结晶器振动技术简述讲解

结晶器振动技术简述发布时间：2006-11-29 10:34:19 【小中大字体】【评论】浏览：134次概述1 振动的结晶器使连续铸钢实现工业化回顾连续铸钢的发展历史，连续浇铸的生产方式首先是从有色金属开始的。

铸机采用的是垂直固定的结晶器，拉坯过程中，坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动或拉漏事故。

因此浇铸速度很低，铸坯的液相心长度一般不超过结晶器长度。

据有关文献记载，于1913年瑞典人皮尔逊（A·H·Pehrson）曾提出结晶器应按照一定的振幅和频率做往复运动的想法，但真正将这一想法付诸实施的却是德国人容汉斯（S·Junghans）。

容汉斯开发的结晶器振动装置于1933年成功的应用于有色金属黄铜的连铸。

1949年容汉斯的合作者美国人艾尔文·罗西（Irving·Rossi）获得了容汉斯振动结晶器的使用权，并在美国的阿·勒德隆钢公司（Allegheng Ludlum Steel Corporation）的Watervliet 厂的一台方坯试验连铸机上采用了振动结晶器。

与此同时，容汉斯振动结晶器又被应用于德国曼内斯曼（Mannesmann）公司胡金根厂（Huckiugen）的一台连续铸钢试验连铸机。

容汉斯振动结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速得到了推广。

从此，结晶器振动便成了连铸生产的标准操作。

可以看出是振动的结晶器使连续铸钢生产实现了工业化。

2 结晶器振动技术的每一次进步都使连铸生产再上一个新台阶结晶器振动技术主要包括结晶器振动规律和振动装置两个方面：1）结晶器振动规律的发展结晶器由静止变为振动，引起了连铸工作者的广泛关注和兴趣，人们纷纷进行试验研究工作，对粘结性漏钢机理进行了研究，发展了各种结晶器振动规律。

最早出现的是矩形速度振动规律，基于“拉裂——焊合”理论，其特点是结晶器在下降时与铸坯做同步运动，然后以3倍的拉坯速度上升，即所谓的3:1型振动方式。

这种振动方式对铸坯脱模是有效的，早期得到了应用。

但其主要缺点是机械加工比较困难，振动机构和拉坯机构之间要有严格的电器连锁，在上升和下降的转折点处速度变化很大，设备冲击大，不利于采用高频振动。

但这种波形的采用，使固定的结晶器变为振动的结晶器，使结晶器技术产生一个飞跃。

随着负滑动理论的出现，矩形速度规律被梯形速度规律所代替，其特点是结晶器向下运动过程中有较长一段时间其速度稍大于拉坯速度，即“负滑脱运动”，使坯壳中产生压应力，可以使拉裂的坯壳压合，使粘结的坯壳强制脱模，结晶器在上升、下降转折点处速度变化较缓和，提高了设备的平稳性，梯形波的出现使连铸的生产更加顺畅，这种速度波形沿用了很多年，负滑动理论一直沿用至今。

随着负滑动理论的不断发展和完善，出现了正弦速度规律，正弦振动速度规律采用偏心轮实现。

这种振动规律打破了结晶器和铸坯之间要有一定的速度关系的限制，着重发挥它的脱模作用，用偏心轮代替凸轮，正弦振动仍有一小段负滑动阶段，有利于脱模和拉裂坯壳的焊合，速度、加速度变化平缓，采用偏心轮设备简单，易于加工制造、安装和维护，运动精度高，设备运动平稳，冲击小，易于采用较高频率振动。

正弦振动目前仍被广泛应用。

非正弦振动速度波形的特点是：结晶器向上运动到最大位移的时间比正弦振动有一段时间滞后，结晶器向上运动的速度小，向下运动的速度大。

其负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度，正滑动时间长，可以增加保护渣的耗量，增强结晶器壁与坯壳间的润滑，正滑动速度差小，可以减小摩擦力，减小坯壳中的拉应力，减少拉裂；负滑动量大，即结晶器相对于铸坯向下运动的位移量大，有利于铸坯的强制脱模。

由于非正弦振动能够获得合理的工艺参数，适应高拉速，且能获得良好的表面质量，因此受到了人们的重视，被广大连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。

2）结晶器振动装置的发展连铸生产对结晶器振动的要求主要有两个，一是使结晶器精确地按着给定地运动轨迹振动，如直线或圆弧线运动轨迹；二是使结晶器按着给定地速度规律进行振动，如正弦或非正弦振动规律。

在非正弦振动规律出现以前的各种振动规律的产生都是由凸轮（包括偏心轮）机构来实现的，相对比较容易，而对于振动轨迹的实现相对比较困难。

因此，振动装置的发展主要表现在实现振动轨迹的机构上，如导轨式、长臂式、差动式（包括四偏心式）、短臂四连杆式（包括半板簧、全板簧式）。

由于非正弦振动规律的出现，使实现非正弦振动规律比实现振动轨迹要困难得多，因此，振动装置的发展主要表现在非正弦装置的驱动和控制上。

结晶器非正弦振动装置的分类结晶器非正弦振动装置按照驱动和控制方式可以分为液压非正弦和机械非正弦：1 液压非正弦1）伺服液压系统驱动的非正弦在“九五”期间由燕山大学和第二重型机器厂合作开发的结晶器伺服液压系统，其液压站提供压力源，由工业控制计算机和控制软件组成的监控系统产生正弦、非正弦等波形。

模拟控制系统由压力差环PID2，位移环PID1组成。

该系统于1998年12月应用于新兴铸管股份有限公司炼钢厂的罗可普方坯连铸机。

该项成果获2000年河北省科技进步二等奖。

2）数字缸驱动的非正弦据报道亿美博公司开发了数字缸非正弦振动装置。

2 机械非正弦机械非正弦振动是具有中国特色的一种非正弦振动驱动方式。

1）普通电机非正弦由普通电机驱动的非正弦振动装置包括双偏心迭加机构、非圆齿轮机构，反向平行四连杆机构。

双偏心迭加非正弦。

其工作原理是通过两个正弦波迭加产生非正弦振动波形。

两个曲柄ML、JK非别产生两个正弦波，通过两个连杆MN、IJ将其迭加于横梁NI的H铰链点上，然后输出，驱动结晶器振动台使结晶器产生非正弦振动。

该非正弦振动装置于1998年应用于首钢第二炼钢厂R6.5/12m弧形板坯连铸机，获2000年北京市科技进步二等奖。

非圆齿轮驱动的非正弦。

该装置结构紧凑，不但可以应用于四连杆振动装置上，也可以用于四偏心振动机构中。

该非正弦振动装置于1999年8月应用于新兴铸管股份有限公司炼钢分厂罗可普方坯连铸机上，获2003年河北冶金工业协会冶金科学技术一等奖。

现已推广应用于首钢二炼钢，济钢一炼钢，临钢，河北文丰等钢铁公司。

反向平行四连杆非正弦。

该机构简单，紧凑，运行平稳性好。

2）伺服电机非正弦电动缸（伺服电机驱动滚珠丝杠）非正弦。

该技术是由衡阳镭钼公司开发的非正弦振动方式。

该技术的核心部件－电动缸，即伺服电机和滚珠丝杠组成的机电一体化产品，为国外进口。

该机构的工作原理是：伺服电机驱动滚珠丝杠交替、变转速、正反转运动，通过滚珠丝杠驱动螺母，使结晶器振动台实现非正弦振动。

伺服电机驱动偏心轴非正弦。

该技术是由燕山大学最新开发的非正弦振动技术。

发明专利申请号200510060032.1。

该非正弦振动的工作原理是：伺服电机连续、单向、变角速度转动驱动偏心轴，通过连杆驱动结晶器振动台实现非正弦振动。

伺服电机驱动偏心轴非正弦技术伺服电机驱动偏心轴的非正弦振动装置打破了结晶器机械振动发生装置和液压伺服振动发生装置的传统模式，将机械振动发生装置中的偏心轴连杆机构由原普通交流电机驱动改为由伺服电机驱动，并融合液压伺服振动装置中的电气控制原理，从而创造出一种新型、结构简单、紧凑的结晶器振动发生装置。

该非正弦振动装置频率、波形偏斜率均在线可调，振幅停机可调。

通过在线调节波形偏斜率和振动频率可以获得全部最优的振动工艺参数。

同时该装置具有振动参数、铸坯与结晶器间摩擦力实时监测、显示、存储和查询功能。

其中摩擦力的检测可以作为漏钢预报的一种辅助手段。

该项技术突出的优点是：投资小，装置简单，结构紧凑，运行可靠性高，且承载能力大，抗冲击能力强，维护工作量小，控制系统跟踪精度高，响应速度快。

该振动发生装置可用于不同结构和大小的结晶器振动装置，具有较广泛的推广应用价值。

本装置有振动轨迹精度高、运行平稳不偏振、工作寿命长、结构简单维修费用低、生产效率高等特点。

什么是高效连铸？高效连铸通常定义为五高：即整个连铸坯生产过程是高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。

陆着市场经济的深入发展，应当添加高经济效益(大幅度降成本)这一项最直接的指标；另外，高自动控制也提到日程上来了。

目前，国内的方坯高效连铸(以150方为例)，应在单流年产15万吨~20万吨合格普碳钢铸坯的水平、板坯应在100万-150万吨合格铸坯的水平。

其铸坯每吨的成本也在逐年降低。

连铸机的全程自动控制水平也在逐年提高。

2．高效连铸技术有哪些主要内容?高效连铸技术是一项系统的整体技术，实现高效连铸需要工艺、设备、生产组织和管理、物流管理、生产操作以及与之配套的炼钢车间各个环节的协调与统一。

主要技术内容如下：(1)保证适宜的钢水温度、最佳的钢水成分．并保证其稳定性的连铸相关配套技术。

(2)供应清洁的钢水和良好流动性钢水的连铸相关技术。

(3)连铸的关键技术—高冷却强度的、导热均匀的长寿结晶器总成(包括结晶器整体结构、精密水套、导热均匀的曲面铜管等等)。

(4)高精度、长寿的结晶器振动装置是高效连铸关键技术之一，这其中包括振动装置硬件的优化及结晶器振动形式、振动工艺参数的软件优化。

以往高效连铸采用的半板簧、全板簧及高频小振幅正弦波形起到了一定的正面效果。

目前，中冶连铸研制的新型串接式全板簧振动装置，其精度更高，整体刚度增强，寿命长，对促进高效连铸进一步发展将起到重要作用。

该装置可采用液压传动或机械传动，液压传动可增加正滑脱时间，提高保护渣用量，减小上振速度峰值，降低拉坯阻力，降低负滑脱时间，使振痕深度相应减小。

机械传动可以降低成本，更易于，推广使用。

(5)保护渣技术。

众所周知，保护渣与拉速相匹配，拉速提高后，保护渣黏度等指标要相应改进，保证用量不减或在允许范围内减少，以保证铸坯的高质量。

因此，连铸高效化后必须有低黏度、低熔点、高熔化速度、大凝固系数的保护渣。

保护渣技术是连铸高效化的一项关键技术。

(6)结晶器嚣钢水液面控制技术。

拉速越高，结晶器液面波动越大。

液面波动大易产生卷渣及夹杂物造成铸坯缺陷，因此液面稳定越来越变得重要了。

目前国内自动控制液面技术趋于成熟，可使液面稳定在3mm左右。

该技术对高效连铸也是不可缺少的。

(7)二次冷却的硬件及软件技术这也是高效连铸中关键技术之—，其硬件要求尽量做到冷却均匀(无障碍喷淋)且可方便调节。

目前由于市场对合金钢、品种钢及普碳钢质量的高标准要求，新建连铸机趋向于增大半径，板坯趋向于弧形改造为直弯形连铸机，其目的就是使从结晶器到二冷形成全方位的铸坯对称凝固或接近对称凝固过程，以此获得高质量铸坯。

近年来板、方坯连铸机二冷动态自动控制喷水冷却有了较快发展，软件的发展更具实用性、适用性，对各钢种、不同拉速、不同温度变化都可及时调整水量，以生产高质量铸坯。