结晶器振动技术

内蒙古科技大学

实习论文

题目：结晶器振动技术姓名

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目录

内蒙古科技大学煤炭学院 (1)

目录 (2)

一、摘要 (3)

二、前言 (3)

三、结晶器振动技术 (5)

3.1正弦振动 (5)

3.2非正弦振动 (6)

3.4结晶器振动参数设置 (9)

3.5振动伺服阀 (10)

3.6结论 (10)

一、摘要

连铸连轧结晶器振动技术的发展历史和现状，简单分析了结晶器正弦振动和非正弦振动形式，并讨论了结晶器振动和润滑的关系。

关键词：结晶器；振动；润滑；振动参数；振动伺服阀；

二、前言

结晶器振动是连铸技术的一个基本特征。连铸过程中，结晶器和坯壳间的相互作用影响着坯壳的生长和脱膜，其控制因素是结晶器的振动和润滑。连铸在采用固定结晶器浇注时，连铸直接从结晶器向下拉出，由于缺乏润滑，易与结晶器发生粘结，从而导致出现拉不动或者拉漏事故，很难进行浇注。结晶器振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的，振动结晶器的发明引进，工业上大规模应用连铸技术才得以实现。可以说，结晶器振动是浇注成功的先决条件，十年来发展的重要里程碑。近年来，冶金工业的迅速发展，要求连铸提高拉速和增加连铸机的生产能力，人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展。

连铸机结晶器振动的目的是防止拉坯时坯壳与结晶器黏结,同时获得良好的铸坯表面。结晶器向上运动时,减少新生坯壳与铜壁产生黏着,以防止坯壳受到较大的应力,使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时,借助摩擦,在坯壳上施加一定的压力,愈合结晶器上升时拉出的裂痕,要求向下运动的速度大于拉坯速度,形成负滑脱。结晶器壁与运动坯壳之间存在摩擦力,此摩擦力被认为是撕裂坯壳进而限制浇注速度的基本因素。在初生坯壳与结晶器壁之间存在液体渣膜,此处的摩擦为黏滞摩擦,即摩擦力大小正比于相对运动速度,渣膜黏度,反比于渣膜厚度。在结晶器振动正滑脱期间摩擦力及其引起的对坯壳的拉应力就较大,可能将初生坯壳拉裂,为此开发了采用负滑脱的非正弦振动技术来减小这一摩擦力。理论研究及模拟实验表明,适当选择非正弦振动参数(偏斜率)可减小摩擦力50% ~60%。在结晶器液压伺服非正弦振动出现之前都是采用机械式振动装置的,机械

式的振动装置由直流电动机驱动,通过万向联轴器,分两端传动两个涡轮减速机,

其中一端装有可调节轴套,涡轮减速机后面再通过万向联轴器,连接两个滚动轴

承支持的偏心轴,在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄,并通过带橡胶轴承的

振动连杆支撑振动台,产生振动。机械振动一般采用正弦曲线振动,振动波形、振

幅固定不变。与机械振动相比,板坯连铸机的液压振动装置具有一系列优点: 振动力由两点传入结晶器,传力均匀;在高频振动时运动平稳,高频和低频振动时

不失真,振动导向准确度高;结构紧凑、简单,传递环节少,与结晶器对中调整方便,

维护也方便;采用高可靠性和高抗干扰能力的PLC控制,可长期保证稳定的振动

波形;可改变振动曲线,并可在线设定振动波形等,增加了连铸机可浇钢种;改善

铸坯表面与结晶器铜壁的接触状态,提高铸坯表面质量并减少黏结漏钢。

三、结晶器振动技术

在结晶器振动技术发展过程中，在振动形式及振动装置的结构上出现了多种多样的形式。目前，在工业生产中应用量多的是正弦波模式。近年来，非正弦波模式又被人们接受，并随着先进的液压振动装置的出现，采用了各种各样的振动曲线。

3.1正弦振动

正弦振动就是结晶器的运动速度和时间成正弦曲线关系，如图1曲线2 所示。这种振动规律的最大优点就是只要用一简单的偏心机构即可实现，易于维护，速度变化平稳无冲击。由于正弦振动的速度始终处于变化中，在振动机构和拉坯机构之间没有严格的速度关系。因此，也不必建立严格的连锁。同时，在运动中仍有一小段负滑脱阶段，具有脱膜作用。由于加速度较小，这种振动还能实现高频振动，减少负滑动时间以得到较浅的振痕，有利于改善铸坯表面质量，为了使这两个参数最佳化，曾经历了不同方向的发展1。从大量实践经验可以得出结论，高频率小振幅对改善铸坯表面质量有明显的效果2。从图2可以看出拉坯速度相

同时，小振幅高频率壳减少振痕深度，负滑脱时间t

N =60/πfcos-1(1000W

拉

/2π

Sf),当振幅S减小,振动频率f增大时,其结果可使负滑脱时间tN缩短,因此也可以说缩短负滑脱时间有利于提高铸坯表面质量,图3也说明了这一点。目前,有关文献报道大多数负滑脱时间取值范围在0·1~0·25s,对于不同钢种最佳负滑脱时间为0·1s。

但是,正弦振动的特性完全决定于其振幅和频率的数值,即正弦振动只有两个相互独立的振动参数。变量少,其波形的调节能力就小,难以完全满足高速连铸的工艺要求,特别是对于那些易于粘结的钢种,在高速浇注条件下采用具有较长的正滑动时间的非正弦式结晶器振动是更有利的,而且采用带可调程序控制装置的液压机构很容易实现这种非正弦振动方式。

3.2非正弦振动

结晶器振动结构原理如图3所示。由图3可以看出结晶器振动系统的构成包括两大部分:电气控制部分与液压驱动部分;液压部分主要包括2个振动液压缸和1个蓄能器,其动力源为主液压站,主液压站向2个振动液压缸提供稳定压力和流量的油液。液压站的运行由远程PLC站来控制。电气控制元器件:在振动台下面的控制箱内有1个伺服阀、1个位置传感器、1个温度传感器、2个压力传感器(进油压力检测与出油压力检测),另外还有1个箱体冷却电磁阀和1个油路急停电磁阀。结晶器振动的核心控制装置为伺服阀,它带位置反馈,可以准确的调节其阀位, PLC输出0~±10V的控制信号,反馈回4~20mA的信号,根据反馈信号的大小来调节阀位,因而它的控制精度高于比例阀,比例阀是不带位置反馈的。伺服阀的灵敏度极高,但液压站提供的压力有波动,伺服阀的动作就会失真,造成振动时运动不平稳和振动波形失真。因此,要在系统中设置蓄能器以吸收各类波动和冲击,保证整个系统的压力稳定。控制箱内的温度传感器用来检测缸体温度,以便于观察各元器件的工作环境,它的温度数值可以从HMI上或C7-634上看到,如果由于冷却不良导致环境温度过高时,位置传感器会失控并产生紊乱信号,同时执行保护性停机。它的一般允许温度最高为80℃,保持良好的冷却,有助于系统的稳定与正弦和非正弦曲线振动靠伺服阀控制,而伺服过PLC控制曲线生成器设定振动曲线(同时也设定振幅和频率)。曲线生成器通过液压缸传来的压力信号和位置反馈信号来修正振幅和频率。经过修正的振动曲线信号转换成电信号来控制伺服阀。只要改变曲线生成器即可改变振动波形、振幅和频率。曲线生成器输入信