连铸结晶器振动技术的发展及现状

杨 静 ，李福进

（1.河北联合大学，河北 唐山 063000；2.唐山职业技术学院，河北 唐山 063000）

1 现状

连铸是指将液体金属经过一组特殊的冷却和支撑装置连续地浇铸成一定断面形状的铸坯的过程。连铸比的提高已受到国内外的广泛重视，并且连铸工艺得到迅速发展和普及。在采用连铸技术之前，一般都是采用模铸浇铸成钢锭，在这个过程中，钢坯还要经过加热，每次都要损失一定量的金属。连续浇注液体金属是19世纪中叶，由美国人和英国人先后提出的，当时只能用于连铸低熔点的有色金属。直到1920～1935年间连铸过程仍然仅用于铜、铝等有色金属的浇铸。这期间最有开拓性的研究就是如何提交连铸机的浇铸能力，解决途径除了加大浇铸断面、多流浇铸外，最关键的是浇铸速度。固定不动的结晶器的浇铸速度仅限制在0.6m/min左右，若想提高浇铸速度，必须使结晶器相对铸坯移动一段距离，以防止铸坯从结晶器拉出时，薄弱的坯壳被撕裂。1933年德国人容汉斯提出了一种结晶器以与铸坯同样的速度下行一段距离后在以较快的速度返回到原来位置的连铸方式，建成了第一台结晶器可以振动的立式连铸机。并用其浇铸黄铜获得成功，后又用于铝合金的工业生产，结晶器振动的引入作为一个关键因素加速了连铸技术的发展 。

2 结晶器振动技术简介

结晶器振动是连铸技术的一个基本特征。连铸过程中，结晶器和坯壳间的相互作用影响着坯壳的生长和脱膜，其控制因素是结晶器的振动和润滑。连铸在采用固定结晶器浇铸时，铸坯直接从结晶器向下拉出，由于缺乏润滑，易与结晶器发生粘结，从而导致出现拉不动或者拉漏事故，很难进行浇铸。结晶器振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的，振动结晶器的发明引进，使得工业上大规模应用连铸技术得以实现。可以说，结晶器振动是浇铸成功的先决条件，是连铸发展的一个重要里程碑。

在二十世纪三十年代，德国人Siegfreid Jungdans首先把结晶器振动应用于有色金属的浇铸。在这之前，连铸结晶器是固定不动的，但考虑到振动允许更快的浇铸，同时又可以降低拉漏，因此振动的结晶器引起了人们的注意。

二十世纪五十年代，人们采用推—拉—停的结晶器振动模式。后来，英国研究机构（RISRA）采用了安装在弹簧上的结晶器 。

近年来，冶金工业的迅速发展，要求连铸提高拉速和增加连铸机的生产能力。人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展。

3 结晶器振动装置

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。下面介绍一下非正弦装置的分类。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。

3.1 液压非正弦

（1）伺服液压系统驱动的非正弦。结晶器液压振动技术采用液压系统作为振动源，具有控制精度高、振动参数在线调控灵活、设备体积小、重量轻、维护简单等特点，它不仅能满足高频振动的要求，而且更主要的是它可以根据工艺条件的要求任意改变振动的波形，控制负滑脱速度和负滑脱时间，改变结晶器与铸坯之间的润滑与脱模，减少粘结性漏钢事故的发生。同时，能够降低高速拉坯条件下的振动频率，减少机构磨损。

（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。

3.2 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。该技术是由燕山大学最新开发的非正弦振动技术。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。

[1]王占林.近代液压控制[M].北京.机械工业出版社，1997.

[2]王春行.液压控制系统[M].北京:机械工业出版社，2002.