连铸结晶器自适应PID同步控制策略研究

在工业生产中,由于长期的使用,出现结晶器两侧的系统参数不一致以及其它不确定的因素,导致结晶器两个子系统之间出现同步输出误差,影响铸坯质量。为减少结晶器两个子系统同步输出误差,提高铸坯质量的同时降低人力成本。本文针对PID控制的液压伺服驱动的连铸结晶器提出了连铸结晶器自适应PID同步控制策略。对液压伺服系统驱动的连铸结晶器数学模型进行推导,通过仿真系统对连铸结晶器进行模型搭建,来模拟出实际工业生产中的结晶器,并采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)调用构建的模型并对其进行PID参数寻优。通过仿真验证由智能算法优化得到的PID参数具有较小的同步误差,达到了自适应同步控制的效果,满足工业生产的指标。

水平连铸结晶器内真实换热边界计算及传递模型

连铸结晶器内冷却水的流动、传热和金属液的传热、凝固全耦合计算时,模型计算效率低、收敛性差,而不考虑真实冷却水流场只进行金属液传热-凝固耦合时,模型计算精度较低,可将冷却水流动-传热和金属液传热-凝固过程分别建模,并基于二次开发的温度场量原位传递程序,将模型串联耦合。结果表明,通过耦合流场计算得到的真实冷却边界替代传统均匀界面换热系数的边界条件施加方式,在保证模型计算效率和计算精度的前提下,可准确模拟铸坯晶粒的尺寸、取向和数量,经试验验证,模拟结果与试验结果高度吻合。

板坯连铸结晶器流场数值模拟

结晶器在钢铁的生产流程中承担着钢液凝固的重要任务,对连铸坯质量有重大影响,合理的结晶器流场对于减少连铸坯质量缺陷有积极的作用,其中连铸坯拉速、浸入式水口倾角、水口浸入深度及氩气流量是影响结晶器流场和钢渣界面稳定性的重要因素。通过数值模拟的方式,分析上述工艺参数对某厂生产1650 mm×200 mm板坯连铸结晶器流场和钢渣界面的影响,当拉速为1.2 m/min、水口浸入深度145 mm、水口倾角为15°、吹氩量4 L/min时可获得较为理想的流场形态,为制定合理的生产工艺提供理论性的参考。

连铸结晶器速度调节对板坯结晶结构的影响

随着现代工业对高性能金属材料需求的不断增长,板坯的结晶结构优化成为提高材料性能的重要课题。在此背景下,连铸结晶器的速度调节作为一种关键工艺参数,对板坯的微观结构形貌产生深远影响。文章旨在深入探讨速度调节在连铸结晶过程中的原理和方法,并系统研究其对板坯结晶结构的影响机制,为优化材料性能提供理论基础。通过对速度调节的细致分析,力求揭示其在晶粒形状、晶界分布等方面的微观调控效果,以期为工业应用中的结晶结构精细调控提供可行的优化策略。

连铸结晶器加保护渣冶金机器人的自动化控制技术研究

连铸结晶器是钢铁生产中的关键设备,人工加渣存在误差、不稳定性、液面缺渣等问题,同时面临劳动力挑战。文章提出了机器人自动加保护渣系统,通过对传感系统、路径规划与控制、操作执行与机器人动作的设计,实现了自动加渣。在自动化控制系统中应用了实时数据处理、机器学习与人工智能,以及远程监控与调整等技术,优化了加渣算法,提高了生产效率,改善了保护渣使用效果,减轻了人工劳动强度。

双伺服电机驱动连铸结晶器的非正弦振动控制精度探究

为了提高双伺服电机驱动连铸结晶器在非正弦振动条件下的控制精度,文章基于PLCSIM软件进行了动态仿真研究。首先阐述了非正弦振动技术的概念及其应用中的难点,然后制定了相关控制策略,并分析了振动装置及其驱动方式,重点探讨了反馈设备与同步反向驱动力学,提出了伺服电机转速控制方案。在软件开发与动态仿真部分,开发了PLC控制程序,设计了HMI人机交互界面。利用PLCSIM软件进行了动态仿真,验证了控制程序的有效性;通过搭建试验测试平台,进行了振动试验与误差分析。结果表明,所设计的控制策略能够有效降低振动误差及其波动,提高系统的控制精度。

基于BP神经网络的连铸结晶器液位模糊PID优化控制研究

针对塞棒和拉坯速度等因素对连铸结晶器液位在线控制的影响,提出了一种融合BP神经网络和模糊PID的优化算法。根据连铸结晶器液位控制模型,利用BP神经网络将金属液流入量影响因素量化为塞棒位置,再利用模糊PID关联结晶器内液位与塞棒位置修正量、拉坯速度,在线整定PID参数以实现结晶器内液位的优化控制。仿真结果表明,BP神经网络和模糊PID能避免连铸结晶器液位控制产生的超调,在较短时间内使液位趋于稳态,减小液位的控制偏差,降低塞棒和拉坯速度等不确定扰动对铸坯质量的影响。

连铸结晶器表面防护涂层失效行为的研究进展

连铸结晶器承担着高温钢液高速振动拉坯过程中的冷却、导热、抗磨损、铸坯表面高精度成型等重要任务,是连铸生产线最关键的核心器件。本文结合结晶器表面防护涂层在国内钢厂的工程应用实践,综述了结晶器铜板表面电镀合金层和热喷涂涂层的优缺点、发展趋势以及实际工况服役后结晶器表面不同部位的主要失效形式和形成机制,为优化设计不同区域涂层成分与相应性能提供依据。同时详细介绍了项目组开展的热喷涂/真空扩散复合技术在国内主要钢厂的服役效果和应用优势。最后指出热喷涂技术将逐步取代电镀技术,成为结晶器表面防护的核心技术,并且高熵及中熵合金涂层具有巨大的应用潜力。

连铸结晶器镍−钴−氧化铈复合镀液优化及镀层性能

为改善连铸结晶器铜板表面镀层的性能,提高其使用寿命,向Ni-Co合金电镀液中添加平均粒径为20μm的CeO_(2)颗粒进行Ni-Co-CeO_(2)复合电镀。以镀层的显微硬度为指标,通过正交试验得到的较优配方为:NiSO_(4)·6H_(2)O 90 g/L,CoSO_(4)·7H_(2)O 18 g/L,C6H8O7·H_(2)O 110 g/L,CeO_(2)3 g/L。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对比了Ni-Co合金镀层和Ni-Co-CeO_(2)复合镀层的表面和截面形貌、成分及相结构,并通过电化学分析和摩擦磨损试验对比了它们的耐蚀性和耐磨性。结果表明,Ni-Co-CeO_(2)复合镀层的显微硬度为663 HV,微观表面呈粗糙的胞状结构,整体致密、无微裂纹,耐蚀性和耐磨性远优于Ni-Co合金镀层。

高钛钢连铸结晶器内“结鱼”的形成

针对高钛钢连铸结晶器内“结鱼”问题,采用SEM-EDS分析方法,观察了结鱼物和铸坯缺陷的形貌,测定了结鱼物和铸坯缺陷化学组成,分析了高钛钢内TiN夹杂物形成的热力学条件,探讨了结鱼物形成的机制。结果表明:高钛钢连铸坯缺陷样主要由钢基体、孔洞、保护渣、钙钛矿和TiN等物质组成,其与结鱼物的组成较为接近,缺陷样内存在着7~8μm的TiN聚集现象;当钢中全氮质量分数低于46×10^(-6)时,高钛钢钢液的TiN夹杂物生成与非稳态生产有关;高钛钢结晶器内的结鱼物和连铸坯夹渣缺陷的产生与钢液中TiN的生成及其在钢渣界面处聚集有关。

连铸结晶器结构优化与坯料表面质量改进

针对结晶器的传热效率低、流体动态特性不稳定和结构磨损严重等问题,文章提出了相应的优化方法,包括冷却系统的优化、改进结构材料等,以提高传热效率。另外,使用流体动力学模拟和优化设计来稳定流体动态特性,采用表面涂层处理和提升结构材料耐磨性来减缓结构磨损。此外,还探讨了改善坯料表面质量的方法,包括表面缺陷处理、结晶组织均匀化技术以及表面粗糙度控制等。通过这些改进,以期能够提高连铸工艺的效率和产品质量,满足市场需求。

高拉速吹氩板坯连铸结晶器内的卷渣机理研究

基于相似理论,利用物理模型研究了高拉速吹氩条件下结晶器内的卷渣行为,考察了工艺操作参数对结晶器内液面波动和卷渣行为的影响．研究结果表明：在结晶器水口吹气条件下,大气泡对渣层的卷混是引起卷渣的主要方式,其次是漩涡卷渣,通常认为的剪切卷渣则不易发生．此外,本研究还对各种卷渣行为进行了分析,揭示其内在机理,提出了避免卷渣的措施．

薄板坯连铸结晶器内流场的三维数值模拟

针对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征，利用商业软件CFX4．2，建立了一个三维有限差分模型，计算这一限定空间射流的紊流时均场，并采用均相流模型，模拟了结晶器内钢液液面形状及速度场．通过计算，分析了浸入式水口形状、拉速等工艺参数对薄板坯连铸结晶器流场的影响，同时，研究了结晶器出口处速度分布对结晶器内钢液流动的影响．

连铸结晶器表面镀层技术研究进展

高速连铸要求结晶器有高强度、良好的导热性、高的耐磨性和耐腐蚀性,表面处理可以达到改善其表面性能的目的。综述了不同表面改性技术在结晶器上应用,通过对不同的表面改性层性能的研究,发现表面处理是提高其耐磨性和高温耐腐蚀性的有效手段,可以达到提高连铸坯质量、延长结晶器寿命和降低生产成本的目的。

高拉速连铸结晶器非正弦振动因子研究

通过分析连铸结晶器振动过程参数和结晶器内摩擦力,确定了一种新的非正弦振动形式下1．8和2．0m/min拉速时的非正弦振动因子,并阐明了非正弦振动因子随拉速提高的变化觇律．结果表明：1．8和2．0m/min拉速时非正弦振动因子适宜值为0．2,与实际应用值一致；振动频率和振幅不变,拉速由2．0 m/min升至2．2m/min,非正弦振动因子应增至0．25,以改善振动效果．

圆坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数优化试验研究

结合某一圆坯连铸结晶器,开展了优化电磁搅拌工艺参数的试验研究,对电磁搅拌电流和频率这两个主要的工艺参数进行了优化.通过研究发现:工作电流和工作频率下连铸坯存在不同的质量问题,2.0级的皮下气泡、1.0级的缩孔及1.5级的中心疏松缺陷的分布比例均为14.28%;搅拌电流由280 A增大到300 A后,铸坯中心区等轴晶率提高约16%,且300 A时等轴晶率趋于饱和;搅拌电流由300 A增大到320 A时,铸坯质量变差.通过试验研究后,给出了优化的电磁搅拌工艺参数.

伺服电机驱动连铸结晶器振动系统建模与分析

伺服电机驱动连铸结晶器按期望规律振动是一种新型的驱动方式。伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统,可避免现有其它方式驱动连铸结晶器振动的不足,具有节能降耗、使用寿命长等优点。为了提高连铸结晶器振动速度或位移的控制精度,保证结晶器振动的平稳性和铸坯质量,建立系统较精确的数学模型是关键。因此,本文首先通过实验研究辨识得到伺服电机转速闭环模型,并推导了机械传动部分的机理模型,从而建立了伺服电机驱动的连铸结晶器振动台系统的数学模型,并给出了一种状态空间表达式;其次,对所建立的模型进行验证,通过相同输入作用下所建模型的仿真输出与实际系统的实测输出的比对,结果表明该模型能较好地反映系统的性能,从而验证了本文所建立模型的有效性;最后对建模误差进行了定量分析,结果表明:模型拟合精度可达94%以上,进一步确认了模型的准确性。所建系统的模型及其误差分析为下一步连铸结晶器位移系统跟踪控制器的设计奠定了良好基础。

伺服电机驱动连铸结晶器振动位移系统滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在减速器齿轮间隙和偏心轴机械零位偏移等问题,提出了一种基于干扰观测器的反步滑模控制方法。首先,针对减速器齿轮间隙和偏心轴机械零位偏移等扰动不确定项以及负载扰动,采用干扰观测器对其构成的复合干扰进行逼近估计,使观测误差在有限时间收敛,并将观测值动态补偿到控制器中,提高了系统的控制精确度;其次,基于反步法完成位移系统动态滑模控制器的设计,提高了系统状态的收敛速度,增强了系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的干扰观测器能够准确、快速的估计出系统存在的干扰及负载转矩,且位移控制系统能够实现位移的渐近跟踪控制。

表面改性技术在连铸结晶器上的应用进展

表面处理是提高结晶器耐磨性和高温耐腐蚀性的有效手段,通过对镀层的改进可以达到提高连铸坯质量、延长结晶器寿命、提高铸坯的表面质量和降低生产成本的目的。综述了国内外最新的涂、镀层在结晶器上的应用情况及其特点。主要有热喷涂N i-Cr镀层、超厚N i-Fe镀层、N i-Co合金、N i-Fe-W-Co镀层、N i-P复合镀层、陶瓷涂层、H iper coat和H iper H3镀层、纳米复合镀层等。同时指出采用稀土和纳米复合镀层等一些新型复合镀层是今后结晶器镀层的发展方向。

连铸结晶器内拉坯阻力在线监测方法的研究

提出通过振动电机功率监测结晶器内拉坯阻力的方法─—功率法，对其原理和误差进行了分析。利用模拟装置对拉坯阻力与其消耗功率间的关系和电压的影响进行了实验研究，并对弧型小方坯连铸机进行现场监测。拉坯阻力与其消耗功率间存在线性关系，功率法对连铸工艺与设备各参数的影响反应敏感。该方法简单，测试装置远离生产现场，精度可以满足生产在线监测要求。