结晶器正弦振动的一种结构

殷春　刘海艳

摘要：在结晶器（水冷金属型）的一端连续浇入金属液，金属在结晶器型腔内连续向另一端移动和凝固成型，在结晶器另一端连续拉出铸件，这种方法称为铸造法。在铸造过程中，结晶器振动的目的在于改善铸锭的表面质量。而振动可以分为很多种形式，本文分析了几种常见的结晶器振动形式，并提供了一种便于实现结晶器正弦振动的结构。

关键词：结晶器；振动；正弦振动；振幅；频率；偏心套

在有色金属或合金的铸锭生产过程中，金属液体通过电炉溶解，进入到铸造机的结晶器中，通过结晶器水腔中的水对铸造金属进行冷却，冷却后的铸锭通过引锭平台引出。一般而言，金属型铸件的表面尺寸精度、几何形状和粗糙度要靠正确的设计与制造金属型模来保证，而铸件的内部质量则主要靠拟定和贯彻正确的工艺规范来保证。实验证明，结晶器内的金属液面、铸造速度以及结晶器冷却强度和振动频率、振幅均对铸件内部质量有着可观的影响。

1.几种常见的振动形式：

1.1.标准的容汉斯振动形式：结晶器上下振动的时间比是1：3，结晶器下振速度与铸造速度同步。此刻，由于结晶器壁与铸锭之间没有相对运动，因此热交换效果比较好，所以它更是个需要强化一次冷却的铸造场合。

1.2.有滑动的容汉斯振动形式：结晶器上下振动的时间比是1：3，结晶器下振速度是铸造速度的3～5倍。

1.3.正弦振动形式：结晶器上下振动的时间比是1：1，结晶器下振速度是铸造速度的3～7倍。

b和c两种振动方式都有滑动，这是避免铸锭表面拉裂和避免铸锭表面有夹渣的一种有利条件。相对来说，正弦振动形式中的凸轮容易加工，振动过程中冲击力小且速度变化平稳，负滑动率大实际采用比较多。

2.振动的振幅和频率：

是正弦振动的速度曲线，示出了正弦振动的位移及速度曲线。由图可见，结晶器振动时的运动速度随时间的变化呈一条正弦曲线。其特点是：结晶器在整个振动过程中速度一直是变化的，即铸坯与结晶器时刻都存在相对运动。在结晶器下降过程中有一段负滑动，能防止和消除粘结，具有脱模作用；另外，由于结晶器的运动速度是按正弦规律变化的，加速度必然按余弦规律变化，所以过度比较平稳，冲击力也较小。

3.振动平台振幅、频率可调结构：

该结晶器振动采用正弦振动方式。它可以对振动速度及频率的有效控制，能够实现最佳工艺状态下的负滑差浇铸、使结晶凝固更密实；专门为该技术设计的承载振动平台具有整体刚度大、振幅精确、振动换向平稳、导向及旋转部件寿命长、维护工作量和维护费用小、工作可靠等优点。

整个机构包括：1、小车体；2、曲轴；3、偏心套；4、离合器；5、锁紧套；6、齿轮箱；7、电机减速机；8、导向滑板；9、振动平台；10、结晶器。

以小车体1为机架，曲轴2通过轴承座连接在机架上，偏心套3与振动平台9通过轴承连接体连接；离合器4通过键连接与曲轴2连接在一起，锁紧套5通过保险环固定在曲轴2的特定位置；当电机减速机7装置通过两个伞齿齿轮箱6带动曲轴2转动，离合器4也跟着转动，偏心套3也得到转动，通过轴承座将曲轴2与偏心套3的转动偏差体现为振动平台9的上下振动模式，振动平台9整个框架通过滑板8可以在小车体1内部上下滑动，四个面的间隙通过调整垫调节到最佳位置，这样产生的振动就非常平稳可靠。结晶器10固定在振动平台9上，和振动平台一起在比较小的导向间隙下高精度的运动，浇铸出平直、表面光洁、内部组织细密的锭坯。

调节振幅时，只需要拧动锁紧套5将离合器4与偏心套3的齿啮合脱开，然后转动调节偏心套3的齿数，得到需要的振幅后再将二者啮合，用锁套4锁紧即可。频率的调节则通过变频电机无级可调，随时可以调高或调低。通过简单的操作，就可以非常方便的完成振幅和频率的调整，根据不同的铸锭材质和规格，能很快的得到最佳的工艺参数。

4.结论

与传统的正弦振动结构相比，本机构具有以下优点：

4.1.结构简单、设计合理且使用操作方便。

4.2.可使结晶器的向上和向下运动均由连杆主动驱动，即结晶器平稳的平行举起和落下，不会造成结晶器运动快慢不均、卡死不动、倾斜等现象，完全实现了结晶器的等幅、同步、平稳正弦振动，使得结晶器表面不易粘连金属，确保铸坯的几何形状平直、表面光洁、内部组织致密。

4.3.可使结晶器的振幅可调和振动频率可调，还可通过调节螺钉调节结晶器与导向块之间的距离，使得结晶器产生的振动平稳可靠。

参考文献：

[1]刘培兴.《铜合金熔炼与铸造工艺》，化学工业出版社，2009

[2]钟卫佳.《铜加工技术实用手册》，冶金工业出版社，2007.