連鑄結晶器振動技術的發展及現狀

楊 靜 ，李福進

（1.河北聯合大學，河北 唐山 063000；2.唐山職業技術學院，河北 唐山 063000）

1 現狀

連鑄是指將液體金屬經過一組特殊的冷卻和支撐裝置連續地澆鑄成一定斷面形狀的鑄坯的過程。連鑄比的提高已受到國內外的廣泛重視，并且連鑄工藝得到迅速發展和普及。在采用連鑄技術之前，一般都是采用模鑄澆鑄成鋼錠，在這個過程中，鋼坯還要經過加熱，每次都要損失一定量的金屬。連續澆注液體金屬是19世紀中葉，由美國人和英國人先后提出的，當時只能用于連鑄低熔點的有色金屬。直到1920～1935年間連鑄過程仍然僅用于銅、鋁等有色金屬的澆鑄。這期間最有開拓性的研究就是如何提交連鑄機的澆鑄能力，解決途徑除了加大澆鑄斷面、多流澆鑄外，最關鍵的是澆鑄速度。固定不動的結晶器的澆鑄速度僅限制在0.6m/min左右，若想提高澆鑄速度，必須使結晶器相對鑄坯移動一段距離，以防止鑄坯從結晶器拉出時，薄弱的坯殼被撕裂。1933年德國人容漢斯提出了一種結晶器以與鑄坯同樣的速度下行一段距離后在以較快的速度返回到原來位置的連鑄方式，建成了第一臺結晶器可以振動的立式連鑄機。并用其澆鑄黃銅獲得成功，后又用于鋁合金的工業生產，結晶器振動的引入作為一個關鍵因素加速了連鑄技術的發展 。

2 結晶器振動技術簡介

結晶器振動是連鑄技術的一個基本特征。連鑄過程中，結晶器和坯殼間的相互作用影響著坯殼的生長和脫膜，其控制因素是結晶器的振動和潤滑。連鑄在采用固定結晶器澆鑄時，鑄坯直接從結晶器向下拉出，由于缺乏潤滑，易與結晶器發生粘結，從而導致出現拉不動或者拉漏事故，很難進行澆鑄。結晶器振動對于改善鑄坯和結晶器界面間的潤滑是非常有效的，振動結晶器的發明引進，使得工業上大規模應用連鑄技術得以實現?？梢哉f，結晶器振動是澆鑄成功的先決條件，是連鑄發展的一個重要里程碑。

在二十世紀三十年代，德國人Siegfreid Jungdans首先把結晶器振動應用于有色金屬的澆鑄。在這之前，連鑄結晶器是固定不動的，但考慮到振動允許更快的澆鑄，同時又可以降低拉漏，因此振動的結晶器引起了人們的注意。

二十世紀五十年代，人們采用推—拉—停的結晶器振動模式。后來，英國研究機構（RISRA）采用了安裝在彈簧上的結晶器 。

近年來，冶金工業的迅速發展，要求連鑄提高拉速和增加連鑄機的生產能力。人們對結晶器振動的認識也在不斷深入和發展。

3 結晶器振動裝置

連鑄生產對結晶器振動的要求主要有兩個，一是使結晶器精確地按著給定地運動軌跡振動，如直線或圓弧線運動軌跡；二是使結晶器按著給定地速度規律進行振動，如正弦或非正弦振動規律。

在非正弦振動規律出現以前的各種振動規律的產生都是由凸輪（包括偏心輪）機構來實現的，相對比較容易，而對于振動軌跡的實現相對比較困難。因此，振動裝置的發展主要表現在實現振動軌跡的機構上，如導軌式、長臂式、差動式（包括四偏心式）、短臂四連桿式（包括半板簧、全板簧式）。

由于非正弦振動規律的出現，使實現非正弦振動規律比實現振動軌跡要困難得多，因此，振動裝置的發展主要表現在非正弦裝置的驅動和控制上。下面介紹一下非正弦裝置的分類。結晶器非正弦振動裝置按照驅動和控制方式可以分為液壓非正弦和機械非正弦。

3.1 液壓非正弦

（1）伺服液壓系統驅動的非正弦。結晶器液壓振動技術采用液壓系統作為振動源，具有控制精度高、振動參數在線調控靈活、設備體積小、重量輕、維護簡單等特點，它不僅能滿足高頻振動的要求，而且更主要的是它可以根據工藝條件的要求任意改變振動的波形，控制負滑脫速度和負滑脫時間，改變結晶器與鑄坯之間的潤滑與脫模，減少粘結性漏鋼事故的發生。同時，能夠降低高速拉坯條件下的振動頻率，減少機構磨損。

（2）數字缸驅動的非正弦。據報道億美博公司開發了數字缸非正弦振動裝置。

3.2 機械非正弦

機械非正弦振動是具有中國特色的一種非正弦振動驅動方式。

（1）普通電機非正弦。由普通電機驅動的非正弦振動裝置包括雙偏心迭加機構、非圓齒輪機構，反向平行四連桿機構。雙偏心迭加非正弦[。其工作原理是通過兩個正弦波迭加產生非正弦振動波形。兩個曲柄ML、JK非別產生兩個正弦波，通過兩個連桿MN、IJ將其迭加于橫梁NI的H鉸鏈點上，然后輸出，驅動結晶器振動臺使結晶器產生非正弦振動。該非正弦振動裝置于1998年應用于首鋼第二煉鋼廠R6.5/12m弧形板坯連鑄機，獲2000年北京市科技進步二等獎。非圓齒輪驅動的非正弦。該裝置結構緊湊，不但可以應用于四連桿振動裝置上，也可以用于四偏心振動機構中。該非正弦振動裝置于1999年8月應用于新興鑄管股份有限公司煉鋼分廠羅可普方坯連鑄機上，獲2003年河北冶金工業協會冶金科學技術一等獎。現已推廣應用于首鋼二煉鋼，濟鋼一煉鋼，臨鋼，河北文豐等鋼鐵公司。反向平行四連桿非正弦。該機構簡單，緊湊，運行平穩性好。

（2）伺服電機非正弦電動缸（伺服電機驅動滾珠絲杠）非正弦。該技術是由衡陽鐳鉬公司開發的非正弦振動方式。該技術的核心部件－電動缸，即伺服電機和滾珠絲杠組成的機電一體化產品，為國外進口。

該機構的工作原理是：伺服電機驅動滾珠絲杠交替、變轉速、正反轉運動，通過滾珠絲杠驅動螺母，使結晶器振動臺實現非正弦振動。該技術是由燕山大學最新開發的非正弦振動技術。該非正弦振動的工作原理是：伺服電機連續、單向、變角速度轉動驅動偏心軸，通過連桿驅動結晶器振動臺實現非正弦振動。

[1]王占林.近代液壓控制[M].北京.機械工業出版社，1997.

[2]王春行.液壓控制系統[M].北京:機械工業出版社，2002.