【文章內容簡介】 rving Rossi )獲得了容漢斯結晶器振動技術專利的使用權，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晶器。與此同時，容漢斯振動結晶器又被西德曼內斯 (Mannesmann)公司胡金根廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗連鑄機上成功應用結晶器振動技術在這兩臺連鑄機上的成功應用，為結晶器振動技術的廣泛應用打下了堅實的基礎。 連鑄機結晶器振動簡介 在連鑄技術的發(fā)展過程中，只有采用了結晶器振動裝置后，連鑄才能成功。結晶器振動的目的是防止拉坯坯殼與結晶器粘結，同時獲得良好的鑄坯表面，因而結晶器向上運動時，減少新生的坯殼與銅壁產生粘結，以防止坯殼受到較大的應力，使鑄坯表面出現裂紋 。而當結晶器向下運動時，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動，通過萬向聯軸器，分兩端傳動兩個蝸輪減速機，其中一端裝有可調節(jié)軸套，蝸輪減速機后面再通過萬向聯軸器，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，產生振動。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 8 在新型連鑄生產工藝中，采用帶有數字波形發(fā)生器的結晶器電液伺服振動控制是保證連鑄生產質量的關鍵技術之一。國外的應用情況表明，采用連鑄結晶器非正弦伺服振動，能夠有效地減少鑄坯與結晶器間的摩擦力，從而防止坯殼與結晶器粘結而被拉裂 ，減小鑄坯振痕，提高鑄坯質量川一〔 9l。帶有數字波形發(fā)生器的結晶器電液伺服振動控制裝置和傳統(tǒng)的結晶器振動裝置相比，可以方便地實現多種波形振動、實現連鑄過程監(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，實現控制過程的平穩(wěn)過度。 結晶器振動規(guī)律的演變 結晶器振動技術的發(fā)展過程來看，結晶器振動技術先后經歷了矩形速度規(guī)律、梯形速度規(guī)律值到目前應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。 結晶器振動速度隨時間的變化規(guī)律即為結晶器振動規(guī)律，結晶器振動規(guī)律是結晶器振動 技術中最基本的內容。因為從結晶器振動技術發(fā)展的歷史過程來看，每當結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、鑄坯的表面質量及拉坯速度的提高產生了重大的影響。 (1)矩形速度規(guī)律 從結晶器振動技術發(fā)展歷史來看，矩形速度規(guī)律是最早出現的一種結晶器振動方式，矩形速度規(guī)律的主要特點是 :結晶器在向下振動時與拉坯速度相同，即結晶器與鑄坯做同步運動，然后結晶器又以 3 倍的拉坯速度向上運動。其表達式如下： svf c43? 式中： f — 結晶器振動頻率 cpm S— 振幅 mm cv — 拉坯速度 mm/min 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 9 生產實踐證明，矩形振動方式對鑄坯的脫模是有效的，相比靜止不動的結晶器，這種振動方式大大提高了鑄坯的表面質量，提高了連鑄的生產效率，在早期得到廣泛應用。但此種振動方式的存在的缺點是 :該振動規(guī)律的實現是用凸輪來實現的，但是凸輪的加工制造比較麻煩 。為了保證結晶器與鑄坯之間速度嚴格的同步 運動，結晶器振動機構與拉坯機構之間要實行嚴格的電器連鎖 。結晶器振動速度在上升和下降時的轉折點處變化很大，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量和振動系統(tǒng)的正常運轉都是不利的，將對設備產生強大的沖擊，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，即現在所稱的“負滑動運動”。負滑動運動可以在坯殼中產生壓應力，可以使結晶器里已經斷裂的坯殼被壓合，并且能夠使粘結在結晶器內壁上的坯殼強制脫模 。從圖 中曲線 2可以看出結晶器振動速度在上升和下降的轉折點處，變化比較緩和，這將有利于提高結晶器振動的平穩(wěn)性。 生產實踐證明，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)律結晶器和鑄坯之間有一定的速度關系的框架，重點發(fā)揮結晶器的脫模作用 。二是速度規(guī)律的實現用偏心輪取代了之前使用的凸輪。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 10 圖 22 正弦和非正弦振動規(guī)律 結晶器振動的正弦速度規(guī)律曲線的數學表達式為： ??????? tffhv m 602s i n10 00 ?? 式中 mv — 結晶器運動的速度 m/min h — 振動沖程（倆倍振幅） mm f — 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)結晶器與鑄坯之間沒有同步運動階段，但結晶器仍然有一小段負滑動運動，這有利于拉裂坯殼的“愈合”和粘結坯殼的脫模。 2)由于結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)，這也使結晶器的振動很平穩(wěn)。 3)由于結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晶器壁的粘結，也就提高了結晶器的脫模作用。 4)結晶器正弦振動規(guī)律是用偏心機構來實現的，采用偏心機構比凸輪機構具有加工制造容易、運動精度高、潤滑密封方便、易于采用高頻振動的優(yōu)點。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 11 基于正弦振動規(guī)律上述的優(yōu)點，它是目前國內外應用最為廣泛的一種結晶器振動規(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，有利于提高結晶器的潤滑 條件，減小拉坯阻力 。結晶器向上振動速度與拉坯速度之差較小，有利于減小結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，有利于連鑄生產效率的提高。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 12 第三章 結晶器振動方案的選擇 設計 內容 簡介 連鑄是指使鋼水連續(xù)不斷地通過水冷結晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續(xù)拉出，經噴水冷卻全部凝固后切成坯料的鑄造工藝。它與傳統(tǒng)的“模鑄開坯”工藝相比，具有明顯優(yōu)勢。連鑄坯的產量占整個鋼產量的百分率可反映一個國家煉鋼工藝的先進水平 ，因而連鑄比的提高受到國內外的廣泛重視。結晶器及其激振系統(tǒng)是連鑄機中的重要組成部分。結晶器的作用是為了對鋼水進行一次冷卻，使其形成坯殼，同時為了保證出料均勻，減少拉坯摩擦力，避免鋼水粘壁、漏鋼，改善鑄坯表面質量。為此，需要通過一個振動機構使結晶器按一定的規(guī)律振動，既激振系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)的直流電機或交流變頻電機驅動偏心凸輪的結晶激振系統(tǒng)相比，電液伺服驅動的連鑄機結晶器激振系統(tǒng)具有能實現正弦振動、易于實現計算機控制、布置方便和可以實現多流連鑄機共用泵站節(jié)能及群控等優(yōu)點。本研究采用電液伺服結晶器激振系統(tǒng)，可 以方便地產生各種振動規(guī)律，實現控制過程監(jiān)督、實時顯示并根據拉坯速度實時修改振動參數，提高連鑄坯質量和提高金屬收得率，從而實現連鑄過程的自動化。 結晶器振動裝置是連鑄機及軋鋼機械的關鍵設備，使連鑄生產實現工業(yè)化。結晶器振動裝置必須能使結晶器準確地沿著一定的軌跡振動，并且使振動具有一定的規(guī)律。結晶器振動裝置的振動動作一般是由電機、連桿、偏心輪等實現的。 由此可見，對結晶器振動裝置的振動規(guī)律、振動方法、動力系統(tǒng)等附屬機構的改造對提高連鑄質量有重大的意義 。 技術方案介紹 目前結晶器振動裝置的形式主要有差動式振 動機構、雙搖桿式振動機構、內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 13 四偏心輪式振動機構、液壓伺服式振動機構等。結晶器振動裝置的發(fā)展與創(chuàng)新主要是在它原有的基礎上對振動規(guī)律、振動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等附屬機構建立起來的。 圖 31 弧形連續(xù)鑄鋼設備 差動式振動機構 這種機構是利用齒輪或凸輪機構的差動原理來實現結晶器的弧線運動的，現以差動齒輪機構為例來說明。 結晶器固定在由彈簧支撐的振動框架上，由凸輪或是偏心輪強迫框架下降，彈簧反力使其上升，它沒有一般振動機構的振動臂，而是用一組齒輪和齒條來代替。振動框架由內、外弧側的齒條 6 分別與節(jié)圓半徑相等的小齒 輪 4 相嚙合。節(jié)圓半徑不等的扇形齒輪又分與小齒輪裝在同一根軸上。所以，當扇形齒輪 5 擺動時，就使與其相連的兩個小齒輪產生不同的線速度，反應在振動框架的兩側齒條上，其上鞋運動的線速度也不一樣。因而可是結晶器產生所要求的弧線振動。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 14 圖 32 差動齒輪式振動機構簡圖 雙搖桿式振動機構 此種機構也稱為雙短臂式或是四連桿式振動機構。它是通過選擇適當尺寸的兩個搖桿，使其在某一個瞬時的運動是繞曲率半徑中心 O點得圓弧線運動。圓弧線的半徑應當是結晶器振動的曲率半徑 R。既然有瞬時性，因 此雙搖桿所實現的圓弧振動也是一個近似的圓弧軌跡。所以，使結晶器在圓弧徑向產生誤差。但由于結晶器的振幅與圓弧半徑相比很小，因此，瞬心位置變化所造成的運動誤差在理論上是很小的，一般在圓弧各點振動軌跡的誤差不大于 。在雙搖桿式振動機構中，兩個搖桿長度的選擇必須滿足： ab=cd(a`b`=c`d`),且 ab(a`b`)與 cd(c`d`)各自連線的延長線應通過曲率中心 O 點。所以ad(a`d`)bc(b`c`).R 稱為大圓弧半徑，如圖示，它是目前廣泛應用的外弧雙短臂和內弧雙短臂振動機構。應用前者時 a 點和 d點做 固定的鉸點。采用后者時，則應該把 b`點和 c`點做固定的鉸點以實現所要求的振動軌跡。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 15 圖 33 雙短臂振動機構原理圖 四偏心式振動機構 四偏心式振動機構是近幾年才出現的一種新型振動機構，具有結構簡單，運動軌跡準確等優(yōu)點。其設計原理與我國的差動齒輪相似，圖示是四偏心式振動機構的一個實例。它是近年來新投產連鑄機中采用較多的一種。結晶器的弧線運動是利用兩隊偏心輪距不同的偏心輪機連桿機構而產生的。結晶器運動的弧線定中是利用兩條板式彈簧來實現的。板式彈簧使結晶器只做弧線擺動，而不能產生前后左右的 晃動。適當選擇彈簧的長度，可以是運動軌跡誤差不大于。振動臺架采用鋼結構件，更換迅速方便。這種振動機構是靠偏心輪連桿的推力，作用于振動臺的四角，使結晶器的運動非常平穩(wěn)，不會由于結晶器的內阻力作用點的偏移而是結晶器運動不平穩(wěn)。其缺點是運動零件較多，結構比較復雜。 液壓伺服式振動機構 傳統(tǒng)的結晶器振動裝置是通過振動臺使結晶器產生正弦或非正弦振動，這內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 16 種振動方式存在著振動質量大及維修困難等缺點。為克服上述困難，盧森堡PW 公司開發(fā)了一種采用本體振動式的新型方坯結晶器。其特點是只有結晶器銅管 、導流水套和結晶器上的法蘭參與振動，而其他零部件如外水套、冷卻水、閃爍計數器、結晶器電磁攪拌器及足輥等不參與振動。因而具有振動質量小，結構簡單、維修費用低等特點。 結晶器的運動是又液壓缸借助一個振動臂來產生的。為安全起見，采用水油混合物作為工作介質。振動沖程為 h=0~8mm，頻率為 f=0~600/min 在線自動調節(jié)。 圖 35 本體振動式方坯結晶器 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 (畢業(yè)論文 ) 17 第四章 設計部分 參數 電機驅動 ； 250? 1600（毫米 ? 毫米）； minm ； ，振幅 ? 3 毫米 方案的總體布置形式 連鑄機的結晶器振動臺采用對稱布置的形式如圖（ ）所示。在平行與流注方向的兩側、各有一個相同的震動機構，由一臺電機通過雙輸出減速機，同步的驅動兩個振源機構的偏心部件產生振動。振源機構通過一個推桿和平行四邊形機構相連。這樣就將振源機構的高速旋轉轉化為 平行四邊形機構的高頻小振幅震動。結晶器就坐落于由這兩個機構形成的高的平面上。由平行四邊形機構的運動特性，結晶器在振動過程中一直保持豎直狀態(tài)。 1電機； 2雙輸出減速器； 3左側振源機構； 4右側振源機構； 5結晶器；