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连铸机结晶器流场和温度场耦合分析及激振系统控制技术研究

戴智华  
【摘要】: 结晶器及其激振系统是连铸机中的重要组成部分。在整个结晶器内部,钢水进行着强烈的流动,其流动方式又影响着其内部的传热过程,进而影响到钢水凝固和振动负载。因而想全面地研究结晶器及其振动控制,就必须全面地对其内部钢液的速度场和温度场进行耦合分析。本论文对结晶器内的三维流场和温度场进行了联立求解,并使用仿真软件对其进行了耦合研究,研究的结论可得出优化流场和温度场的工艺参数取值,进而用于确定结晶器振动的工艺参数值。 目前连铸生产广泛使用的直流电机、交流变频电机通过偏心凸轮驱动双摇杆机构实现结晶器振动,其振动方式几乎都是正弦的,振动参数调节起来非常不方便。另外,正弦振动通过调节频率来控制负滑脱时间的方式是无法同时改善结晶器的润滑状况和改善铸坯表面质量,而电液伺服系统驱动的非正弦振动则使振幅、频率以及偏斜率可以方便地实现在线自动控制,可以克服正弦振动的缺点。本论文对连铸机结晶器非正弦振动波形及激振液压系统进行了研究和实验,并探讨了如何使结晶器高频振动时运动平稳、高频和低频振动时不失真等问题。 本论文针对传统的振幅-振频-拉速同步控制模型的负滑脱时间随着拉速的增大而取值范围不断变大的缺点研究了非正弦反向振动同步控制模型,该模型弥补了传统控制模型的缺点。通过反向调节振幅-振频随拉速的变化趋势,从而改善保护渣的润滑效果,提高铸坯的表面质量。 此外,论文还讨论了结晶器振动的控制策略。自行开发和实验了数字PID程序,并讨论了算法的改进。考虑到PD控制器的K_p、K_I、K_D参数不能随给定波形及被控对象的参数变化自适应调整,本论文还讨论了神经元自适应PID控制算法,此算法的优势所在为可实现离线训练权值、在线监测与控制、完全自适应给定量和环境变化所带来的扰动。 为了解决目前武钢二炼钢新3~#连铸机在使用过程中存在的缺陷,论文最后研究了结晶器振动系统的在线监测,侧重在计算机硬件方面简要地提出了构思方案。


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