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大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯 中文翻譯 摘 要 在連鑄鋼鑄造廠中，將模具中的鋼水平衡穩(wěn)定在最終產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率上是非常重要的。模具中的駐波會(huì)導(dǎo)致鋼水周期的波動(dòng)，從而使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率下降。然而，對(duì)于它們沒(méi)有任何有效的對(duì)策，因?yàn)樗鼈儾煌谄渌麛_動(dòng)，因?yàn)樗鼈儾皇卿撍髁康淖兓虼瞬粦?yīng)該通過(guò)操縱質(zhì)量流量來(lái)控制。本文提出了一種可以防止駐波有害影響的駐波模型和模具穩(wěn)定技術(shù)。該技術(shù)可以通過(guò)從原始模具級(jí)信號(hào)中去除駐波分量來(lái)防止模具級(jí)別控制與模具中的駐波之間的相互作用。在線實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出良好的性能，該技術(shù)已經(jīng)在JFE的連續(xù)鑄鋼工藝中得到實(shí)際應(yīng)用。 關(guān)鍵字：連鑄機(jī)，模具級(jí)穩(wěn)定，鋼鐵工業(yè)，煉鋼 1.介紹 近幾年來(lái)，世界鋼鐵消費(fèi)量大幅上漲，特別是在亞洲。為了滿足這一需求，已經(jīng)進(jìn)行了許多連續(xù)鑄造工藝的研究和開(kāi)發(fā)，以提高最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。 連續(xù)鑄造是將鋼水凝固成板坯或坯料進(jìn)行后續(xù)軋制的過(guò)程。在該過(guò)程中，將鋼水連續(xù)鑄造到水冷模具中，并且將凝固的鋼從模具的下側(cè)以長(zhǎng)股線取出。通過(guò)操縱進(jìn)入模具的流入來(lái)使模具中的鋼水位控制在其設(shè)定點(diǎn)周圍，以保持產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)模具水平大幅波動(dòng)時(shí)，模具鑄造粉末和漂浮在鋼水表面的其他雜質(zhì)被夾帶在凝固鋼中。這些現(xiàn)象對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量有不良影響。因此，如果模具水平波動(dòng)大于可接受極限，則操作者必須逐漸降低鑄造速度，從而降低生產(chǎn)率。為了防止這些不合適的情況，近年來(lái)已經(jīng)進(jìn)行了大量關(guān)于模具穩(wěn)定化的研究（Furtmueller等人，2006，Dussud等人，1998，Kitada等人，1998）。 一般來(lái)說(shuō)，模具級(jí)別控制中的干擾被分類為周期性和非周期性（Furtmueller等，2008）。周期性擾動(dòng)包括模具本身的凸起，駐波和振蕩。非周期性擾動(dòng)包括在噴嘴中的沉積物的收集和排放 （Rackers等人，1995）以及鑄造速度和中間包重量的變化。在這些干擾中，許多研究已經(jīng)被推出（Asano等，1998，Jabri等，2008，Kim等，2011）。另一方面，幾乎沒(méi)有關(guān)于駐波的研究。 本文介紹了一種防止駐波不利影響的技術(shù)。如上所述，駐波是周期性擾動(dòng)，但是與凸起相反，它們不應(yīng)該通過(guò)操縱流入模具來(lái)控制，因?yàn)樗鼈儾皇琴|(zhì)量流動(dòng)干擾。所提出的技術(shù)可以通過(guò)從模具級(jí)信號(hào)中去除駐波分量來(lái)防止模具級(jí)別控制與駐波之間的相互作用。 2.連續(xù)鑄造工藝 首先，要討論模具水平穩(wěn)定方法，應(yīng)該說(shuō)明連續(xù)鑄造工藝。 圖1示出了模具級(jí)控制的技術(shù)圖。 大型船舶中的鋼鐵“鋼包”使用起重機(jī)運(yùn)輸?shù)竭B鑄廠。 將鋼水從鋼包倒入中間包中，中間包是液態(tài)鋼的儲(chǔ)存器。 鋼水通過(guò)滑動(dòng)閘門(mén)和管道（通常為浸入式噴嘴SEN）從中間包流入模具。 模具的壁由水冷卻。 液態(tài)鋼的凝固從模具內(nèi)部開(kāi)始形成一個(gè)薄的外殼，它從模具中提取出來(lái)，通過(guò)放置在二級(jí)冷卻區(qū)域的夾送輥形成一條股線。 在第二冷卻區(qū)中，用輥支撐，通過(guò)水噴霧冷卻線以獲得完全凝固。最后，通過(guò)切割機(jī)將線材切成規(guī)定長(zhǎng)度的板坯。 圖1還顯示了模具級(jí)別控制方案。 從中間包流入模具的鋼水由滑動(dòng)閘門(mén)控制，鋼水位由液位傳感器測(cè)量。 基于對(duì)規(guī)定的電平設(shè)定值與測(cè)量電平之間的差的控制計(jì)算，滑動(dòng)門(mén)位置由伺服驅(qū)動(dòng)器操縱。 3.標(biāo)準(zhǔn)波對(duì)模具級(jí)控制的影響 3.1立式波動(dòng)： 如圖所示。 2，駐波是具有始終位于相同位置的節(jié)點(diǎn)和波腹的波。 因此，平均鋼水表面是恒定的。 這些現(xiàn)象的原因之一被認(rèn)為是來(lái)自具有分叉出口的SEN的不對(duì)稱的鋼水流。 駐波的頻率由以下理論方程式計(jì)算 其中f是駐波的頻率，m是模式，g是重力加速度，l是模具的寬度。圖3示出了實(shí)際連續(xù)鑄造設(shè)備中的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的典型實(shí)例。在這種情況下，隨著鑄造速度的增加，模具水平變化較大，最終超過(guò)質(zhì)量波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。一旦發(fā)生這種情況，操作員會(huì)降低鑄造速度。在這種情況下，模具1的寬度為2100mm，因此，駐波的頻率為（0.6）（m = 1），0.85Hz（m = 2），0.9Hz（m = 3） 1）。 圖4（a）和（b）分別示出了模具級(jí)別和滑動(dòng)門(mén)位置的功率譜。在這兩個(gè)圖中，在0.6Hz可觀察到明顯的峰。一階駐波（0.6Hz）的頻率與峰值一致。因此，這些波動(dòng)可以被判斷為駐波。該結(jié)果還表明，通過(guò)滑動(dòng)噴嘴操縱增強(qiáng)駐波。 3.2駐波模式 為了驗(yàn)證駐波對(duì)模具級(jí)控制的影響，引入了駐波模型。在這項(xiàng)研究中，我們假設(shè)有一種模式的駐波可以通過(guò)擺錘模型近似（Yano等，2001，Noda et al。，2004），如圖1所示。在圖5中。 5，L是模具的寬度，h是靜態(tài)鋼水的水平，sh是靜態(tài)鋼水的波動(dòng)。 M表示鋼水的質(zhì)量，c表示鋼水的粘度，l表示擺錘的長(zhǎng)度，x &&是導(dǎo)致一種模式駐波的加速度。 在圖5，以下關(guān)于θ的微分方程成立 在這種駐波模型（5）和（6）中，阻尼系數(shù)ζ取決于鋼水的粘度和壁與鋼水之間的摩擦力。然而，這個(gè)值難以測(cè)量，因此ζ是基于模具級(jí)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整的。角度頻率nsω由（1）和（7）計(jì)算，以及模具的寬度。 3.3駐波觀察員 圖6示出了所提出的駐波觀測(cè)器的框圖。該觀察者可以使用基于觀察者的濾波技術(shù)從原始模具級(jí)信號(hào)中去除駐波分量。該系統(tǒng)由駐波模型和PD控制器組成。模具級(jí)傳感器的信號(hào)與駐波模型的輸出之間的差異被饋送到PD控制器。觀察者被設(shè)計(jì)成使得它只能被對(duì)應(yīng)于駐波的信號(hào)激發(fā)，駐波的頻率被并入駐波模型中。該系統(tǒng)還能夠輸出估計(jì)的駐波。 圖7和8示出了駐波觀測(cè)器對(duì)真實(shí)工廠中的模具級(jí)信號(hào)的濾波效果。在這種情況下，由于一階駐波的頻率為0.6Hz，所以將阻尼因子ζ調(diào)整為0.4，將nf設(shè)定為0.6。很明顯，這種方法可以從原始模具級(jí)別信號(hào)中去除具有特定頻率的波形。 3.4仿真結(jié)果 通過(guò)使用結(jié)合在駐波模型和駐波觀測(cè)器中的模具級(jí)控制模擬器來(lái)檢查駐波的影響。 仿真器的框圖如圖9所示。 模具本身是一個(gè)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)存器，可以被建模為一個(gè)積分器如下 滑動(dòng)噴嘴可以被建模為增益，一階滯后和延遲。 延遲結(jié)合了噴嘴中液態(tài)鋼的下落時(shí)間和伺服系統(tǒng)的其他延遲。 G是確定噴嘴特性的流量系數(shù)。 液位傳感器可以建模為簡(jiǎn)單增益和一階滯后，如下所示： 應(yīng)用以下PI控制器： 將具有與駐波相同頻率的周期性信號(hào)作為干擾加入。 具有一階駐波頻率的駐波模型與模具模型平行放置。 與前述相同的模型應(yīng)用于駐波模型和駐波。 在駐波模型和駐波觀測(cè)器中的阻尼因子ζ設(shè)定為0.4。 nf根據(jù)干擾頻率設(shè)定為0.6（Hz）。 該模擬器具有可以選擇駐波觀察者的功能的“開(kāi)/關(guān)”的開(kāi)關(guān)。 圖10示出了沒(méi)有駐波觀測(cè)器的模擬結(jié)果。在這種情況下，隨著鑄造速度的增加，由于過(guò)度的滑動(dòng)噴嘴操作，模具水平的變動(dòng)變大，最終模具水平變得不穩(wěn)定。 圖11示出了駐波觀測(cè)器的模擬結(jié)果。即使當(dāng)鑄造速度增加時(shí)，通過(guò)滑動(dòng)噴嘴操作也不會(huì)增強(qiáng)駐波，并且模具水平保持恒定。結(jié)果表明，該技術(shù)可以消除模具水平信號(hào)中的駐波分量，并可以避免鋼水位波動(dòng)與滑動(dòng)噴嘴操作之間的相互作用。 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4.1實(shí)際控制方案 所提出的控制方案已被納入實(shí)際的連續(xù)鑄造。圖12顯示了實(shí)際工廠的控制方案。如圖所示。如圖13所示，通過(guò)模具級(jí)信號(hào)的功率譜分析來(lái)確認(rèn)第一，第二和第三階駐波。因此，控制器中安裝有三個(gè)駐波觀測(cè)器。圖14示出了這種情況下的駐波觀察者的框圖。觀察者串聯(lián)連接，該結(jié)構(gòu)可以從原始模具級(jí)信號(hào)中去除第一，第二和第三階駐波分量。 模具的寬度根據(jù)鑄坯的寬度而變化。駐波觀測(cè)器中的角頻率nω根據(jù)寬度設(shè)定。在所有觀察者中，阻尼因子ζ被調(diào)整為0.4。根據(jù)提出的功能的開(kāi)/關(guān)，PI控制器增益自動(dòng)切換，因?yàn)橥ㄟ^(guò)應(yīng)用所提出的方法可以獲得更強(qiáng)的增益 4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 所提出的控制方案已經(jīng)應(yīng)用于商業(yè)連續(xù)鑄造操作以與常規(guī)控制方案進(jìn)行比較。 這些試驗(yàn)是在相同的鋼種和相同的操作條件下進(jìn)行的，除了PI增益的值。 圖15和圖16示出了不應(yīng)用駐波觀察者的常規(guī)方法的測(cè)試結(jié)果的示例。 模具水平的幅度非常接近可接受的極限。圖16示出了發(fā)生第一，第二和第三階駐波，并且滑動(dòng)噴嘴響應(yīng)于測(cè)量的駐波而進(jìn)行不必要的操縱。圖17和18示出了駐波觀測(cè)器的測(cè)試結(jié)果的示例。 可以通過(guò)從模具級(jí)信號(hào)中除去駐波分量來(lái)防止過(guò)度的滑動(dòng)噴嘴動(dòng)作，這允許使用比常規(guī)方法更高的PI增益。 結(jié)果，模具水平的幅度要小得多 作者： Ahmed Al-Khazraji a, Samir Ali Amin a, Saad Mahmood Ali 出處： Engineering Science and Technology, an International Journa（2016） 12