降低板坯鑄機結(jié)晶器振動系統(tǒng)諧振作用的研究

摘要：文章根據(jù)生產(chǎn)實踐中鑄機因結(jié)晶器振動系統(tǒng)諧振而出現(xiàn)粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼事故頻發(fā)的問題，在對結(jié)晶器四偏心振動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、諧振區(qū)間等內(nèi)容進行調(diào)查監(jiān)測和分析研究的基礎(chǔ)上，通過采取降低振動系統(tǒng)的傳動間隙、優(yōu)化振動參數(shù)和操作控制避開諧振區(qū)間等措施，最終達(dá)到了降低鑄機粘結(jié)抽芯事故率和粘結(jié)漏鋼率、提高鑄坯質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：結(jié)晶器振動；粘結(jié)漏鋼；諧振頻率；降低板坯鑄機

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0088-03

結(jié)晶器振動既是常規(guī)連鑄的一個基本特征，也是現(xiàn)代連鑄機設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，它對連鑄機的生產(chǎn)順行和質(zhì)量提高均有著重要的影響。濟鋼一煉鋼板坯鑄機為超低頭機型，結(jié)晶器振動系統(tǒng)采用電機驅(qū)動板簧導(dǎo)向的四偏心仿弧振動形式，該類振動系統(tǒng)的傳動環(huán)節(jié)較多、諧振現(xiàn)象明顯、振動平穩(wěn)性也較差。因此，結(jié)合實際生產(chǎn)中遇到的問題，有針對性地對結(jié)晶器振動的傳動平穩(wěn)性、諧振情況和振動參數(shù)進行系統(tǒng)的監(jiān)測和分析，通過采取降低傳動系統(tǒng)的間隙以提高振動的平穩(wěn)性、強化整備和使用過程中的諧振檢測、優(yōu)化振動參數(shù)和操作以避開諧振區(qū)間等措施，最終達(dá)到了提高結(jié)晶器振動平穩(wěn)性、提高鑄坯質(zhì)量和降低鑄機生產(chǎn)事故的目的。

一、振動系統(tǒng)介紹

（一）鑄機概況

R5.7/6.8/8.5/12/17/33－1500，超低頭板坯連鑄機；

鑄機長度：17m；

結(jié)晶器長度：784mm；

生產(chǎn)斷面：200*1400mm；

鑄機拉速：0.9～1.15m/min；

（二）振動系統(tǒng)

1．振動系統(tǒng)的形式和組成。鑄機結(jié)晶器振動是電機驅(qū)動、板簧導(dǎo)向的四偏心形式。該裝置是上世紀(jì)70年代前后發(fā)展起來的振動機構(gòu)，屬于正弦振動方式，結(jié)晶器壁的弧線運行是借助于兩對偏心距不等的偏心輪及連桿機構(gòu)來實現(xiàn)的。結(jié)晶器弧線運行的定中（導(dǎo)向）是利用三條板式彈簧，一頭連接在快速更換臺框架上，另一頭連接在振動頭恰當(dāng)位置上來實現(xiàn)的。板式彈簧使振動臺只能作弧形擺動， 而不能產(chǎn)生前后左右的位移，為了緩沖結(jié)晶器的自重，快臺內(nèi)外弧橫梁上分布設(shè)置了2各螺旋緩沖彈簧。

該振動系統(tǒng)的組成如圖1所示，由1臺電動機、1個法蘭接手、1根萬向接軸、1個快速聯(lián)軸器、1個中心減速機、2個帶法蘭的左右方向接軸、2個角部減速機、2個帶軸承的偏心軸組件構(gòu)成。

1．振動電機；2．萬向接手；3．中心減速機；4．角減速機；5．偏心軸

2．工作原理。電動機將轉(zhuǎn)動通過一根帶快速聯(lián)軸器的萬向接軸傳給一臺中心減速機，從該中心減速機的左右兩側(cè)各通過一根帶法蘭接手的萬向軸，將轉(zhuǎn)動傳給各自的左（右）角部減速機，這兩個左、右角部減速機再將轉(zhuǎn)動按跟原來的運動成90°角的方向，分別傳給左（右）的一根具有兩個不同偏心量的同向偏心點的偏心軸上。左（右）偏心軸再通過各自兩個偏心軸頸上的兩個軸承及套裝在軸承座上的兩個與上部振動臺相聯(lián)接的橡膠軸承，將轉(zhuǎn)動變?yōu)橛袕椈山M件導(dǎo)向的近似圓弧的往復(fù)振動。

（三）設(shè)計振動參數(shù)

1．振幅。

外緣線處振幅±3.5mm。

2．振頻拉速關(guān)系

（1）

式中：

F——振動頻率（鑄機最大振頻設(shè)計180次/分）；

V——拉坯速度。

3．振動曲線。鑄機的振動曲線為正弦曲線。

二、存在的主要問題

1．鑄機生產(chǎn)過程中在某一拉速區(qū)間發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器液面波動較大，液面穩(wěn)定性較差。

2．鑄機在低拉速換水口后提拉速過程中，在某一拉速區(qū)間粘結(jié)幾率較大，多次造成鑄機漏鋼事故的發(fā)生，從2008年3～10月份鑄機的150次粘結(jié)抽芯、14次粘結(jié)漏鋼數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，換水口粘結(jié)抽芯占到了80%，換水口抽芯漏鋼占到了75%。

3．鑄坯角部結(jié)疤、角裂缺陷出現(xiàn)頻繁，鑄坯表面振痕較深，而且彎曲紊亂。

三、調(diào)查分析

對于板坯鑄機的生產(chǎn)來說，鑄坯角部結(jié)疤、角裂和振痕彎曲紊亂的影響因素較多，如液面波動、結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場不合理、拉速變化等，鑄機粘結(jié)抽芯的情況也是如此，但就同一鑄機、在保護渣、浸入式水口等工藝條件不變的情況下，結(jié)晶器液面的波動對鑄坯的角裂、角部結(jié)疤、粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼均有較大影響。

結(jié)晶器液面波動的影響也比較復(fù)雜，鋼水溫度、流動性、液面自控系統(tǒng)對其都有影響，在板坯鑄機粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼攻關(guān)期間，通過對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，加之現(xiàn)場的跟蹤觀察，我們發(fā)現(xiàn)：

同一結(jié)晶器振動系統(tǒng)總是在某一區(qū)間鋼水液面不穩(wěn)，而且在這個區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的粘結(jié)抽芯和漏鋼次數(shù)較多，換水口前后，特別是換水口后出現(xiàn)粘結(jié)抽芯并且漏鋼幾率大是因為換水口拉速為0.6m/min，而鑄機的正常拉速在1.0～1.1m/min之間，也就是說，每次換水口時均需要先降拉速，換完水口后再將拉速提高正常拉速，因此，在先降后提拉速的過程中，結(jié)晶器的振動平率經(jīng)過諧振區(qū)間的可能性很大，結(jié)晶器液面也不穩(wěn)，因此出現(xiàn)了換水口前后，特別是換水口后粘結(jié)抽芯和漏鋼事故率較高的情況。

西安理工大學(xué)劉宏昭等在對板坯鑄機的四偏心板彈簧導(dǎo)向振動系統(tǒng)進行力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型計算求解的基礎(chǔ)上，計算出其在X、Y方向上的諧振情況（如圖2、圖3）。

而后得出結(jié)論，結(jié)晶器振動系統(tǒng)存在著復(fù)雜的諧振現(xiàn)象，引起結(jié)晶器振動系統(tǒng)復(fù)雜諧振現(xiàn)象的因素較多，有非線性激勵、周期時變參數(shù)激勵、剛體運動慣性力及鑄坯摩擦力等因素，從上面的圖上還可以看出，同一振動系統(tǒng)在不同振頻條件下的彈性位移是不一樣的，也就是說同一快臺，存在著諧振加劇的諧振區(qū)間。

湖南鐳目公司利用ANSYS分析軟件對鑄機振動臺進行數(shù)值分析后在振動諧振方面也得出了如下結(jié)論：

1．結(jié)晶器振動系統(tǒng)存在著明顯的諧振問題。

2．振動系統(tǒng)在諧振區(qū)間振動的偏擺量明顯加大，振動穩(wěn)定性急劇下降。

3．同一振動系統(tǒng)有其固有的諧振頻率，該頻率可以通過調(diào)整結(jié)晶器本身質(zhì)量、板簧的幾何尺寸及支撐方式等進行調(diào)節(jié)。

粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼總是與結(jié)晶器的下渣和潤滑有關(guān)。結(jié)合上述有關(guān)結(jié)晶器振動系統(tǒng)諧振現(xiàn)象的調(diào)查，考慮到我廠板坯鑄機同一快臺出現(xiàn)粘結(jié)抽芯總是出現(xiàn)在拉速調(diào)整特別是拉速提高的過程中，總是在某一拉速振頻區(qū)間，而且在這個區(qū)間里鋼水液面波動總是較大，通過統(tǒng)計分析后認(rèn)為這種換水口前后拉速調(diào)整過程中出現(xiàn)了粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼主要是由于結(jié)晶器諧振造成鋼水液面波動較大而出現(xiàn)的。

四、相關(guān)措施

1．為了減輕彈性物件對結(jié)晶器振動臺諧振現(xiàn)象的加劇，將振動臺前后的四個緩沖彈簧去掉，從同一快臺去彈簧前后的監(jiān)測情況來看，去掉緩沖彈簧后結(jié)晶器振動系統(tǒng)的諧振強度明顯降低。

2．為了降低各傳動部件之間的間隙，采取了以下措施：

（1）集中更換了鑄機在線服役時間較長的中心減速機前萬向軸，減輕間隙；

（2）加大了中心減速機和角部減速機間隙的調(diào)整力度，將減速機齒面有熱處理齒面改為硬質(zhì)合金齒面，進一步降低減速機齒間隙；

（3）將角部減速機和偏心軸之間的齒連接改為膜片聯(lián)軸器連接，進一步消除傳動件之間的傳動間隙。

3．為了監(jiān)測各個快臺的諧振情況，采取了以下措施：

（1）根據(jù)結(jié)晶器的內(nèi)腔形狀，用薄鋼板專門制作了和結(jié)晶器形狀一樣的底部密封的水槽，并以此來模擬結(jié)晶器內(nèi)的鋼水情況；

（2）在設(shè)備整備完成驗收、上線或停機檢修時均用仿結(jié)晶器水槽加水進行試驗，通過對不同振頻條件下水槽內(nèi)水的晃動情況來確定結(jié)晶器振動裝置的諧振區(qū)間；

（3）將萬向聯(lián)軸器的直徑有150mm提高到170mm，提高了萬向聯(lián)軸器的強度。

4．針對用水模試驗檢測出來的諧振區(qū)間，對振頻與拉速的關(guān)系進行了優(yōu)化調(diào)整，具體如下：

模型一：f= 70V+50振頻大于105次時振動不再增加；

模型二：f=70V+50 振頻大于115時振頻不再

增加；

實際生產(chǎn)過程中，如監(jiān)測到結(jié)晶器振動臺的諧振區(qū)間在105次以上，則采用模型一，如監(jiān)測到的結(jié)晶器振動臺諧振區(qū)間在115次以上，則采用模型二。

當(dāng)然，如監(jiān)測到的振動諧振區(qū)間在105次以下，則采用模型二，同時在拉速調(diào)整過程中將拉速控制避開諧振區(qū)間對應(yīng)的拉速區(qū)間，比如，實際監(jiān)測的諧振區(qū)間是92～95次，對應(yīng)的拉速是0.6～0.65m/min，則在無論是提拉速還是降拉速過程中，均不使拉速在0.6～0.65m/min這個區(qū)間停留。

通過以上措施的采取，減小了結(jié)晶器諧振的強度，同時在實際生產(chǎn)過程中避開了振動系統(tǒng)的諧振區(qū)間，有效減輕了結(jié)晶器振動系統(tǒng)諧振對鑄機粘結(jié)的

影響。

五、改進效果

自從采取以上措施以后，鑄機的粘結(jié)抽芯明顯得到改善，2008年11、12月和2009年1月份三個月，三臺鑄機累積粘結(jié)抽芯11次，并且無粘結(jié)漏鋼事故的發(fā)生，由此可見，通過以上措施的采取，板坯鑄機粘結(jié)抽芯和漏鋼事故得到了很好的控制。

六、結(jié)語

1．板坯鑄機電機驅(qū)動、機械傳動和板簧導(dǎo)向的四偏心振動系統(tǒng)存在著明顯的諧振區(qū)間，在這個諧振區(qū)間內(nèi)結(jié)晶器液面波動大，波動無規(guī)律，這種波對結(jié)晶器保護渣的熔化、潤滑產(chǎn)生了較大影響，容易導(dǎo)致鑄機的粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼事故。

2．系統(tǒng)內(nèi)彈性部件越多，這種諧振情況越嚴(yán)重，對鑄機生產(chǎn)和質(zhì)量的影響也越大。

3．通過采取改進連接方式、提高整備質(zhì)量來消除傳動間隙，通過水模試驗來監(jiān)測諧振區(qū)間、參數(shù)優(yōu)化和操作控制來避開諧振區(qū)間，對于防止結(jié)晶器振動系統(tǒng)諧振造成的粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼事故效果

顯著。

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作者簡介：崔美棠（1973-），女，遼寧海城人，濟鋼寬厚板廠技術(shù)科助理工程師，研究方向：煉鋼工藝技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）