ， 达到了设计要求 ， 为今后热风炉烘炉积累了 经验。