連鑄機非正弦振動臺改造與應用

薛 鵬，張 亮，王金龍

(萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271104)

萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鋼廠5號連鑄機于2005年7月投產，年產能100萬t，羅可普六機六流方坯連鑄機，結構簡單，主要用于生產普碳鋼。投產后，為實現產品結構調整，5號連鑄機需要進行優質鋼種生產。但由于該連鑄機設計配置較低，振動臺振動方式和幅度等問題制約了鑄坯質量的進一步提升，嚴重影響產品質量。為此對振動臺進行改造。

一、存在問題及原因分析

1.振動方式單一

5號連鑄機原振動臺采用短臂四連桿仿弧機構，為偏心套振動系統，振動裝置主要由振動框架、固定架上下連桿、銷軸部件、組合偏心裝置、傳動裝置等組成。由于自身設計原因，單一的正弦振動方式很難滿足多規格生產要求，且斷面變化大，不選用合適的振動方式及幅度將會對鑄坯質量造成嚴重影響。

2.振幅調整精度差

該連鑄機組合偏心裝置主要由兩組不同偏心距的軸及軸套組成。通過調節偏心距得到不同的組合，實現對振幅的調整。調節偏心距改變的振動幅度無法精確測量，誤差較大，加之振動連桿裝置自身的磨損，進一步影響了振幅調整的精度。

3.不具備在線可調

對振幅的調節需要在連鑄機振動臺停振時，人工調節機械設備。因此無法做到生產過程中根據需要及時準確地在線調整，既增加了維修人員工作量，又制約了產能提升。

4.能耗以及噪聲大

振動臺驅動裝置為六臺15kW交流變頻電機，年耗電達70萬kW·h，約35萬元。此外，連桿機械撞擊聲較大。

二、改造內容

1.振動臺改造原理

采用電動缸非正弦振動系統取代偏心套振動系統。機械方面保留振動臺主體部分，延長振動臺橫臂（電動缸連接臂）以連接動力驅動源——電動缸，將電動缸安裝在改造后的安裝支座上，電動缸直接驅動振動臺實時做正弦或非正弦軌跡往復振動，同時在電動缸連接臂與安裝支座間增設緩沖拉簧組件，以保證支撐平衡，減輕負荷，減少驅動力和起過載保護作用。振動臺機械安裝原理如圖1所示。

2.非正弦振動技術

非正弦振動系統利用了大功率數字伺服電動缸與計算機控制技術。系統主要由工業計算機、PLC、多軸運動控制器、電機驅動器、數字電動缸、系統軟件和變壓器等構成。

工業計算機產生非正弦波形，操作人員利用計算機軟件的RAM優化函數對各個變量取值，波形數字化后輸入多軸運動控制器，多軸運動控制器結合計算機的輸入波形與電動缸的輸出振動波，糾正偏差處理同步輸給電機驅動器；電機驅動器將非正弦波信號同步轉化為大功率數字脈沖電流，驅動數字電動缸，最終可使結晶器在振動臺上做上下振動，得到滿足工藝需求的振動軌跡；中央控制單元PLC根據現場采集的拉速、開關等信號，給出振動信號和指令相關設備動作，同時將信息傳輸給工業計算機再優化產生波形輸入多軸運動控制器，構成閉環控制。

圖1

3.主要技術指標（見表1）

三、實施效果

（1）通過對RAM優化函數，可使振動波形保持精確的頻率、振幅、負滑脫時間、正滑脫時間及波形偏斜率等，確保結晶器得到最合理的振動軌跡。

（2）采用非正弦振動方式，在結晶器正滑動期間，初始凝固坯殼受到的摩擦阻力明顯減小，振痕深度大大減輕，表面質量明顯提高。

（3）改造完成后，使產能由原先的100萬t增加到110萬t以上，保證了Q345B、45、40Cr、20CrMnTiH等優質鋼種的順利生產，產品質量穩步提升，合格率達99.5%。

（4）采用小型伺服電動機帶動振動臺，降低了電耗，極大地節約了電能。

四、結論

非正弦振動技術實現了5號連鑄機振幅在線調節，大幅降低了振動頻率，大大減輕了鑄坯表面振痕、提高了振動臺的使用壽命和穩定性，運行穩定可靠，滿足了優質鋼種生產需要。

表1

[1]楊文改.結晶器初生坯殼形成機理及非正弦振動技術的研究（博士學位論文）[D].北京：鋼鐵研究總院，1997.

[2]盛義平，任廷志，張興中.結晶器非正弦振動 [J].鋼鐵，1996，31 （7）：27-31.