探讨方坯电动非正弦振动参数开发与优化

探讨方坯电动非正弦振动参数开发与优化
1 概述
由于方坯电动非正弦振动技术具有改善铸坯质量、提高拉速、可在线调整振动参数等显著优点，使得这一技术在国内得以较广泛应用。

在非正弦技术实际应用中，其振动参数的选择是改善铸坯质量的关键技术环节，为此，文章就非正弦振动的选择依据、方法进行了阐述，对每种参数的优缺点进行分析，通过不断优化最终得到适应于方坯铸机的最优非正弦振动参数。

2 振动参数选择的依据
振痕深度实际上是由负滑脱时间的长短控制的，减小负滑动时间可减小振痕深度。

但负滑动时间也不能太短，以防止坯壳与结晶器发生粘结。

据国内外相关研究振动参数选择与确定的基本依据如下：
负滑动时间tN：负滑动时间控制坯壳的粘结，可选择的范围为0.08～0.183s，与正弦参数一致。

负滑动超前量NSA：该参数为负滑动时间里结晶器相对铸坯的位移量，可选择范围为3.8～5.11mm。

正滑动时间tP：保护渣消耗量与tP成正比。

取较大值可以增加保护渣消耗量，起到改善润滑作用。

偏斜率a的选择：取值越大越有利。

但若a取值过大，则使结晶器向下振动的加速度变得很大，从而造成对设备的冲击和不平稳。

若取值太小，则非正弦振动的优越性又不能充分地发挥出来。

根据目前的使用经验，一般取a≤40%。

以上资料中给出的工艺参数取值，只是定性的选择，定量的确定需参考已有的非正弦振动操作实践及通过实践对比铸坯质量进行摸索。

3 非正弦参数摸索开发及优化实践
R6m全弧形方坯铸机，铸机断面150×150mm，结晶器长度900mm，铸机正常拉速2.2～3.0m/min，参照非正弦参数选择依据并结合实践铸坯质量检验结果，振动参数开发及优化过程如下：
3.1 试验非正弦参数（F=70V+50，振程S=8.4mm，偏斜率0.2）
非正弦各项参数与应用情况：参照其他钢厂实践经验，选用以上非正弦参数，此振动参数采用固定振幅，随着拉速的变化，通过调整振动频率实现结晶器振动的匹配控制。

计算非正弦主要参数如下：正常拉速下（1.6～3.2m/min）负滑动时间在0.078～0.140s之间，负滑动超前量在3.40～4.06mm之间，正滑动时间波动范围为0.196～0.323s，与非正弦参数取值范围吻合较好，为此将此非正弦参数进行试验应用。

在该参数下进行试验，4流非正弦振动与3流正弦振动（F=60V+60，振幅4mm）取样酸洗对比发现，应用此非正弦参数铸坯振痕深度平均为0.31mm，振痕深度大于正弦振动参数下的0.24mm。

说明此参数不能适应我厂非正弦振动的要求。

对此参数的分析：此种模型为振动频率与拉速成比例的控制模型，模型中振幅不随拉速变化，随着拉速、频率的增加，负滑动时间、正滑动时间下降较快，即拉速的较大幅度变化会引起负滑动时间剧烈变化，从而影响铸坯质量。

3.2 试验非正弦参数（F=30V+125，振程S=6+1V，偏斜率0.2）
非正弦各项参数计算与应用情况：因此套电动非正弦振动系统可实现振幅的在线可调，设计了一种振幅、振频都在线调节的匹配控制模型。

在此种模型中，振幅随拉速增加而增加。

随着拉速增加，正滑动时间、负滑动时间波动范围减小（拉速从1.6m/min增加至3.2m/min，正滑动时间波动范围为0.249～0.304s，负滑动时间波动范围为0.090～0.129s）。

正常拉速下负滑动超前量在 3.14～3.55mm之间，在工艺参数中，除负滑动超前量与参数选择依据有所差别外，其余参数吻合较好。

在该参数下进行试验，4流非正弦振动与1流正弦振动对比看，铸坯振痕较前一非正弦模式振痕有所改善，但与原正弦振动振痕对比，改善效果不明显，振痕深度平均值与正弦振动接近。

对此参数的分析：此种振动参数，振频较低（138～176次/min），振幅随拉速增加，且初始值即为±3mm，未能充分发挥电动非正弦振动高振频、小振幅的优势，且负滑动时间取值略长，不利于减轻铸坯振痕深度。

3.3 试验非正弦参数（F=40V+145，振程S=
4.4+1.2V，偏斜率0.2）
改用非正弦参数（F=40V+145，振程S=4.4+1.2V，偏斜率0.2），此参数较F=125+30V的参数增加了振动频率，相对减少了振幅，此参数正滑动时间较长，负滑动时间减短，且波动值较小，对减轻振痕深度有利，计算工艺参数如表1所示。

在该参数下多次进行铸坯酸洗检查发现，4流铸坯振痕比其他流次明显减轻，振痕深度由正弦振动的平均0.24mm降低到平均0.13mm。

4 新开发的非正弦振动参数应用后的使用效果
4.1 提高铸坯表面质量
通过近两个月的振动参数调整，新开发的非正弦参数能够适应高拉速的方坯铸机生产，充分发挥了电动非正弦振动高振频、小振幅优势，铸坯振痕深度得到较明显的改善，提高了铸坯的表面质量。

4.2 保护渣耗量增加
非正弦项目应用后，增加了保护渣耗量，实际测量方坯非正弦振动渣耗量较普通正弦振动保护渣耗量平均增加0.034kg/t钢，保护渣耗量的增加可改善结晶器与坯壳之间的润滑效果，有利于防止坯壳粘结，降低漏钢事故率，并有利于进一步提高铸机拉速。

5 结语
从此次非正弦参数的开发与优化实践证明：
（1）电动非正弦振动可改善连铸坯表面质量，提高保护渣耗量，减少铸机事故。

（2）非正弦振动参数的选择合理与否十分关键，如参数选择不合理则不能达到减小振痕、提高保护渣耗量降低事故的目的。

（3）非正弦振动参数的开发需经理论计算及实际使用的验证，在实践中对比各参数下的铸坯质量改善情况，并据此进一步进行优化，最终达到电动非正弦振动的最佳使用效果。

参考文献
[1] 田燕翔.现代连铸新工艺新技术与铸坯质量控制
[M].北京：当代中国出版社，2004.。