连铸机非正弦振动台改造与应用

薛 鹏，张 亮，王金龙

(莱芜钢铁股份有限公司，山东 莱芜 271104)

莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂5号连铸机于2005年7月投产，年产能100万t，罗可普六机六流方坯连铸机，结构简单，主要用于生产普碳钢。投产后，为实现产品结构调整，5号连铸机需要进行优质钢种生产。但由于该连铸机设计配置较低，振动台振动方式和幅度等问题制约了铸坯质量的进一步提升，严重影响产品质量。为此对振动台进行改造。

一、存在问题及原因分析

1.振动方式单一

5号连铸机原振动台采用短臂四连杆仿弧机构，为偏心套振动系统，振动装置主要由振动框架、固定架上下连杆、销轴部件、组合偏心装置、传动装置等组成。由于自身设计原因，单一的正弦振动方式很难满足多规格生产要求，且断面变化大，不选用合适的振动方式及幅度将会对铸坯质量造成严重影响。

2.振幅调整精度差

该连铸机组合偏心装置主要由两组不同偏心距的轴及轴套组成。通过调节偏心距得到不同的组合，实现对振幅的调整。调节偏心距改变的振动幅度无法精确测量，误差较大，加之振动连杆装置自身的磨损，进一步影响了振幅调整的精度。

3.不具备在线可调

对振幅的调节需要在连铸机振动台停振时，人工调节机械设备。因此无法做到生产过程中根据需要及时准确地在线调整，既增加了维修人员工作量，又制约了产能提升。

4.能耗以及噪声大

振动台驱动装置为六台15kW交流变频电机，年耗电达70万kW·h，约35万元。此外，连杆机械撞击声较大。

二、改造内容

1.振动台改造原理

采用电动缸非正弦振动系统取代偏心套振动系统。机械方面保留振动台主体部分，延长振动台横臂（电动缸连接臂）以连接动力驱动源——电动缸，将电动缸安装在改造后的安装支座上，电动缸直接驱动振动台实时做正弦或非正弦轨迹往复振动，同时在电动缸连接臂与安装支座间增设缓冲拉簧组件，以保证支撑平衡，减轻负荷，减少驱动力和起过载保护作用。振动台机械安装原理如图1所示。

2.非正弦振动技术

非正弦振动系统利用了大功率数字伺服电动缸与计算机控制技术。系统主要由工业计算机、PLC、多轴运动控制器、电机驱动器、数字电动缸、系统软件和变压器等构成。

工业计算机产生非正弦波形，操作人员利用计算机软件的RAM优化函数对各个变量取值，波形数字化后输入多轴运动控制器，多轴运动控制器结合计算机的输入波形与电动缸的输出振动波，纠正偏差处理同步输给电机驱动器；电机驱动器将非正弦波信号同步转化为大功率数字脉冲电流，驱动数字电动缸，最终可使结晶器在振动台上做上下振动，得到满足工艺需求的振动轨迹；中央控制单元PLC根据现场采集的拉速、开关等信号，给出振动信号和指令相关设备动作，同时将信息传输给工业计算机再优化产生波形输入多轴运动控制器，构成闭环控制。

图1

3.主要技术指标（见表1）

三、实施效果

（1）通过对RAM优化函数，可使振动波形保持精确的频率、振幅、负滑脱时间、正滑脱时间及波形偏斜率等，确保结晶器得到最合理的振动轨迹。

（2）采用非正弦振动方式，在结晶器正滑动期间，初始凝固坯壳受到的摩擦阻力明显减小，振痕深度大大减轻，表面质量明显提高。

（3）改造完成后，使产能由原先的100万t增加到110万t以上，保证了Q345B、45、40Cr、20CrMnTiH等优质钢种的顺利生产，产品质量稳步提升，合格率达99.5%。

（4）采用小型伺服电动机带动振动台，降低了电耗，极大地节约了电能。

四、结论

非正弦振动技术实现了5号连铸机振幅在线调节，大幅降低了振动频率，大大减轻了铸坯表面振痕、提高了振动台的使用寿命和稳定性，运行稳定可靠，满足了优质钢种生产需要。

表1

[1]杨文改.结晶器初生坯壳形成机理及非正弦振动技术的研究（博士学位论文）[D].北京：钢铁研究总院，1997.

[2]盛义平，任廷志，张兴中.结晶器非正弦振动 [J].钢铁，1996，31 （7）：27-31.