SiC粉末混合放电加工对AISI D2模具钢的白色层厚度,热通量和疲劳寿命的影响-中文翻译

中文翻译
摘要
在连铸钢铸造厂中，将模具中的钢水平衡稳定在最终产品质量和生产率上是非常重要的。

模具中的驻波会导致钢水周期的波动，从而使产品质量和生产率下降。

然而，对于它们没有任何有效的对策，因为它们不同于其他扰动，因为它们不是钢水流量的变化，因此不应该通过操纵质量流量来控制。

本文提出了一种可以防止驻波有害影响的驻波模型和模具稳定技术。

该技术可以通过从原始模具级信号中去除驻波分量来防止模具级别控制与模具中的驻波之间的相互作用。

在线实验结果表现出良好的性能，该技术已经在JFE的连续铸钢工艺中得到实际应用。

关键字：连铸机，模具级稳定，钢铁工业，炼钢
1.介绍
近几年来，世界钢铁消费量大幅上涨，特别是在亚洲。

为了满足这一需求，已经进行了许多连续铸造工艺的研究和开发，以提高最终产品的产量和质量。

连续铸造是将钢水凝固成板坯或坯料进行后续轧制的过程。

在该过程中，将钢水连续铸造到水冷模具中，并且将凝固的钢从模具的下侧以长股线取出。

通过操纵进入模具的流入来使模具中的钢水位控制在其设定点周围，以保持产品的质量。

当模具水平大幅波动时，模具铸造粉末和漂浮在钢水表面的其他杂质被夹带在凝固钢中。

这些现象对最终产品的质量有不良影响。

因此，如果模具水平波动大于可接受极限，则操作者必须逐渐降低铸造速度，从而降低生产率。

为了防止这些不合适的情况，近年来已经进行了大量关于模具稳定化的研究（Furtmueller等人，2006，Dussud等人，1998，Kitada等人，1998）。

一般来说，模具级别控制中的干扰被分类为周期性和非周期性（Furtmueller等，2008）。

周期性扰动包括模具本身的凸起，驻波和振荡。

非周期性扰动包括在喷嘴中的沉积物的收集和排放
（Rackers等人，1995）以及铸造速度和中间包重量的变化。

在这些干扰中，许多研究已经被推出（Asano等，1998，Jabri等，2008，Kim等，2011）。

另一方面，几乎没有关于驻波的研究。

本文介绍了一种防止驻波不利影响的技术。

如上所述，驻波是周期性扰动，但是与凸起相反，它们不应该通过操纵流入模具来控制，因为它们不是质量流动干扰。

所提出的技术可以通过从模具级信号中去除驻波分量来防止模具级别控制与驻波之间的相互作用。

2.连续铸造工艺
首先，要讨论模具水平稳定方法，应该说明连续铸造工艺。

图1示出了模具级控制的技术图。

大型船舶中的钢铁“钢包”使用起重机运输到连铸厂。

将钢水从钢包倒入中间包中，中间包是液态钢的储存器。

钢水通过滑动闸门和管道（通常为浸入式喷嘴SEN）从中间包流入模具。

模具的壁由水冷却。

液态钢的凝固从模具内部开始形成一个薄的外壳，它从模具中提取出来，通过放置在二级冷却区域的夹送辊形成一条股线。

在第二冷却区中，用辊支撑，通过水喷雾冷却线以获得完全凝固。

最后，通过切割机将线材切成规定长度的板坯。

图1还显示了模具级别控制方案。

从中间包流入模具的钢水由滑动闸门控制，钢水位由液位传感器测量。

基于对规定的电平设定值与测量电平之间的差的控制计算，滑动门位置由伺服驱动器操纵。

3.标准波对模具级控制的影响
3.1立式波动：
如图所示。

2，驻波是具有始终位于相同位置的节点和波腹的波。

因此，平均钢水表面是恒定的。

这些现象的原因之一被认为是来自具有分叉出口的
SEN的不对称的钢水流。

驻波的频率由以下理论方程式计算
其中f是驻波的频率，m是模式，g是重力加速度，l是模具的宽度。

图3示出了实际连续铸造设备中的时间序列数据的典型实例。

在这种情况下，随着铸造速度的增加，模具水平变化较大，最终超过质量波动的标准。

一旦发生这种情况，操作员会降低铸造速度。

在这种情况下，模具1的宽度为2100mm，因此，驻波的频率为（0.6）（m = 1），0.85Hz（m = 2），0.9Hz（m = 3） 1）。

图4（a）和（b）分别示出了模具级别和滑动门位置的功率谱。

在这两个图中，在0.6Hz可观察到明显的峰。

一阶驻波（0.6Hz）的频率与峰值一致。

因此，这些波动可以被判断为驻波。

该结果还表明，通过滑动喷嘴操纵增强驻
波。

3.2驻波模式
为了验证驻波对模具级控制的影响，引入了驻波模型。

在这项研究中，我们假设有一种模式的驻波可以通过摆锤模型近似（Yano等，2001，Noda et al。

，2004），如图1所示。

在图5中。

5，L是模具的宽度，h是静态钢水的水平，sh是静态钢水的波动。

M表示钢水的质量，c表示钢水的粘度，l表示摆锤的长度，x &&是导致一种模式驻波的加速度。

在图5，以下关于θ的微分方程成立
在这种驻波模型（5）和（6）中，阻尼系数ζ取决于钢水的粘度和壁与钢水之间的摩擦力。

然而，这个值难以测量，因此ζ是基于模具级仿真结果进行调整的。

角度频率nsω由（1）和（7）计算，以及模具的宽度。

3.3驻波观察员
图6示出了所提出的驻波观测器的框图。

该观察者可以使用基于观察者的滤波技术从原始模具级信号中去除驻波分量。

该系统由驻波模型和PD控制器组成。

模具级传感器的信号与驻波模型的输出之间的差异被馈送到PD控制器。

观察者被设计成使得它只能被对应于驻波的信号激发，驻波的频率被并入驻波模型中。

该系统还能够输出估计的驻波。

图7和8示出了驻波观测器对真实工厂中的模具级信号的滤波效果。

在这种情况下，由于一阶驻波的频率为0.6Hz，所以将阻尼因子ζ调整为0.4，将nf设定为0.6。

很明显，这种方法可以从原始模具级别信号中去除具有特定频率的波形。

3.4仿真结果
通过使用结合在驻波模型和驻波观测器中的模具级控制模拟器来检查驻波的影响。

仿真器的框图如图9所示。

模具本身是一个简单的储存器，可以被建模为一个积分器如下
滑动喷嘴可以被建模为增益，一阶滞后和延迟。

延迟结合了喷嘴中液态钢的下落时间和伺服系统的其他延迟。

G是确定喷嘴特性的流量系数。

液位传感器可以建模为简单增益和一阶滞后，如下所示：
应用以下PI控制器：
将具有与驻波相同频率的周期性信号作为干扰加入。

具有一阶驻波频率的驻波模型与模具模型平行放置。

与前述相同的模型应用于驻波模型和驻波。

在驻波模型和驻波观测器中的阻尼因子ζ设定为0.4。

nf根据干扰频率设定为0.6（Hz）。

该模拟器具有可以选择驻波观察者的功能的“开/关”的开关。

图10示出了没有驻波观测器的模拟结果。

在这种情况下，随着铸造速度的增加，由于过度的滑动喷嘴操作，模具水平的变动变大，最终模具水平变得不稳定。

图11示出了驻波观测器的模拟结果。

即使当铸造速度增加时，通过滑动喷嘴操作也不会增强驻波，并且模具水平保持恒定。

结果表明，该技术可以消除模具水平信号中的驻波分量，并可以避免钢水位波动与滑动喷嘴操作之间的相互作用。

4.实验结果
4.1实际控制方案
所提出的控制方案已被纳入实际的连续铸造。

图12显示了实际工厂的控制方案。

如图所示。

如图13所示，通过模具级信号的功率谱分析来确认第一，第二和第三阶驻波。

因此，控制器中安装有三个驻波观测器。

图14示出了这种情况下的驻波观察者的框图。

观察者串联连接，该结构可以从原始模具级信号中去除第一，第二和第三阶驻波分量。

模具的宽度根据铸坯的宽度而变化。

驻波观测器中的角频率nω根据宽度设定。

在所有观察者中，阻尼因子ζ被调整为0.4。

根据提出的功能的开/关，PI控制器增益自动切换，因为通过应用所提出的方法可以获得更强的增益
4.2实验结果
所提出的控制方案已经应用于商业连续铸造操作以与常规控制方案进行比较。

这些试验是在相同的钢种和相同的操作条件下进行的，除了PI增益的值。

图15和图16示出了不应用驻波观察者的常规方法的测试结果的示例。

模具水平的幅度非常接近可接受的极限。

图16示出了发生第一，第二和第三阶驻波，并且滑动喷嘴响应于测量的驻波而进行不必要的操纵。

图17和18示出了驻波观测器的测试结果的示例。

可以通过从模具级信号中除去驻波分量来防止过度的滑动喷嘴动作，这允许使用比常规方法更高的PI增益。

结果，模具水平的幅度要小得多
作者：Ahmed Al-Khazraji a, Samir Ali Amin a, Saad Mahmood Ali
出处：Engineering Science and Technology, an International Journa（2016）。