專利名稱：連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄結(jié)晶器振動裝置，尤其涉及連鑄結(jié)晶器電磁振動裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，連鑄中鋼水凝固時會和結(jié)晶器內(nèi)壁發(fā)生粘連進而撕裂初始坯殼，為避 免這種坯殼粘連現(xiàn)象，現(xiàn)代連鑄機均配置了結(jié)晶器振動裝置。目前常見的振動裝置主要有 兩種激振方法，一是利用電機驅(qū)動的機械偏心輪機構(gòu)激振，該激振方法對結(jié)晶器振動裝置 只能產(chǎn)生正弦波的單一振動波形。隨著高效連鑄和高表面質(zhì)量連鑄的發(fā)展，目前出現(xiàn)了第 二種以伺服液壓為驅(qū)動力的非正弦結(jié)晶器激振方法，其核心特點是利用雙作用液壓缸，通 過控制液壓缸活塞兩端的油壓以及活塞位移，最終達到控制結(jié)晶器振動的目的。原則上，該 激振方法可以對結(jié)晶器產(chǎn)生各種類型的振動波形，包括偏斜的正弦波、三角波等波形，統(tǒng)稱 為非正弦波形。非正弦波形是現(xiàn)代連鑄的迫切要求和發(fā)展方向，其最大的好處就是能夠保 證結(jié)晶器振動的上升時間比下降時間更長，即負滑脫時間短，正滑脫時間長，這樣對減輕鑄 坯振痕深度和促進保護渣潤滑有顯著效果，從而能夠在更高生產(chǎn)效率條件下，保證良好的 鑄坯質(zhì)量。從現(xiàn)有技術(shù)條件下看，以上兩種連鑄結(jié)晶器的激振裝置都還存在一定的問題。第 一種機械偏心輪激振裝置，結(jié)構(gòu)相對簡單，維護成本也比較低廉，但其振動波形一般只能產(chǎn) 生正弦波，對進一步提高連鑄生產(chǎn)效率和改善鑄坯振痕質(zhì)量有一定限制作用，逐漸要被替 代；第二種伺服液壓激振裝置，可以方便產(chǎn)生各種所需的非正弦波形，對連鑄有益，目前已 開始大量推廣應(yīng)用，但該激振裝置系統(tǒng)復(fù)雜，液壓站、液壓管路和液壓元器件使用壽命、維 護成本和占地空間等都很大，比如，某企業(yè)小方坯液壓伺服系統(tǒng)的主液壓缸、伺服閥等甚至 幾個月就要更換，維護成本高昂。中國專利CN200420082329. 9公開了一種結(jié)晶器振動裝置，其核心技術(shù)特征是把 結(jié)晶器安裝在一個支撐彈簧上，利用電磁激振器來驅(qū)動結(jié)晶器產(chǎn)生振動，該技術(shù)避免了傳 統(tǒng)機械偏心輪驅(qū)動和伺服液壓驅(qū)動的不足，但該技術(shù)主要是通過支撐彈簧在電磁力作用下 產(chǎn)生受迫振動，電磁激振器只是改變了支撐彈簧的振動平衡位置，振動波形只能產(chǎn)生正弦 波形，而不能產(chǎn)生非正弦波形，即無法實現(xiàn)結(jié)晶器振動的上升時間比下降時間更長的波形 非對稱性要求?，F(xiàn)有的電磁激振器只能產(chǎn)生正弦振動波形，振動頻率和振幅固定，回復(fù)彈簧起到 重要作用。連鑄結(jié)晶器振動屬于大慣量振動，振動的上升時間要求比下降時間更長，即速度 波形在上升段保持均速段，現(xiàn)有的電磁激振器單個無法實現(xiàn)該功能，即使進行組合使用也 無法實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，該裝置利用結(jié)晶器 上下設(shè)置的懸浮電磁鐵產(chǎn)生的電磁力，通過計算機控制系統(tǒng)控制成對差動的懸浮電磁鐵，實現(xiàn)結(jié)晶器任意波形的受迫振動，提高了連鑄結(jié)晶器振動精度，降低了振動負載和功耗。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，包括活動框架、固定 框架、彈性支撐組件、銜鐵機構(gòu)、懸浮電磁鐵、導(dǎo)向板彈簧、功率放大器和計算機控制系統(tǒng)， 結(jié)晶器伸出端安裝固定在活動框架上，活動框架經(jīng)彈性支撐組件安裝在固定框架上；活動 框架外周圍部上下兩側(cè)裝有若干個銜鐵機構(gòu)，在固定框架上裝有若干組成對懸浮電磁鐵， 所述成對懸浮電磁鐵為上下設(shè)置，并與一個銜鐵機構(gòu)上下對應(yīng)；懸浮電磁鐵通過電纜與功 率放大器連接，計算機控制系統(tǒng)連接功率放大器對懸浮電磁鐵成對差動控制；在活動框架 側(cè)面與固定框架之間裝有導(dǎo)向板彈簧，使安裝固定在活動框架上的結(jié)晶器按連鑄弧線仿弧 振動。在所述活動框架側(cè)面與所述固定框架之間還裝有位移傳感器，位移傳感器輸出連 接計算機控制系統(tǒng)。所述安裝于固定框架上的懸浮電磁鐵和安裝于活動框架上的銜鐵機構(gòu)圍繞結(jié)晶 器周圍均勻設(shè)置。所述彈性支撐組件為一組支撐彈簧。所述彈性支撐組件為一組空氣彈簧或空氣緩沖氣囊。本發(fā)明針對現(xiàn)有結(jié)晶器振動系統(tǒng)中存在結(jié)晶器振動慣量過大和多波形實現(xiàn)困難 的缺陷，利用結(jié)晶器上下設(shè)置的懸浮電磁鐵產(chǎn)生的電磁力，通過計算機控制系統(tǒng)控制成對 差動的懸浮電磁鐵，實現(xiàn)結(jié)晶器任意波形的受迫振動。由于本發(fā)明的振動裝置僅有結(jié)晶器 和活動框架是上下振動的，相比傳統(tǒng)的振動驅(qū)動系統(tǒng)振動質(zhì)量可以降低至1至3噸之下，驅(qū) 動能源消耗大大降低，提高了連鑄結(jié)晶器振動精度，降低了振動負載和功耗。本發(fā)明的懸浮電磁鐵和功率放大器技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，減小了整個設(shè)備的安裝 空間和管路，具有安全清潔、節(jié)能環(huán)保和維護方便的優(yōu)點，成本低廉，適合工業(yè)生產(chǎn)推廣應(yīng) 用。


圖1為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置實施例1結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置的懸浮電磁鐵布置方式一；圖3為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置的懸浮電磁鐵布置方式二 ；圖4為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置控制系統(tǒng)框圖；圖5為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置實施例2結(jié)構(gòu)圖。圖中1結(jié)晶器，2結(jié)晶器伸出端，3鑄坯，4活動框架，5銜鐵機構(gòu)，6固定框架，7支 撐彈簧，8懸浮電磁鐵，9位移傳感器，10導(dǎo)向板彈簧，11空氣彈簧，12功率放大器，13計算 機控制系統(tǒng)，14懸浮電磁鐵與銜鐵機構(gòu)之間的行程空間。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1，一種連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，包括活動框架4、固定框架6、彈 性支撐組件、銜鐵機構(gòu)5、懸浮電磁鐵8、位移傳感器9、導(dǎo)向板彈簧10、功率放大器12和計 算機控制系統(tǒng)13 ；所述結(jié)晶器1的兩個伸出端2安裝固定在活動框架4上，活動框架4經(jīng)彈性支撐組件安裝在固定框架6上；活動框架4外周圍部上下兩側(cè)裝有若干個銜鐵機構(gòu)5， 在固定框架6上裝有若干組成對懸浮電磁鐵8，所述成對懸浮電磁鐵8為上下設(shè)置，并與一 個銜鐵機構(gòu)5上下對應(yīng)，即一個銜鐵機構(gòu)5對應(yīng)與上下各一個懸浮電磁鐵8 ；懸浮電磁鐵8 通過電纜與功率放大器12連接，計算機控制系統(tǒng)13連接功率放大器12對懸浮電磁鐵8成 對差動控制；在活動框架4側(cè)面與固定框架6之間裝有導(dǎo)向板彈簧10，使安裝固定在活動 框架4上的結(jié)晶器1按連鑄弧線仿弧振動。在所述活動框架4側(cè)面與所述固定框架6之間 還裝有位移傳感器9，位移傳感器9輸出連接計算機控制系統(tǒng)13。所述活動框架4和結(jié)晶器1內(nèi)有連鑄坯凝固所需的一冷卻水通道，對鑄坯3進行 凝固冷卻完成連鑄過程。所述安裝于固定框架6上的懸浮電磁鐵8和安裝于活動框架4上的銜鐵機構(gòu)5圍 繞結(jié)晶器1周圍均勻設(shè)置?；顒涌蚣?中間安裝固定有結(jié)晶器1，活動框架4外周圍部為 正方形或圓周形，活動框架4外周圍部上下兩側(cè)裝有若干個銜鐵機構(gòu)5，如2-6個銜鐵機構(gòu) 5均勻設(shè)置在結(jié)晶器1周圍(結(jié)晶器1的內(nèi)外弧和側(cè)弧)；所述的懸浮電磁鐵8安裝于固定 框架6上，其位置在銜鐵機構(gòu)5的上下兩側(cè)，并與銜鐵機構(gòu)5相對應(yīng)，懸浮電磁鐵8的數(shù)量 為4-12個(或2-6組)，二個懸浮電磁鐵8與一個銜鐵機構(gòu)5成對配置；懸浮電磁鐵8安 裝于固定框架6上可采用伸臂懸掛式。如圖2和圖3的平面示意圖所示，圖2所示的懸浮 電磁鐵8在結(jié)晶器周邊設(shè)置有8個(上下各4個)，包括結(jié)晶器內(nèi)外弧和側(cè)弧，可以增加懸 浮電磁鐵8的電磁吸引力，同時可以縮小懸浮電磁鐵8的單體尺寸；圖3所示的懸浮電磁鐵 8僅設(shè)置在結(jié)晶器1內(nèi)外弧側(cè)有4個(上下各2個)，其單體電磁鐵尺寸略大。所述銜鐵機構(gòu)5是具有一定厚度的上下表層，所述表層由高導(dǎo)磁特性的材質(zhì)，比 如低碳鋼、純鐵以及硅鋼疊片制作，以增強懸浮電磁鐵8對銜鐵機構(gòu)5的電磁吸引力。懸浮 電磁鐵8與銜鐵機構(gòu)5之間留出一定的行程空間14，即結(jié)晶器1的振幅，一般為0 IOmm 的范圍。所述的彈性支撐組件是一組支撐彈簧，可以是一般的壓縮支撐彈簧7，也可以是一 組空氣緩沖氣囊或空氣彈簧11。彈性支撐組件起到支撐靜止?fàn)顟B(tài)下的結(jié)晶器1和活動框架 4。結(jié)晶器1開始振動時，彈性支撐組件對懸浮電磁鐵8起到部分解耦作用。所述的位移傳感器9為高頻響位移傳感器，分別安裝于活動框架4側(cè)面和固定框 架6上，以實時采集結(jié)晶器1的振動位移。位移傳感器12的信號作為控制變量實時輸入計 算機控制系統(tǒng)13中參與控制修正懸浮電磁鐵8的勵磁電流以適應(yīng)預(yù)設(shè)定振動波形所需要 的電磁力。所述導(dǎo)向板彈簧10的兩端分別安裝于固定框架6和活動框架4上，導(dǎo)向板彈簧10 的延伸線與結(jié)晶器1弧線半徑重合，以保證導(dǎo)向板彈簧10對結(jié)晶器1仿弧振動的導(dǎo)向。連鑄中，所述的結(jié)晶器1及伸出端2、連鑄坯3、活動框架4以及銜鐵機構(gòu)5通過支 撐彈簧7 (或空氣彈簧11)安裝在固定框架6上，由功率放大器12和計算機控制系統(tǒng)13成 對控制上下設(shè)置的懸浮電磁鐵8，依靠懸浮電磁鐵8對銜鐵機構(gòu)5產(chǎn)生的電磁力拖動結(jié)晶器 1在平衡位置上下振動。參見圖4，所述計算機控制系統(tǒng)13包括預(yù)設(shè)定信號處理單元130、位置控制器131、 電流控制器132和運算模塊，位置控制器131和電流控制器132組成控制算法的控制器單 元，預(yù)設(shè)定信號處理單元130包括正弦波、偏斜非正弦波和三角波等任意波形的預(yù)設(shè)定信息。計算機控制系統(tǒng)13將預(yù)設(shè)定信號處理單元130的波形信號輸入存儲在系統(tǒng)內(nèi)，位移傳 感器9實時高速采集結(jié)晶器1振動的位移信號，并與預(yù)設(shè)定信號處理單元130的波形信號 比對，經(jīng)運算模塊運算后再進入包括位置控制器131和電流控制器132的控制算法的控制 單元實時計算懸浮電磁鐵8的勵磁電流，通過功率放大器12調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵8的勵磁電流 以激發(fā)滿足結(jié)晶器1振動的電磁力，其中電流控制器132的輸入端還接受安裝在懸浮電磁 鐵8上的電流傳感器采集的電流信號進行反饋控制。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置的工作原理是參見圖1、圖4，連鑄結(jié)晶器1的振動平衡位置上下各設(shè)置若干對懸浮電磁鐵9，其 中位于結(jié)晶器1振動平衡位置上面的懸浮電磁鐵8對結(jié)晶器1起到上升的牽引力作用；而 位于結(jié)晶器1振動平衡位置下面的懸浮電磁鐵8對結(jié)晶器1起到向下的牽引力作用，從而 實現(xiàn)結(jié)晶器1在平衡位置的上下振動。所述懸浮電磁鐵8由功率放大器12供電，由計算機控制系統(tǒng)13控制懸浮電磁鐵8 對結(jié)晶器1振動產(chǎn)生大小隨時可調(diào)的電磁牽引力。當(dāng)結(jié)晶器1振動平衡位置向上振動時， 計算機控制系統(tǒng)13可以只控制振動平衡位置上面的懸浮電磁鐵8工作，優(yōu)選的是對上下懸 浮電磁鐵8同時由計算機控制系統(tǒng)13輸出控制構(gòu)成差動控制供電，即上下懸浮電磁鐵8同 時對結(jié)晶器1產(chǎn)生電磁牽引力。所述位移傳感器12實時采集位移信號，判斷結(jié)晶器1的振動位置，并與計算機控 制系統(tǒng)13預(yù)設(shè)定的位移波形進行比對，按照一定的控制算法計算該位移條件下結(jié)晶器1振 動所需的電磁牽引力，然后再根據(jù)電磁牽引力與懸浮電磁鐵8供電電流之間的關(guān)系，控制 結(jié)晶器1按照預(yù)設(shè)定波形振動。因此，采用本發(fā)明的連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置的結(jié)晶器的振動多波形可以 是正弦波、偏斜的正弦波、矩形波、三角波等任意波形，能根據(jù)連鑄工藝要求通過計算機預(yù) 設(shè)定振動位移波形。圖5為本發(fā)明另一實施例，該連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置僅彈性支撐組件與 實施例1不同，為一組空氣彈簧11，其它部件相同。結(jié)晶器1、活動框架4以及鑄坯3等由 空氣彈簧11支撐，并安裝在固定框架6上。所述的空氣彈簧11可以根據(jù)壓縮空氣節(jié)流閥 和控制閥控制，能精確適應(yīng)振動的需要。
權(quán)利要求
1.一種連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，其特征是包括活動框架G)、固定框架(6)、 彈性支撐組件、銜鐵機構(gòu)(5)、懸浮電磁鐵⑶、導(dǎo)向板彈簧(10)、功率放大器(12)和計算機 控制系統(tǒng)(13)，結(jié)晶器伸出端(2)安裝固定在活動框架(4)上，活動框架(4)經(jīng)彈性支撐組 件安裝在固定框架(6)上；活動框架(4)外周圍部上下兩側(cè)裝有若干個銜鐵機構(gòu)(5)，在固 定框架(6)上裝有若干組成對懸浮電磁鐵(8)，所述成對懸浮電磁鐵(8)為上下設(shè)置，并與 一個銜鐵機構(gòu)( 上下對應(yīng)；懸浮電磁鐵(8)通過電纜與功率放大器(1 連接，計算機控 制系統(tǒng)(1 連接功率放大器(1 對懸浮電磁鐵(8)成對差動控制；在活動框架(4)側(cè)面 與固定框架(6)之間裝有導(dǎo)向板彈簧(10)，使安裝固定在活動框架(4)上的結(jié)晶器(1)按 連鑄弧線仿弧振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，其特征是在所述活動框 架(4)側(cè)面與所述固定框架(6)之間還裝有位移傳感器(9)，位移傳感器(9)輸出連接計算 機控制系統(tǒng)(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，其特征是所述安裝 于固定框架(6)上的懸浮電磁鐵(8)和安裝于活動框架(4)上的銜鐵機構(gòu)(5)圍繞結(jié)晶器 (1)周圍均勻設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，其特征是所述彈性支撐 組件為一組支撐彈簧(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，其特征是所述彈性支撐 組件為一組空氣彈簧(U)或空氣緩沖氣囊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連鑄結(jié)晶器多波形電磁激振裝置，其結(jié)晶器伸出端(2)安裝固定在活動框架(4)上，活動框架經(jīng)彈性支撐組件安裝在固定框架(6)上；活動框架外周圍部上下兩側(cè)裝有若干個銜鐵機構(gòu)(5)，在固定框架上裝有若干組成對懸浮電磁鐵(8)，所述成對懸浮電磁鐵為上下設(shè)置，并與一個銜鐵機構(gòu)上下對應(yīng)；懸浮電磁鐵通過電纜與功率放大器(12)連接，計算機控制系統(tǒng)(13)連接功率放大器對懸浮電磁鐵成對差動控制；在活動框架側(cè)面與固定框架之間裝有導(dǎo)向板彈簧(10)，使安裝固定在活動框架上的結(jié)晶器(1)按連鑄弧線仿弧振動。本發(fā)明通過計算機控制系統(tǒng)控制成對差動的懸浮電磁鐵，實現(xiàn)結(jié)晶器任意波形的受迫振動，提高了連鑄結(jié)晶器振動精度。
文檔編號B22D11/053GK102139357SQ201010102639
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者侯曉光, 關(guān)運澤, 周月明 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司