专利名称：用于确定结晶器振动的偏摆位移随时间的变化关系的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定结晶器振动的偏摆位移随时间的变化关系的方法及装 置，该方法能够准确地拟合出结晶器的振动偏摆位移随时间变化的关系曲线。
背景技术：
在冶金连铸过程中，结晶器是连铸机的重要部件，起到了心脏的作用。结晶器在振 动时，按设定的振动曲线和振动参数周期性地改变钢水液面与结晶器壁的相对位置，防止 铸坯在凝固过程中与结晶器钢板发生粘连而出现拉裂或拉漏事故，通过渣在结晶器壁的渗 透，改变其润滑度，减少拉坯时的摩擦阻力和粘连的可能性，提高铸坯表面质量。因此，结晶 器振动是影响连铸生产质量和产量的重要因素，具体地说，结晶器振动状态是否正常、振动 状况是否良好，关系到生产过程是否会产生事故，并且与产品质量密切相关。
图1是示出与结晶器振动相关的几个方向的示意图。如图1所示，结晶器在Z轴 方向上进行正弦或者非正弦振动是振动系统设定的功能需求。冶金工艺要求，结晶器在与Z 轴方向相垂直的X轴和Y轴方向的振动偏移量越小越好，但是在实际生产过程中由于设备 磨损等众多原因影响，结晶器在X轴和Y轴方向的振动会有一定的偏摆位移，严重时会对产 品表面质量产生严重的不利影响，更严重地，会导致漏钢的发生。目前在结晶器振动状态的监测方面，对拉坯方向振动状态监测以及工艺分析较 多，例如正弦与非正弦振动工艺、振幅的选择、负滑脱时间的设定等，而对其它两个方向的 振动偏摆关注较小。因此，如何准确地监测结晶器在X轴和Y轴方向的振动偏摆并且避免由于在X轴 和Y轴方向的振动偏摆位移影响连铸工艺的正常进行以及产品的质量，是当前急需解决的 问题。
发明内容
基于以上问题，为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种用于确定结晶器振 动的偏摆位移随时间的变化关系的方法，利用所述方法能够准确地测量出结晶器在与拉坯 方相垂直的方向上振动的偏摆位移。根据本发明的一个方面，一种用于确定结晶器振动的偏摆位移随时间的变化关系 的方法，包括利用结晶器中沿与结晶器拉坯方向平行的第一方向放置的位移传感器，对结 晶器拉坯方向上的振动的位移信号进行采样，并且基于所采样的位移信号获得所述振动的 振动周期；利用在结晶器的一个侧面或相互平行的两个侧面沿与结晶器拉坯方向垂直的第 二方向放置的加速度传感器，对结晶器在所述第二方向上的振动的加速度进行采样；基于 所获得的振动周期和所采样到的结晶器在所述第二方向上振动的加速度，计算结晶器在一 个振动周期内的各个采样点时在所述第二方向上的振动的偏摆位移；以及基于所计算出的 各个采样点时在所述第二方向上的振动的偏摆位移，拟合出所述结晶器在一个振动周期内 在所述第二方向上的偏摆位移随时间变化的关系曲线。
6
优选地，在进行加速度采样的步骤中还包括利用在结晶器与所述一个侧面垂直 的另一侧面或两个侧面沿与结晶器拉坯方向垂直的第三方向放置的加速度传感器，对结晶 器在所述第三方向上振动的加速度进行采样；并且在计算偏摆位移的步骤中还包括根据采 样到的结晶器在所述第三方向上振动的加速度以及所获得的振动周期，计算结晶器在一个 振动周期内的各个采样点时在所述第三方向上的振动的偏摆位移；以及基于所计算出的各 个采样点时在所述第三方向上的振动的偏摆位移，拟合出所述结晶器在一个振动周期内在 所述第三方向上的偏摆位移随时间变化的关系曲线。更优选地，基于所拟合出的偏摆位移随时间变化的关系曲线，调整所述结晶器的 工艺参数。更优选地，计算结晶器在一个振动周期内的各个采样点时的第二方向和第三方向 上的偏摆位移的步骤包括利用所采样到的在所述第二方向上振动的加速度，计算出在所 述第二方向上的第i个采样点时的偏摆位移Sld相对于第一个采样点时的偏摆位移Sx0的位 移增量△、，利用所采样到的在所述第三方向上的振动的加速度，计算出在所述第三方向 上的第i个采样点时的偏摆位移Syi相对于第一个采样点时的偏摆位移Sytl的增量Δ Syi ；基 于上一振动周期的最后一个采样点时的位移增量以及采样时间间隔δ t，计算出结晶器在 所述第二方向上的第一个采样点时的速度Vxtl和结晶器在所述第三方向上的第一个采样点 时的速度Vytl ；以及基于所计算出的各采样点的位移增量Δ&” Δ Syi、第一个采样点时在第 二方向和第三方向上的速度Vxtl、速度Vytl以及采样时间间隔δ t，按照下述公式分别计算出 结晶器在第i个采样点时在所述第二方向和第三方向上的振动的偏摆位移民” Syi，Sxi = Sx0+i*Vx0*5t+ASxi,Syi = Sy0+i*Vy0*St+ASyi其中，i为大于等于零且小于等于N的整数，N为一个振动周期内的采样点总数。更优选地，第i个采样点时在第二方向上的位移增量Δ、以及在第三方向上的位
移增量ASyi是按照下述公式计算的
k=i
权利要求
1.一种用于确定结晶器振动的偏摆位移随时间的变化关系的方法，包括利用结晶器中沿与结晶器拉坯方向平行的第一方向放置的位移传感器，对结晶器拉 坯方向上的振动的位移信号进行采样，并且基于所采样的位移信号获得所述振动的振动周 期；利用在结晶器的一个侧面或相互平行的两个侧面沿与结晶器拉坯方向垂直的第二方 向放置的加速度传感器，对结晶器在所述第二方向上的振动的加速度进行采样；基于所获得的振动周期和所采样到的结晶器在所述第二方向上振动的加速度，计算结 晶器在一个振动周期内的各个采样点时在所述第二方向上的振动的偏摆位移；以及基于所计算出的各个采样点时在所述第二方向上的振动的偏摆位移，拟合出所述结晶 器在一个振动周期内在所述第二方向上的偏摆位移随时间变化的关系曲线。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，在进行加速度采样的步骤中还包括利用在结晶器与所述一个侧面垂直的另一侧面或两个侧面沿与结晶器拉坯方向垂直 的第三方向放置的加速度传感器，对结晶器在所述第三方向上振动的加速度进行采样；并 且在计算偏摆位移的步骤中还包括根据采样到的结晶器在所述第三方向上振动的加速 度以及所获得的振动周期，计算结晶器在一个振动周期内的各个采样点时在所述第三方向 上的振动的偏摆位移；以及基于所计算出的各个采样点时在所述第三方向上的振动的偏摆位移，拟合出所述结晶 器在一个振动周期内在所述第三方向上的偏摆位移随时间变化的关系曲线。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括基于所拟合出的偏摆位移随时间变化的关系曲线，调整所述结晶器的工艺参数。
4.按照权利要求2所述的测量方法，其中，计算结晶器在一个振动周期内的各个采样 点时的第二方向和第三方向上的偏摆位移的步骤包括利用所采样到的在所述第二方向上振动的加速度，计算出在所述第二方向上的第i个 采样点时的偏摆位移Sxi相对于第一个采样点时的偏摆位移Sx0的位移增量Δ Sxi，利用所采样到的在所述第三方向上的振动的加速度，计算出在所述第三方向上的第i 个采样点时的偏摆位移Syi相对于第一个采样点时的偏摆位移Sytl的增量ASyi ；基于上一振动周期的最后一个采样点时的位移增量以及采样时间间隔δ t，计算出结 晶器在所述第二方向上的第一个采样点时的速度Vxtl和结晶器在所述第三方向上的第一个 采样点时的速度Vytl ；以及基于所计算出的各采样点的位移增量Δ&” Δ Syi、第一个采样点时在第二方向和第三 方向上的速度Vxtl、速度Vytl以及采样时间间隔δ t，按照下述公式分别计算出结晶器在第i 个采样点时在所述第二方向和第三方向上的振动的偏摆位移民” Syi， Sxi = Sx0+i*Vx0*5t+ASxi, Syi = Sy。+i*Vy。*St+ASyi其中，i为大于等于零且小于等于N的整数，N为一个振动周期内的采样点总数。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，第i个采样点时在第二方向上的位移增量ASxi 以及在第三方向上的位移增量ASyi是按照下述公式计算的
6.按照权利要求5所述的方法，其中，结晶器在所述第二方向上在第一个采样点时的 速度Vxtl，以及结晶器在所述第三方向上在第一个采样点时的速度Vytl按照下述公式计算
7.按照权利要求1所述的方法，其中，对所述加速度和所述位移信号进行采样的采样 频率为500Hz。
8.按照权利要求1至7任一权利要求所述的方法，其中，在利用所述位移信号获得振动 周期以及利用所采样到的第二方向和/或第三方向上的加速度信号计算偏摆位移之前，对 所获得的位移信号和加速度信号进行数字滤波，并且利用数字滤波后的位移信号和加速度 信号获得振动周期以及第二方向和/或第三方向上的偏摆位移。
9.一种用于确定结晶器振动的偏摆位移随时间的变化曲线的装置，包括位移采样单元，所述位移采样单元在结晶器中沿与结晶器拉坯方向平行的第一方向放 置，用于对结晶器拉坯方向上的振动的位移信号进行采样；振动周期获取单元，用于基于所采样的位移信号获得所述结晶器的振动的振动周期；加速度采样单元，所述加速度采样单元在结晶器的侧面沿与结晶器拉坯方向垂直的第 二方向放置，用于对结晶器在所述第二方向上的振动的加速度进行采样；偏摆位移计算单元，用于基于所计算的振动周期和所采样到的结晶器在所述第二方向 上振动的加速度，计算结晶器在一个振动周期内的各个采样点时在所述第二方向上的振动 的偏摆位移；以及关系曲线生成单元，用于基于所计算出的各个采样点时在所述第二方向上的振动的偏 摆位移，拟合出所述结晶器在一个振动周期内在所述第二方向上的偏摆位移随时间变化的 关系曲线。
10.一种按照权利要求9所述的装置，还包括调整单元，用于基于所拟合出的偏摆位移 随时间变化的关系曲线，调整所述结晶器的工艺参数。
11.一种按照权利要求9所述的装置，其中，所述偏摆位移计算单元还包括位移增量计算模块，用于利用所采样到的在所述第二方向和在结晶器与所述一个侧面 垂直的另一侧面或两个侧面沿与结晶器拉坯方向垂直的第三方向上振动的加速度，分别计 算出在所述第二方向上的第i个采样点时的偏摆位移Sxi相对于第一个采样点时的偏摆位 移的位移增量△ i5xi，以及在所述第二方向上的第i个采样点时的偏摆位移Sxi相对于第 一个采样点时的偏摆位移Sx0的位移增量Δ、；初始速度计算模块，用于基于上一振动周期的最后一个采样点时的位移增量以及采样 时间间隔δ t，计算出结晶器在所述第二方向上的第一个采样点时的速度Vxtl和结晶器在所 述第三方向上的第一个采样点时的速度Vytl ；以及偏摆位移计算模块，用于基于所计算出的各采样点的位移增量Δ&” ASyi、第一个采 样点时在第二方向和第三方向上的速度Vxtl、速度Vytl以及采样时间间隔δ t，按照下述公式 分别计算出结晶器在第i个采样点时在所述第二方向和第三方向上的振动的偏摆位移Sxi、
12.按照权利要求11所述的装置，其中，第i个采样点时在第二方向上的位移增量ASxi以及在第三方向上的位移增量ASyi是按照下述公式计算的
13.按照权利要求12所述的装置，其中，结晶器在所述第二方向上在第一个采样点时 的速度Vxtl，以及结晶器在所述第三方向上在第一个采样点时的速度Vytl按照下述公式计 算
14.一种按照权利要求9至13中任一权利要求所述的装置，还包括滤波单元，所述滤波单元在利用所述位移信号获得振动周期以及利用所采样到的第二方向和/或第三方向上 的加速度信号计算偏摆位移之前，对所获得的位移信号和加速度信号进行数字滤波，并且 利用数字滤波后的位移信号和加速度信号获得振动周期以及第二方向和/或第三方向上 的偏摆位移。
全文摘要
本发明公开了一种用于确定结晶器振动的偏摆位移随时间的变化关系的方法，包括利用结晶器中沿与结晶器拉坯方向平行的第一方向放置的位移传感器，对结晶器拉坯方向上的振动的位移信号进行采样，并且基于所采样的位移信号获得振动的振动周期；利用在结晶器的一个侧面或相互平行的两个侧面沿与结晶器拉坯方向垂直的第二方向放置的加速度传感器，对结晶器在第二方向上的振动加速度进行采样；基于所获得的振动周期和所采样到的振动加速度，计算结晶器在一个振动周期内的各个采样点时在第二方向上的振动的偏摆位移；以及基于所计算出的各个采样点时在第二方向上的振动的偏摆位移，拟合出结晶器在一个振动周期内在第二方向上的偏摆位移随时间变化的关系曲线。
文档编号G01H1/16GK102120256SQ20101061446
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者吴鹏, 孙丽娟, 孙军, 白居冰, 翟翔, 蔡娥, 许军 申请人:中冶连铸技术工程股份有限公司