连铸结晶器振动参数取值限度问题

连铸结晶器振动参数取值限度问题

1 前言

随着连铸技术的发展,结晶器振动技术亦不断发展,主要表现在振动参数的选择更加灵

活,振动的工艺效果更好,尤其是振动参数更适合连铸高拉速的工艺要求。结晶器振动的每一次完善都是突破原有振动参数的取值限度,以适应连铸更高的工艺要求。随着结晶器非正弦振动形式的开发,本文讨论振动参数的取值限度问题。

2 结晶器振动参数的影响

拉速Vc是连铸工艺控制的一个最关键的参数,因此结晶器振动参数的选择亦必须适合

拉速的要求。结晶器振动工艺参数对其工艺效果的影响如下:

1)结晶器振动的负滑脱时TN控制铸坯表面的振痕深度,即两者呈增函数关系。TN越

长,振痕越深。

2)保护渣的消耗量与结晶器振动的正滑脱时间呈增函数关系,正滑脱时间越长,保护

渣消耗量越大。

3)结晶器振动的负滑脱时间率、负滑动量、结晶器上振的最大速度都反映结晶器振动

的工艺效果,但它们不是独立的参数,而且随着结晶器振动形式的确定,一般以其正、负滑脱时间来判定结晶器振动的工艺效果。

基于上述几点,为控制铸坯的振痕深度,希望TN短;而为保证结晶器的润滑效果,增

加保护渣的消耗量,希望正滑脱时间长,为此目的开发了结晶器的非正弦振动形式,从而突破了结晶器正弦振动参数的取值限度。

3 问题的提出

在结晶器非正弦振动中引入波形偏斜率α这一基本参数,增加了振动的独立参数,使振

动参数的选择更灵活,更适合高速连铸的工艺要求。即在一定的VC条件下,采用非正弦振

动可以明显地降低振动频率f ,即可以保持f 不变,通过调整α来适合Vc的要求。此外,

非正弦振动可以分别构造结晶器的上振和下振速度曲线。由此提出:在一定的Vc下,可否

通过不断地增加α而无限地降低f 。

图1示出在一定VC和振幅S时,不同α所对应的tN–f 曲线。可见α增加,tN–f 曲线

左移。图2为对应图1中某一tN值时,不同α和f 下的结晶器振动速度Vm–时间t曲线。

这些曲线的特点是,Vm≤0时,Vm–t曲线完全相同;当Vm>0时,随α各f 的不同,Vm–

t曲线不同。则由图2,一定Vc和f 时,α增加相应地f 减少,但tN–f 曲线保持不变。上

述问题则可表述为:一定的VC和S条件下,保持结晶器下振速度曲线不变,而不断地改变结晶器上振速度曲线,即通过构造不同的结晶器振动曲线,同时实现α增加和f 降低;而且,α趋近于1、f 趋近于0时,结晶器振动的工艺效果更佳。为此,需对上述问题进行分析。

QuickTime?and a

TIFF (U ncompressed) decom pressor

are needed to see this picture.

图1 波形偏斜率对负滑脱时间的影响

QuickTime?and a

TIFF (U ncompressed) decom pressor

are needed to see this picture.

图2 不同的结晶器振动速度曲线

4 结晶器振动参数的取值限度

4.1振动参数取值的基本要求

1)α的一般定义

结晶器下振时间TD与α及结晶器振动周期T的关系如式(1):

T(1) 2/)1(TDα−=

由式(1)可得式(2):

α(2)TTD/21−=

按式(2)定义α,对复杂的结晶器振动曲线更具有普通定义。

2)负滑脱时间曲线的一般特点

在正弦振动中,tN–f 曲线的特点是在f 坐标轴上总有f 0、f 1 点。当f ≤f 0 时,tN≤

0;当f 0f 1 时,f 增加,tN缓慢减少,

并无限趋近于0。

任何振动形式均为周期性运动,所以结晶器振动的速度总是与其f 成正比。而出现负

滑脱的必要条件是下振的最大速度要>Vc。因此,在一定的Vc及一定的振动参数条件下, 其tN–f 曲线总有f 0、f 1点,仅在特殊情况下f 0、f 1点,仅在特殊情况下f 0、f 1点重合,

这个特点是振动结晶器的必然特性。

3)振痕深度及振痕间距

振痕深度的主要影响因素是结晶器振动的负滑脱时间,而振痕间距Pm与振痕深度同样

对铸坯表面质量有极大的影响,增加Pm可以改善铸坯表面质量。Pm可由式(3)表示。

fVcPm/= (3)

4)振动参数取值的基本要求

连铸振动结晶器的一个基本要求是必须出现负滑脱振动,即tN>0。因此,下振的最大

速度必须>Vc,即负滑动量必须>0。

结晶器振动的负滑动量NSA定义为:负滑脱期间结晶器相对于铸坯下移的距离。

(4)∫−=

2

1 )(

t

t cm dtVVNSA

式中Vm—结晶器下振的速度;

t1—负滑脱开始时间;

t2—负滑脱结束时间。

负滑脱振动必须满足;

NSA> 0 (5)

4.2 振动参数的取值限度

1)正弦振动参数的取值限度

在正弦振动中,TN可表示为:

t(6) )2/(cos/60 1SfVcfNππ−×=

为使tN >0,应有:

2>Vc(7)Sfπ

式(7)为结晶器正弦振动参数的取值限度,即在一定的Vc和S的条件下,f 总有一个

最小的取值要求。

由式(7)可得

fVcPm/= <(8)Sπ2

可见,采用正弦振动,Pm总有一个取值上限2πS。为增加Pm而增加S,势必会使tN

增加而增加振痕深度,即控制振痕深度与控制Pm是矛盾的。一般认为Pm ≥12.7mm时,振

痕过深,坯壳厚度的均匀性明显变差。所以正弦振动中,不可能同时优化每个方面的工艺效果。

2)非正弦振动参数的取值限度

对于非正弦振动波形的负滑脱时间可表示为:

t(9)[SfVf CNπαπα2/)1(cos/)1(60 1−×−= − ]

为使tN>0,应有:

2>Vc(10) )1/(απ−Sf

式(10)即是对非正弦振动参数取值的一个基本要求。由于振痕深度取决于TN ,两者

呈增函数关系;高频振动时,保护渣消耗量取决于正滑脱时间;低频振动时,保护渣消耗量取决于NSA。因此Vc、S、f 一定时,增加α,可使TN减小、NSA和正滑脱时间增加,结

晶器振动的综合工艺效果最好。如果Vc、S一定,增加α同时降低f 的结果如下。

假设在结晶器一个振动周期内,保护渣的填充量Qm为:

NSALKQm1= (11)

式中 K1—比例常数;

L—铸坯的边长。