结晶器非正弦振动参数的选择.pdf

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1、高 效 连 铸 第 页 共 5 页 结晶器非正弦振动参数的选择 1 前言 结晶器非正弦振动形式的开发，突破了以上、下振动相互对称为特征的正弦式振动的限 制，克服了正弦振动工艺效果的不足，实现分别选择和构造结晶器上振和下振两个过程的波形曲线。就工艺效果而言，非正弦振动对减少负滑脱时间、控制振痕深度属于高频振动；对于增加保护渣消耗、控制结晶器摩擦阻力则属于低频振动。从而结晶器非正弦振动能够取得更好的综合工艺效果。结晶器非正弦振动中引入波形偏斜率这一基本参数，使振动形式及振动参数选择具有多样性和灵活性。本文对非正弦振动参数的确定及参数的选择有无限度等问题进行分析与讨论。2 结晶器振动工艺效果 振动结

2、晶器是传统连铸技术的基本特征，具有负滑脱运动的结晶器振动则是保证连铸顺 利的必要条件，这样就必然在铸坯表面出现周期性的振痕，这是振动结晶器控制坯壳粘结的必然后果。较浅或规则的振痕尚不成为铸坯的表面缺陷，而较深且不规则的振痕则对铸坯的表面质量影响很大。不振结晶器难以有效地控制坯壳的粘结，表面缺陷会在铸坯上随处出现；而振动结晶器可以有效地控制坯壳的粘结，同时将铸坯表面上可能出现的缺陷以有规律的、周期性的振痕形式表现出来。所以对振动结晶器振动工艺效果完善的目的是同时有效地控制坯壳的粘结和铸坯表面的振痕。有关振动参数对结晶器传热和润滑及对铸坯表面质量的影响已进行过充分研究，获得众多有益的结果，成为结晶

3、器振动参数选择与确定的基本依据1-3。1）为控制坯壳的粘结，负滑脱振动是必不可少的，即负滑脱时间 tN0；2）目前的试验及生产结果倾向于振痕深度主要受 tN的影响，二者呈增函数关系；3）振痕间距 p 仅取决于拉坯速度 Vc和振动频率 f，p=Vc/f；4）在目前振动参数取值范围内，保护渣消耗量主要受正滑脱时间 tp的影响，二者呈增函数关系；5）结晶器摩擦阻力除受保护渣消耗量影响外，还和结晶器上振速度与拉速的差值有关，控制结晶器上振的最大速度有mV利于减少坯壳粘结的概率。由上述结论可知，控制坯壳粘结需增加保护渣的消耗和控制mV；控制振痕可通过 tN和 Vc与 f 匹配关系来实现。振动参数选择的目

4、的就是使上述工艺控制和工艺效果同时实现。3 结晶器非正弦振动参数的选择 3.1 结晶器振动参数选择的依据 高 效 连 铸 第 页 共 5 页 选择振动参数是确定与 Vc的匹配关系。首先要考虑负滑脱振动的要求，即保证 tN0。因此结晶器下振的最大速度 Vm要Vc。对于任何一种振动形式，Vm可表示为：=11sfKVm （1）式中 Vm 结晶器下振的最大速度；s 振幅；f 频率；a 波形偏斜率；K1 与振动波形曲线形状有关的常数。为使 tN0，应有：cVsfK11。（2）不等式（2）即为结晶器振动参数选择的一般根据。此外，选择时还要注意结晶器振动的工艺效果，这由振动工艺参数来反映。所以分析振动取值是

5、否合理，可由振动基本参数对振动工艺参数的影响来判定。下面列出振动波形曲线为不同频率的正弦曲线组成的非正弦振动的工艺参数表达式2。其结论具有一般意义。=sfVftcN2)1(cos11 （3）=sfVftcp2)1(cos1111 （4）fVpc=（5）+=12sfKVm （6）以上四式给出了振动基本参数与振动工艺参数间的关系，据此即可分析振动基本参数的选择问题。3.2 正弦振动参数的选择 在振动参数的选择中，一般固定 s，而在一定 Vc时分析 f 的选择。在正弦振动中 a=0，此时：=sfVftcN2cos11；=sfVftcP2cos1111；fVPc=；高 效 连 铸 第 页 共 5 页

6、sfVm2=。可见一定 Vc时，f 增加，tN、tp、p 均减少，mV 增加；反之，f 减少，tN、tp、p 均增加，mV 减少。由此，在正弦振动中，随着 f 的增加，振痕深度及间距均减少；同时，保护渣消耗量下降，mV 上升。其工艺效果表现为振痕减轻但集中，而结晶器摩擦阻力增加，坯壳粘结概率增大；反之坯壳粘结概率下降但振痕加剧。所以，在正弦振动中，通过选择 f 来控制振痕深度和坯壳粘结是相互矛盾的，因此振动参数的选择受到很大限制，这也是正弦振动难以适应高速连铸的主要原因。3.3 非正弦振动参数的选择 非正弦振动增加了波形偏斜率 a 这一基本参数，其工艺效果是在相同的目标拉速要求下可降低 f，或

7、在相同的 f 条件下实现更高的 Vc。这就增加了振动基本参数选择的自由度。首先，固定 s 和 f，在一定 Vc时增加 a，则由式（3）、（4）、（5）、（6）可知，tN减少、tp增加、P 不变、mV 下降。其工艺效果表现为振痕间距不变、振痕深度减少、保护渣消耗量增加、结晶器摩擦阻力下降。这样既有利于控制振痕深度，又有利于控制坯壳的粘结，从而取得统一的工艺效果。在这种振动参数的选择方式下，a 越大结晶器振动工艺效果越好；但是 a 增加，结晶器下振的最大加速度提高，振动装置所受冲击力增加，使其稳定性及使用寿命受到影响。其次，在一定 Vc时，固定 s，增加 a 的同时，减少 f，即在式（1）中取 ，

8、也即保持结晶器下振速度曲线不变，仅改变结晶器上振速度曲线。在此条件下，a 增加，f相应减少，此时 tN不变、tp和 p 增加、mV 下降。其工艺效果表现为保护渣消耗量增加、结晶器摩阻力下降、坯壳粘结概率下降，振痕深度不变但振痕间距增加，也避免了结晶器振动最大加速度增加的问题。事实上，对振痕的控制可通过控制其深度或调整振痕间距来实现。通过 f 和 a 同步调整的方式，其工艺效果更为突出，但这种同步调整的方式带来随 a 的不断增加，f 可以不断减少；当 a1 时是否 f0，从而得到 p。若如此，则振痕间距可任意调整，在极端情况下，a 取值足够大，f 足够小从而使 p 值达到定尺，同样可经消除坯表面

9、的振痕。3.4 振动参数取值的分析 振动结晶器中保护渣的润滑、消耗是一上“涂抹”过程。在负滑脱运动期间，保护渣被带入结晶器和坯壳之间；在正滑脱期间，被子带入的保护渣又有一部分回复到弯月面上，从而完成一个填充周期。所以，影响保护渣消耗量的因素是结晶器振动的负滑动量和 tp。在目前所用振动范围内的保护渣消耗量，高频振动主要由 tp控制，低频振动主要由负滑动量控制。根据上述分析，在低频振动时，一个振动周期内保护渣的充入量与负滑动量呈正比关系。则保护渣的消耗量与负滑动量呈正比关系，与振痕间距呈反比关系。即：31Kf=高 效 连 铸 第 页 共 5 页 PNSKQ4=（7）式中 Q 保护渣消耗量；NS

10、负滑动量；K4 比例常数。为控制坯壳粘结，Q 应最低消耗量 Q0。则有 04QPNSK；540/KKQVfNSc=。又 NS 以 2s 为极限，从而有：52KVsfc。（8）式（8）给出了任何结晶器振动形式下，振动基本参数的取值限度，此限度与 a 无关。由此式可知，在一定 s、Vc下，无论 a 如何取值，f 都不能无限减少。此外，式（2）成立（即 tN0）是式（8）成立的一个必要条件，所以式（8）较之式（2）是振动基本参数选择的最一般的依据。仅在正弦振动（a=0）时，式（2）成立，式（8）即成立；而在非正弦振动时（a0）则无此关系。因此非正弦振动参数选择时应以式（8）为根据，式中有关比例常数需

11、由试验所定。可见，非正弦振动使振动参数取值突破了正弦振动时振动参数的取值限度，但在一定条件下振动频率总有一个取值下限。另外，在高频振动时保护渣消耗量与 tp呈正比关系，而 tp以 为极限，为保证保护渣的有效填充，f 亦有一个取值上限，此上限与 s、a 无关。虽然 NS、tp均与 a 有关，但其极限值却与 a、s 无关，所以 f 的取值限度亦与 a 无关。理论上讲，s 和 a 无取值范围或限度，但 f 却有取值的上、下限度。一定 Vc时，f 的取值下限仅与 s 有关，而取值上限与 s 及 a 均无关。可见 f 是一个很特殊的基本参数，这应该是振动结晶器的一个特征。4 结语 结晶器振动的工艺效果反映在对铸坯振痕和坯壳粘结的有效控制上，正弦振动使两者的 控制相互矛盾，为此开发了结晶器非正弦振动形式，解决了上述矛盾，使振动参数的取值范围更大，但仍有其取值限度。非正弦振动虽然可以降低振动频率，却不能无限度地降低。可以说，振动频率是振动结晶器的一个特殊的基本参数，它总有一个取值的限度。f1高 效 连 铸 第 页 共 5 页 摘自：连铸杂志 2001 年第 3 期 作者：张洪波 张耕齐（唐山钢铁集团公司）摘要：分析结晶器振动工艺效果的影响因素，提出结晶器非正弦振动参数取值的问题，并探讨该参数的取值限度。