结晶器振动技术的发展

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TIANJIN METALLURGY
2 0 0 6 年第 2 期 总第 1 33 期
结晶器振动技术的发展
时彦林 1 李鹏飞 2 ( 1.河北工业职业技术学院, 050091; 2.石家庄钢铁有限公司, 050031)
[ 摘要] 介绍了连铸机结晶器振动技术的发展历史和现状, 分析了正弦和非正弦振动的形式。
Key wor ds: solvent method; hot galvanizing; hot- rolled sheet; base; state; coating quality
Development of Oscillation Technique of Mould Shi Yanlin Li Pengfei
Application and Design of the Welded Steel Str uctur e Fr ame of a Bending Machine
Yang Peihao Wang Ying- Chun Abstr act: A fully- welded steel structure frame was success- fully developed and applied to a bending machine to replace conventional iron casting structure. The plate- shell computa- tional program of finite element method was used to seek the stress and deformation under service condition of the numerical simulation results indicated that the supporting frame met the production requirement.This bending machine was applied suc- cessfully in engineering practice . Key wor ds: frame; casting structure; fully- welded steel struc- ture; finite element method
作者简介
时彦林, 男, 硕士, 副教授, 教研室主任。现从事连续铸钢的教学 与研究工作, 曾发表论文 10 余篇。
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发展循环经济 打造节能型钢铁企业
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度达不到无穷大, 但仍然是很大的。这对铸坯的质量
权, 并在美国约阿·勒德隆钢公司 (Allegheng Ludlum Steel Corporation)Watervliet 厂的一台方坯 连 铸 试 验 机 上采用了振动结晶器。与此同时, 容汉斯振动结晶器
和振动系统的正常运转都是不利的, 因而也不便于采 用高频率振动。
正弦振动规律是目前国内外应用最广泛的一种
图 2 结晶器振动方式
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振 动 规 律 。 它 在 方 坯 、板 坯 及 薄 板 坯 连 铸 机 上 都 有 最 广泛应用。
S(
t)
=hsin{2arctg[
1+E 1- E
tg( πft) ]}
V(
t)
=h
1-
( 1- E 2) ω E 2- 2Ecos( ωt)
cos{2arctg[
1+E 1- E
tg( πft) ]}
式中: h—振幅, mm;
ω—角频率, rad/min;
E—波形偏斜因子, 与波形偏斜率 α有对应的关
关键词 连铸机 结晶器 正弦振动 非正弦振动
1 前言
3.1 矩形速度规律
结晶器是连铸机的心脏部件。浇注钢液时, 若结
矩形速度规律是最早出现的一种振动方式, 其速度
晶 器 固 定 不 动 , 铸 坯 易 与 结 晶 器 发 生 粘 结 , 增 大 了 拉 变化规律如图 1 中的曲线 1 所示。它的主要特点是: 结
Abstr act: The development history and present situation of oscillation technique of CCM mould are introduced, and the forms of the sine and non- sine oscillation analyzed. Key wor ds: CCM; mould; sine oscillation; non- sine oscilla- tion
振动装置, 并成功地应用于有色金属黄铜的连铸。
变化很大, 加速度在理论上等于无穷大。虽然由于凸
1949 年 S·容 汉 斯 的 合 作 者 美 国 的 艾 尔 文·罗 西
轮曲线的上升和下降段之间有过渡曲线相连使加速
(lrving Rossi) 获 得 了 容 汉 斯 振 动 结 晶 器 专 利 的 使 用
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2 0 0 6 年第 2 期 总第 1 33 期
结晶器振动技术的发展

正弦速度规律如图 2 中的曲线 1 所示(正弦波与余 弦波相同)。选择这种速度规律的基本出发点是: 打破 结晶器和铸坯之间要有一定的速度关系的框框, 着重 发挥它的脱模作用; 用偏心轮取代凸轮。
器在向下运动的过1。
于拉坯速度, 即所谓的“负滑动运动”。从而在坯壳中
从表 l 结晶器振动技术的发展来看, 结晶器振动
产生压应力, 可以使结晶器里断裂的坯壳压合, 使粘
经 历 了 矩 形 速 度 方 式 、梯 形 速 度 方 式 到 目 前 应 用 最 多
坯阻力, 导致出现“拉不动”或者拉漏事故, 很难进行浇 晶器在下降时与铸坯做同步运动, 然后以 3 倍的拉坯
注。而结晶器以一定的规律振动, 使其内壁获得良好 速度上升。
的润滑条件, 减少了摩擦力又能防止钢水和内壁的粘
结, 同时还可以改善铸坯的表面质量。当发生粘结时,
振动能强制脱模, 消除粘结。结晶器振动是浇注成功
3.4 非正弦速度规律 非正弦速度规律如图 2 中的曲线 2 所示。
正弦振动的特性取决于其振幅和振动频率, 只有 两个振动参数, 独立变量少, 波形调节能力小, 而负滑 动时间随着振动频率的减小及振幅的增大而增大, 但 过高的振动频率和过大的振幅会降低系统的稳定性, 增大铸坯与结晶器之间的摩擦。因此, 为适应上述要 求, 近年来出现了非正弦振动方式。
系;
S—输入位移;
V—输入速度。
4 结束语
早期的连铸机结晶器振动主要由凸轮实现的矩
形速度规律和梯形速度规律, 波形单一, 未能实现振
动波形的优化。采用偏心机构使结晶器正弦振动得到
了发展, 并不断地对其振动参数进行优化, 实现高频
振动以改善铸坯表面质量。目前开发的非正弦振动,
波形选择范围宽, 并且调节容易, 降低了铸坯和结晶
结的坯壳强迫脱模; 结晶器在上升和下降的转折点
的正弦振动方式以及近几年更先进的非正弦振动方
处, 速度变化比较缓和, 有利于提高运动的平稳性。
式。
实践证明, 梯形速度规律是一种较好的振动规
3 振动形式分析
律, 因此沿用了多年。后来才被正弦振动规律所取代。
3.3 正弦速度规律
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漏事故。因此, 静止不振动的结晶器限制了连铸生产 问题是: 实现运动规律的凸轮加工制造比较麻烦; 为
的工业化。直到 1933 年现代连铸的奠基人— ——德国的 了保证严格的同步运动, 振动机构和拉坯机构之间要
西格弗里德·容汉斯(Siegflied Junghans)开 发 了 结 晶 器 实行严格的电气连锁; 在上升和下降的转折点处速度
器内壁摩擦阻力, 特别是机械驱动的系统, 因系统简
单、投资低而在国内很有推广前景。
( 收稿 2005- 8- 26 责编 苗龙军)
参考文献
[1] 李 宪 奎 , 张 德 明.连 铸 结 晶 器 振 动 技 术[M].北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社, 2000. [2] 曹悦霞, 杨晓江.结晶器振动技术发展[J].河北冶金, 2002( 6) [3] 吴晓明, 韩晓娟等.液压伺服控制结晶器非正弦振动技术发展简 介[J].连铸, 2000( 5) [4] 罗振才.炼钢机械[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1988.
S( t) =hsin[ωt- αsin( ωt) ] V( t) =h[ω- αωcos( ωt) ]cos[ωt- αsin( ωt) ] 式中: h—振幅, mm; ω—角频率, rad/min; α—波形偏斜率; S—输入位移; V—输入速度。 国内, 李宪奎教授开发了机械驱动实现非正弦振 动的装置, 并获得专利。与液压伺服系统相比具有结 构简单, 便于加工、制造和维修成本低等优点, 特别适 合原有连铸机的改造。其振动波形曲线:
非正弦振动方式主要特点是: 负滑动时间短, 有 利于减轻铸坯表面振痕深度; 正滑动时间较长可增加 保护渣的消耗量, 有利于结晶器的润滑; 结晶器向上 的运动速度与铸坯运动速度差较小, 可减小结晶器施 加给铸坯向上作用的摩擦力, 即可减小坯壳中的拉应 力, 减少拉裂。
非正弦振动的实现有液压和机械两种。 国外采用液压伺服系统, 允许在浇注期间对振动 波形、频率、振幅进行调整, 该系统复杂、投资昂贵, 对 设备的维护和要求高。具有代表意义的是 DEMAG 的 液压伺服系统, 其振动波形曲线包括位移曲线和速度 曲线:
Study on Design of Fully- automatic Section- linear Wr ap- ping Machine
Li Meihong Li Guogang Abstr act: The development and structure design of the tape wrapping machine of hydroelectric generator externally with clad copper are introduced, and the structure design of tape conveyer, support and tractor discussed in detail. Key wor ds: wrapping machine; swivel- head support; tractor; design
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ABSTRACTS
TIANJ IN METALLURGY
Apr . 2006 No . 2 Total No . 133
Thinking of Extension of Building Bar s and Wir e Rods Pr ocessing
3.2 梯形速度规律
又 被 用 于 西 德 曼 内 斯 曼 (Mannesmann) 公 司 胡 金 根
梯形速度规律是矩形速度规律的改进, 其速度变
(Huckingen)厂的一台连续铸钢试验连铸机。
化规律如图 1 中的曲线 2 所示。它的主要特点是: 结晶
结晶器振动在这两台连铸机上的成功应用, 为振
的先决条件, 是连铸发展的一个重要里程碑。振动结
晶器的发明, 才得以实现工业上大规模应用连铸技
术。随着连铸技术的发展, 结晶器振动技术也在不断
的发展。
2 结晶器振动技术发展的历史
图 1 结晶器振动方式
最初的连铸机结晶器是静止的, 在拉坯过程中坯
生产实践表明, 这种振动方式对铸坯的脱模是有
壳极易与结晶器壁发生粘结, 从而导致“拉不动”或拉 效的, 早期得到应用。但此种振动方式所存在的主要
这种速度规律的主要特点如下: 3.3.1 结晶器与铸坯之间没有同步运动阶段, 但仍然 有 一 小 段 负 滑 动 , 有 利 于 拉 裂 坯 壳 的“愈 合 ”和 脱 模 。 3.3.2 由于速度是按正弦曲线变化, 所以加速度是按 余弦曲线变化的。使结晶器振动平稳。 3.3.3 由于加速度较小, 可以采用较高频率振动, 有利 于消除坯壳的粘结, 提高脱模作用。 3.3.4 正弦振动是用偏心机构来实现的, 比采用凸轮 机构优越, 加工制造容易, 润滑密封方便, 运动精度 高, 易于采用高频振动。
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