【正文】 動中解脫出來，而且提高了勞動生產(chǎn)率。除以上顯而易見的優(yōu)點外，連鑄還有生產(chǎn)周期快、噸坯成本低、占地面積小等優(yōu)點。因此當成功應(yīng)用連鑄后，整個鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生了巨大的變化。一方面鑄錠車間、均熱爐和初軋機逐步被連鑄機所取代，另一方面連鑄的不斷發(fā)展也正在改變從煉鋼到軋鋼的工藝流程。，特點及演變目前連鑄機已在鋼廠廣泛采用，形式多種，用途各異。對連鑄機的叫法也很不一致?，F(xiàn)按一般習(xí)慣介紹連鑄機的分類方法：　 (1)接連鑄機外形分類有：立式連鑄機、立彎式連鑄機、弧形連鑄機、超低頭(橢圓形)連鑄機、水平連鑄機，輪式連鑄機等。　 (2)按澆注鑄坯斷面分類有 表1 國 內(nèi) 連 鑄 機 統(tǒng) 計機型 臺數(shù)/臺 流數(shù)/流 年產(chǎn)能/萬t 說明 小方坯 211 783 ≤150mm150mm 方、矩坯 218 781 9902 150mm150mm 板坯 91 120 8383 板方兼用者按板坯計 薄板坯 10 10 1262 薄板坯連鑄連軋 圓坯 20 52 以生產(chǎn)圓坯為主者按圓坯 異型坯 1 3 63 合計 551 1749 有幾家方案未確定者（如廣東、福建等）尚未計入 (3) 按拉速分類有：高拉速連鑄機和低拉速連鑄機。它們的主要區(qū)別在于：高拉速時鑄坯帶液芯矯直，低拉速時鑄坯全凝固矯直。(4)按鋼水靜壓頭分類：靜壓力較大的叫高頭型連鑄機如立式、立彎式連鑄機。靜壓力較小的叫低頭連鑄機如弧形、橢圓、水平連鑄機。 圖 11 煉鋼生產(chǎn)工藝流程簡圖 圖12 連鑄工藝圖 結(jié)晶器是連鑄機的心臟部件。它的主要作用就是對結(jié)晶器中的鋼水提供快速而且均勻的冷卻環(huán)境，促使坯殼的快速均勻生長，以形成質(zhì)量良好的坯殼，保證連鑄過程正常而穩(wěn)定的進行。在澆注鋼水時，若結(jié)晶器靜止不動，坯殼容易與結(jié)晶器內(nèi)壁產(chǎn)生粘結(jié)，這就增大了拉坯時的阻力，導(dǎo)致出現(xiàn)坯殼“拉不動”或者鋼水被拉漏事故發(fā)生，很難進行澆注。而當結(jié)晶器以一定的規(guī)律振動時，這就能使其內(nèi)壁獲得比較良好的潤滑條件，從而減少了摩擦阻力又能防止鋼水和結(jié)晶器內(nèi)壁的粘結(jié)，同時還可以改善鑄坯的表面質(zhì)量。因為當產(chǎn)生粘結(jié)時，振動能夠強制脫模，消除粘結(jié)。因此使結(jié)晶器發(fā)生振動是澆注成功的先決條件，同時也是連鑄技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。正是振動結(jié)晶器的發(fā)明，工業(yè)上才得以實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用連鑄技術(shù)。隨著連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)晶器振動技術(shù)也在不斷的發(fā)展和完善。 最初的連鑄機結(jié)晶器是靜止不動的，在拉坯的過程中坯殼很容易與結(jié)晶器內(nèi)壁產(chǎn)生粘結(jié)，從而出現(xiàn)坯殼“拉不動”或拉漏鋼水的事故發(fā)生。因此，靜止不動的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化發(fā)展。直到1933年現(xiàn)代連鑄的奠基人一德國的西格弗里德容漢斯開發(fā)了結(jié)晶器振動裝置，并成功地將它應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄。 1949年S容漢斯的合伙人美國的艾爾文羅西(Irving Rossi )獲得了容漢斯結(jié)晶器振動技術(shù)專利的使用權(quán)，并首次在美國約阿勒德隆鋼公司廠的一臺方坯連鑄試驗機上采用了振動結(jié)晶器。與此同時，容漢斯振動結(jié)晶器又被西德曼內(nèi)斯(Mannesmann)公司胡金根廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗連鑄機上成功應(yīng)用結(jié)晶器振動技術(shù)在這兩臺連鑄機上的成功應(yīng)用，為結(jié)晶器振動技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。 連鑄機結(jié)晶器振動簡介 在連鑄技術(shù)的發(fā)展過程中，只有采用了結(jié)晶器振動裝置后，連鑄才能成功。結(jié)晶器振動的目的是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)，同時獲得良好的鑄坯表面，因而結(jié)晶器向上運動時，減少新生的坯殼與銅壁產(chǎn)生粘結(jié)，以防止坯殼受到較大的應(yīng)力，使鑄坯表面出現(xiàn)裂紋。而當結(jié)晶器向下運動時，借助摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈合結(jié)晶器上升時拉出的裂痕，這就要求向下的運動速度大于拉坯速度，形成負滑脫。 機械振動的振動裝置由直流電動機驅(qū)動，通過萬向聯(lián)軸器，分兩端傳動兩個蝸輪減速機，其中一端裝有可調(diào)節(jié)軸套，蝸輪減速機后面再通過萬向聯(lián)軸器，連接兩個滾動軸承支持的偏心軸，在每個偏心輪處裝有帶滾動軸承的曲柄，并通過帶橡膠軸承的振動連桿支撐振動臺，產(chǎn)生振動。 在新型連鑄生產(chǎn)工藝中，采用帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動控制是保證連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。國外的應(yīng)用情況表明，采用連鑄結(jié)晶器非正弦伺服振動，能夠有效地減少鑄坯與結(jié)晶器間的摩擦力，從而防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)而被拉裂，減小鑄坯振痕，提高鑄坯質(zhì)量川一〔9l。帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動控制裝置和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動裝置相比，可以方便地實現(xiàn)多種波形振動、實現(xiàn)連鑄過程監(jiān)督和實時顯示振動波形，并能在線修改非振動方式及振動頻率和幅值等參數(shù)，實現(xiàn)控制過程的平穩(wěn)過度。結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展過程來看，結(jié)晶器振動技術(shù)先后經(jīng)歷了矩形速度規(guī)律、梯形速度規(guī)律值到目前應(yīng)用最廣泛的正弦振動規(guī)律以及近幾年更為先進的非正弦振動規(guī)律。 結(jié)晶器振動速度隨時間的變化規(guī)律即為結(jié)晶器振動規(guī)律，結(jié)晶器振動規(guī)律是結(jié)晶器振動技術(shù)中最基本的內(nèi)容。因為從結(jié)晶器振動技術(shù)發(fā)展的歷史過程來看，每當結(jié)晶器采用了一種新的振動規(guī)律時，新的振動規(guī)律都較過去的振動規(guī)律更為合理，而且都對鑄坯的連續(xù)澆注、鑄坯的表面質(zhì)量及拉坯速度的提高產(chǎn)生了重大的影響。 (1)矩形速度規(guī)律 從結(jié)晶器振動技術(shù)發(fā)展歷史來看，矩形速度規(guī)律是最早出現(xiàn)的一種結(jié)晶器振動方式，如圖21中的曲線1所示即為它速度變化規(guī)律[3]。矩形速度規(guī)律的主要特點是:結(jié)晶器在向下振動時與拉坯速度相同，即結(jié)晶器與鑄坯做同步運動，然后結(jié)晶器又以3倍的拉坯速度向上運動。其表達式如下：式中：—結(jié)晶器振動頻率 cpm S—振幅 mm —拉坯速度 mm/min 圖 21 矩形振動規(guī)律生產(chǎn)實踐證明，矩形振動方式對鑄坯的脫模是有效的，相比靜止不動的結(jié)晶器，這種振動方式大大提高了鑄坯的表面質(zhì)量，提高了連鑄的生產(chǎn)效率，在早期得到廣泛應(yīng)用。但此種振動方式的存在的缺點是:該振動規(guī)律的實現(xiàn)是用凸輪來實現(xiàn)的，但是凸輪的加工制造比較麻煩。為了保證結(jié)晶器與鑄坯之間速度嚴格的同步運動，結(jié)晶器振動機構(gòu)與拉坯機構(gòu)之間要實行嚴格的電器連鎖。結(jié)晶器振動速度在上升和下降時的轉(zhuǎn)折點處變化很大，其加速度在理論上等于無窮大。雖然凸輪曲線在上升和下降之間有過渡連接曲線使結(jié)晶器振動的加速度達不到無窮大，但是仍然很大。過大加速度對鑄坯的表面質(zhì)量和振動系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)都是不利的，將對設(shè)備產(chǎn)生強大的沖擊，因而也不能采用高頻率振動方式。(2)梯形速度規(guī)律 梯形速度規(guī)律是在矩形速度規(guī)律的基礎(chǔ)上進行了一些改進，如圖22中的曲線2所示即為梯形速度變化規(guī)律。梯形速度規(guī)律的主要特點是:結(jié)晶器在向下振動的過程中有一段較長時間其速度略大于鑄坯的拉坯速速，即現(xiàn)在所稱的“負滑動運動”。負滑動運動可以在坯殼中產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以使結(jié)晶器里已經(jīng)斷裂的坯殼被壓合，并且能夠使粘結(jié)在結(jié)晶器內(nèi)壁上的坯殼強制脫模。，變化比較緩和，這將有利于提高結(jié)晶器振動的平穩(wěn)性。生產(chǎn)實踐證明，梯形速度規(guī)律是一種相對比較好的振動規(guī)律，因此這種振動規(guī)律被使用了許多年。后來才被更為合理的正弦振動規(guī)律所取代。(3)正弦速度規(guī)律 正弦速度規(guī)律如圖22的曲線所示(正弦速度與余弦速度相同)。之所以選擇正弦規(guī)律的主要原因有兩個:一是正弦速度規(guī)律打破了前兩種速度振動規(guī)律結(jié)晶器和鑄坯之間有一定的速度關(guān)系的框架，重點發(fā)揮結(jié)晶器的脫模作用。二是速度規(guī)律的實現(xiàn)用偏心輪取代了之前使用的凸輪。 圖22 正弦和非正弦振動規(guī)律結(jié)晶器振動的正弦速度規(guī)律曲線的數(shù)學(xué)表達式為：式中 — 結(jié)晶器運動的速度 m/minh—振動沖程（倆倍振幅）， mm—振動頻率， 1/min從圖22中的曲線可以看出正弦速度規(guī)律的主要特點如下： 1)結(jié)晶器與鑄坯之間沒有同步運動階段，但結(jié)晶器仍然有一小段負滑動運動，這有利于拉裂坯殼的“愈合”和粘結(jié)坯殼的脫模。2)由于結(jié)晶器振動速度是按正弦曲線變化，其加速度就是按照余弦曲線變化的。因此速度與加速度的變化都很平穩(wěn)，這也使結(jié)晶器的振動很平穩(wěn)。3)由于結(jié)晶器振動的加速度較小，因此可以采用較高頻率的振動，這有利于消除坯殼與結(jié)晶器壁的粘結(jié)，也就提高了結(jié)晶器的脫模作用。 4)結(jié)晶器正弦振動規(guī)律是用偏心機構(gòu)來實現(xiàn)的，采用偏心機構(gòu)比凸輪機構(gòu)具有加工制造容易、運動精度高、潤滑密封方便、易于采用高頻振動的優(yōu)點。基于正弦振動規(guī)律上述的優(yōu)點，它是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)晶器振動規(guī)律。它在方坯、板坯及薄板坯連鑄機上都有最廣泛的應(yīng)用。 (4)非正弦速度規(guī)律如圖22的非正弦速度規(guī)律[4]。它是近年來出現(xiàn)的一種新型振動方式。非正弦速度規(guī)律主要特點是:負滑動時間比較短，這有利于減輕鑄坯表面振動痕跡的深度，提高鑄坯表面質(zhì)量。較長的正滑動時間可增加保護渣的消耗量，有利于提高結(jié)晶器的潤滑條件，減小拉坯阻力。結(jié)晶器向上振動速度與拉坯速度之差較小，有利于減小結(jié)晶器施加給鑄坯向上作用的摩擦力，即可減小坯殼中的拉應(yīng)力，減小鑄坯拉裂事故的發(fā)生。這些都有利于拉坯速度的提高，有利于連鑄生產(chǎn)效率的提高。 結(jié)晶器振動的重要影響主要是對潤滑和振動痕跡形成的作用。振動的同時要求提供結(jié)晶器潤滑，兩者的共同作用是減小坯殼和結(jié)晶器壁間的摩擦力，以得到最好的表面質(zhì)量和防止粘結(jié)漏鋼的最佳安全性。 結(jié)晶器振動與保護渣的關(guān)系如前所述，結(jié)晶器振動對于改善結(jié)晶器壁間的潤滑是非常有效的，但對于結(jié)晶器振動如何影響結(jié)晶器保護渣的消耗和保護渣的潤滑作用，其機理并不十分清楚。早期的研究曾提出一個負滑脫期間保護渣流入量的模型，但是隨后的試驗結(jié)果表明，保護渣消耗量是正滑脫時間的增函數(shù)，圖23示出了保護渣消耗量與正滑脫時間的關(guān)系?？梢?，對于振動結(jié)晶器，正滑脫時間越長，保護渣消耗量越大，由此也引起了大量的爭論。對于增加保護渣消耗而言，正滑脫期間和負滑脫期間是振動周期內(nèi)的兩個必不可少的過程:正滑脫期間，結(jié)晶器相對坯殼向上運動，保護渣在結(jié)晶器鋼水彎月面處形成的渣圈上移，液渣由鋼液面向彎月面流動的通道被“打開”，促進了液渣彎月面附近流動和聚集，由于摩擦力作用液態(tài)渣的一部分被“拔出”。負滑脫期間，結(jié)晶器相對坯殼向下運動，渣圈隨結(jié)晶器下移，液渣受到壓力而向結(jié)晶器和坯殼間填充，同時，由于壓縮的作用，液渣流動的通道被“關(guān)閉”，也部分阻礙了鋼液面上的液渣向彎月面附近流動。結(jié)晶器周期性振動的結(jié)果，導(dǎo)致液渣在彎月面處的流動、聚集以及向結(jié)晶器和坯殼間填充的重復(fù)進行，從而改善了結(jié)晶器的潤滑狀況。當液渣的填充成為限制性環(huán)節(jié)時，負滑脫時間反映振動參數(shù)對保護渣消耗的影響。當液渣供應(yīng)成為限制性環(huán)節(jié)時，則正滑脫時間反映振動參數(shù)對 保護渣消耗的影響。通過對生產(chǎn)、試驗數(shù)據(jù)的綜合評價，研究發(fā)現(xiàn)，保護渣消耗量與總的周期時間有很好的對應(yīng)關(guān)系()，并得到如下的實驗公式：Q=+式中：Q單位面積的保護渣消耗量，kg/m2； VC拉坯速度，m/min； f振動頻率Hz； η保護渣的液渣粘度，.圖 23 保護渣消耗量與正滑脫時間的對應(yīng)關(guān)系很明顯，它是保護渣粘度和振動頻率的函數(shù)，給出了一個與時間有關(guān)的保護渣消耗機制，由于高頻振動以及高拉速減少了坯殼的“接觸時間”，保護渣消耗量降低。但是，上式中變量缺少了振幅s的影響，仍不能對結(jié)晶器振動的影響作出滿. 結(jié)晶器的振動有利于鑄坯的脫模，可以提高拉坯速度，實現(xiàn)更高的效率，同樣由十脫模過程中凝殼與結(jié)晶器壁之間的摩擦，產(chǎn)生振痕，帶來產(chǎn)品質(zhì)量的不良效果。為了更好地利用振動的優(yōu)點，得到合理的振動波形，我們首先分析一下結(jié)晶器的潤滑機理。 基于目前國內(nèi)鋼鐵廠家多數(shù)采用保護渣作為潤滑介質(zhì)，我們重點看一保護渣潤滑時候結(jié)晶器壁和坯殼之間的情況。如24所示在結(jié)晶器壁和坯殼之間有一層保護渣薄層，并目_在坯殼前面的為液態(tài)，在結(jié)晶器前面的為固態(tài)。結(jié)晶器中摩擦力產(chǎn)生的機理有兩種。當結(jié)晶器相對于坯殼運動是在液體保護渣薄層內(nèi)進行，生的摩擦力稱為“液體摩擦力”。用下式來表示其大小: 當結(jié)晶器壁和固態(tài)保護渣之間產(chǎn)生相對運動時，這種固體與固體接觸產(chǎn)生的摩擦力稱為“固體摩擦力”，用