在线检测连铸结晶器内摩擦力的方法技术

本发明专利技术涉及一种在线检测连铸结晶器内摩擦力的方法，属冶金连铸检测技术领域。一种在线检测连铸结晶器内摩擦力的方法，其特征是：通过传感器测量作用在结晶器上的力和结晶器的振动位移；实测并计算出结晶器系统的质量、刚度、阻尼参数；连铸时，将计算出的系统参数，检测得到的作用在结晶器上的力和结晶器实际振动位移，对位移做一次和两次差分可分别获得结晶器振动速度和加速度，代入结晶器受迫振动力学模型，实时计算出连铸时每一采样时刻结晶器冷却壁与铸坯坯壳之间摩擦力，并将摩擦力变化趋势显示在显示器上。本发明专利技术计算结果的准确性和可靠度高，实时性好，检测准备工作量和耗时少，更适合于生产现场应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属冶金连铸检测

技术介绍
结晶器摩擦力是连续向下运动的铸坯与不断振动的结晶器之间，由于相对运动产生的相互作用力。这种相互作用力从微观上看，在相对运动的正滑脱期间，是结晶器脱坯力，在负滑脱期间，是结晶器作用在坯壳上的愈合力。在宏观上，表现为铸坯被拉出结晶器时，在结晶器内遇到的阻力，是连铸机组拉坯阻力的一部分。它的形成主要有三方面的原因一，钢水静压力通过坯壳传递，形成作用于结晶器冷却壁的正压力，在坯壳与冷却壁做相对运动时产生摩擦力；二，按工艺要求设定(或动态变化)的结晶器冷却壁锥度，使坯壳在与冷却壁做相对运动时产生了附加的摩擦力；三，结晶器在垂直方向振动时，因为设备制造、安装或运行松动而产生的在水平面内的微小摆动，加剧了坯壳与冷却壁之间的相互作用，而生成的附加摩擦力。结晶器内摩擦力是反映结晶器内冶金行为的重要综合信息，检测该参数具有重要的意义。首先在连铸机组设计时，可以指导振动系统的受力分析，从而确定合理的振动动力、缓冲强度等参数，以及为机组拉坯阻力的分析计算提供一个重要依据，从而确定准确的拉坯电机功率、机架强度等参数。再者，该参数与结晶器内保护渣行为、设备状态、操作状况息息相关，为分析铸坯表面质量、裂纹、漏钢提供参考依据，是结晶器冶金专家系统的重要参数，也是优化和开发连铸工艺的重要参数。目前，关于结晶器内摩擦力参数的检测研究工作开展得较多。由于连铸生产的特殊工况，研究工作无法用一种直接测量的方法获取该参数，因而都采用间接测量的方法。间接测量法借助于建立一种与该参数相关的数学模型，通过测量模型中其它的量，计算得出结果。无论采用哪一种检测方法，都应解决更适用于生产现场这一实际问题，即如何使用简单的检测手段，以最少的工作代价，获取准确、可信的结果。现有的典型检测方法有其一，发表于《钢铁》(2001年5月，第36卷第5期)的文献“功率法用于板坯连铸结晶器摩擦力在线检测的试验研究”以及中国专利申请号03143925.X“液压振动下连铸结晶器拉坯阻力在线检测方法”，它们采用了功率比较法来计算摩擦力。其方法是设拉坯时结晶器内的摩擦力为FMDF，检测计算出未拉坯前一个特定振动参数组合下的一个振动周期内功率绝对值的最大值P0max，拉坯时检测出一个振动周期内功率绝对值的最大值Pmax，并检测计算出与Pmax相同时刻下的结晶器振动速度Vt，代入公式FMDF＝|Pmax-P0max|/Vt＝ΔPmax/Vt计算出一个周期内的摩擦力特征值。该方法强调“当计算拉坯阻力时，所采用Pmax与P0max，应是相同的振频、相同的振幅和相同的非正弦因数的振动工艺参数”。该方法在运用于实际时，存在以下困难和不足(1)测量准备工作量大，耗时长；现代连铸生产中，经常会在线宽范围内地调整振动参数。为比较拉坯前后的功率差值，必须要在实际拉坯前做大量的检测，以记录在不同振频、振幅、非正弦系数等振动参数组合下结晶器做正弦或非正弦振动时的功率特征值。可以想见，完成如此巨量的不同参数组合下的测试，对于一个快节奏的连续生产过程是不太现实的。而且，为排除结晶器在长时间运行后所产生的一些系统偏差，在每一次连铸循环的短暂停机时必须重复测试一遍，使用这种检测方法所付出的代价太大。(2)这种检测方法预先记录的数据量也是很庞大的，需要在记录系统中做额外的付出。(3)即便检测和记录工作能够完成，实际上在线计算时很难做到拉坯前后同样参数条件下特征值的对比。拉坯前后每一个振动周期内的功率特征值P0max和Pmax并不一定在同一个运动速度时产生，两个数据难以做到相同条件下的对齐。调用庞杂的预先记录特征值与实际拉坯时比较，易发生数据调用错误而计算出异常数据的情况，很容易造成分析原因时的错误判断。因而这种方法的计算准确性和可信度并不理想。(4)摩擦力信息缺损；一个周期内仅记录一个特征点，不能体现正滑脱和负滑脱时摩擦力的特征。其二，中国专利申请号00105382.5“确定连铸时结晶器与坯壳之间摩擦的方法”描述了一种为检测摩擦力而简化测量手段的方法，利用结晶器振动系统本身已有的传感器，测量可能计算出摩擦力的间接变量。文中提出根据结晶器实重和运动的加速力修正检测值，但无具体的计算实施方法。日本专利申请号JP61-279350“鋼の連続鋳造制御方法”提出的方法是检测结晶器位移和施加在结晶器上的作用力，将位移两次差分计算运动加速度后得到惯性力，并考虑刚度得到弹簧力后，计算得出摩擦力。但没有说明如何获得较为精确的系统刚度系数和质量的实际值，也没有提及系统的阻尼作用，因而测量值准确性欠佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该方法基于结晶器受迫振动的质量、弹簧、阻尼系统力学模型，检测并确定这一模型中的重要参数，以实现在线计算摩擦力。本专利技术是这样实现的一种，其特征是选择传感器，测量作用在结晶器上的力和结晶器的振动位移；按下述步骤实测并计算出结晶器振动系统的质量、刚度、阻尼参数；连铸时，将计算出的系统参数，检测得到的作用在结晶器上的力和结晶器实际振动位移，对位移做一次和两次差分可分别获得结晶器振动速度和加速度，代入结晶器受迫振动力学模型，F→+F→M+G→+K(x→-s→)+Bv→=Ma→---(1)]]>实时计算出连铸时每一采样时刻结晶器冷却壁与铸坯坯壳之间摩擦力FM，并将摩擦力变化趋势显示在显示器上；实测并计算结晶器振动系统的质量、刚度、阻尼参数的步骤是(1)用测力传感器和位移传感器分别测量作用在结晶器上的力 和结晶器垂直位移 (2)测量结晶器振动系统在振动平衡位置等待起振时的力 采样的时间或次数应足够长，求取平均值，记为F0；此时公式(1)简化为F→=G→+Kx→---(2)]]>(3)利用结晶器振动控制系统，给结晶器一个稳定作用力F1，使结晶器偏离振动平衡位置，并在振动上限和下限之间，停在一个新的平衡位置，记录下结晶器处于两个平衡位置时的位移传感器测量的差值Δs，由下式获得系统实际的综合刚度系数K；K＝|ΔF|/Δs＝|F0-F1|/Δs (3)(4)将检测出的值F0和计算得到的K代入公式(2)中，由于弹簧预压缩量x是已知量，可在线获得结晶器准确的重量G和质量M；(5)利用结晶器振动控制系统，使结晶器做相对于振动零点的向上或向下等速直线运动，此时F→+G→+Kx→-Ks→+Bv→=0---(4)]]>变换运动速度反复测试，记录下运动过程中每一采样时刻的作用力，记为力F2数据组和位移s数据组，对位移做一次差分处理，计算出实际运行速度v，将以上数据以及步骤(3)和(4)计算出的K和G代入公式(4)，可计算出系统实际的等效阻尼系数B。上述实测并计算结晶器振动系统的质量、刚度、阻尼参数可在连铸准备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线检测连铸结晶器内摩擦力的方法，其特征是：选择传感器，测量作用在结晶器上的力和结晶器的振动位移；按下述步骤实测并计算出结晶器振动系统的质量、刚度、阻尼参数；连铸时，将计算出的系统参数，检测得到的作用在结晶器上的 力和结晶器实际振动位移，对位移做一次和两次差分可分别获得结晶器振动速度和加速度，代入结晶器受迫振动力学模型，＊＊＊（１）实时计算出连铸时每一采样时刻结晶器冷却壁与铸坯坯壳之间摩擦力Ｆ↓［Ｍ］，并将摩擦力变化趋势显示在显示 器上；实测并计算结晶器振动系统的质量、刚度、阻尼参数的步骤是：（１）用测力传感器和位移传感器分别测量作用在结晶器上的力＊和结晶器垂直位移＊；（２）测量结晶器振动系统在振动平衡位置等待起振时的力＊，采样的时间或次数应足 够长，求取平均值，记为Ｆ↓［０］；此时公式（１）简化为：＊＊＊（２）（３）利用结晶器振动控制系统，给结晶器一个稳定作用力Ｆ↓［１］，使结晶器偏离振动平衡位置，并在振动上限和下限之间，停在一个新的平衡位置，记录下结晶器处于 两个平衡位置时的位移传感器测量的差值△ｓ，由下式获得系统实际的综合刚度系数Ｋ；Ｋ＝｜△Ｆ｜／△ｓ＝｜Ｆ↓［０］－Ｆ↓［１］｜／△ｓ（３）（４）将检测出的值Ｆ↓［０］和计算得到的Ｋ代入公式（２）中，由于弹簧预压缩量ｘ是已知 量，可在线获得结晶器准确的重量Ｇ和质量Ｍ；（５）利用结晶器振动控制系统，使结晶器做相对于振动零点的向上或向下等速直线运动，此时：＊＊＊（４）变换运动速度反复测试，记录下运动过程中每一采样时刻的作用力，记为力Ｆ↓［ ２］数据组和位移ｓ数据组，对位移做一次差分处理，计算出实际运行速度ｖ，将以上数据以及步骤（３）和（４）计算出的Ｋ和Ｇ代入公式（４），可计算出系统实际的等效阻尼系数Ｂ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡军宏，张立，方园，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]