结晶器正弦振动装置的形式及其特点

现代连铸技术讨论课

结晶器正弦振动装置的形式及其特点

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姓名：

课程名称：现代连铸技术

指导教师：

2013年11月7日

目录

1、结晶器振动技术的发展历史 (1)

2、结晶器的正弦振动 (1)

2.1正弦振动的定义 (1)

2.2正弦振动的特点 (1)

2.3正弦振动机构满足的条件 (1)

2.4结晶器实现弧形的轨迹方式 (2)

3、结晶器导向机构 (2)

3.1 长臂振动机构 (2)

3.2 导轨式振动机构 (3)

3.3 差动齿轮振动机构 (3)

3.4 四连杆振动机构 (4)

3.5 四偏心振动机构 (6)

4、机械驱动结晶器正弦振动振幅调整 (7)

5、同步控制模型 (8)

5.1 f=av模型 (8)

5.2 f=av+b模型控制 (8)

5.3 f=b模型 (8)

5.4 f=-av+b (8)

现代连铸技术讨论课

1、结晶器振动技术的发展历史

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,铸坯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,是连铸发展的一个重要里程碑。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。结晶器振动经历了早期的非正弦振动方式到正弦振动方式,目前又发展到非正弦振动方式的过程。当然,现在所采用的非正弦振动与早期的非正弦振动虽然振动波形同为非正弦,但其目的和实现方式上二者有本质的区别。

2、结晶器的正弦振动

2.1正弦振动的定义

当结晶器的运动速度与时间的关系为一条正弦曲线时称这种振动为正弦振动。2.2正弦振动的特点

正弦振动的主要特点是：结晶器在整个振动过程中速度一直是变化的，即铸坯与结晶器间时刻都在相对运动。在结晶器下降时还有一小段负滑动，因此能消除和防止粘结。另外，由于结晶器的运动速度是按正弦规律变化的，加速度则必然按余弦规律变化，所以，过度比较平稳，冲击比较小。它与梯速振动相比，坯壳处于负滑动状态的时间较短，且结晶器上升时间占振动周期的一半，故增加了坯壳断裂的可能性。为了弥补这一弱点应充分发挥加速度较小的长处，亦可采用高频率振动以提高脱模的效果。

2.3正弦振动机构满足的条件

正弦振动机构满足的两个条件：

①使结晶器准确地沿一定的轨迹振动；

②使结晶器按一定规律振动。

2.4结晶器实现弧形的轨迹方式

结晶器实现弧形的轨迹方式有：导轨式、长臂式、差动式、双摇杆式以及四偏心式等等。

振动规律的方式：偏心轮式、凸轮式、液压缸式等。

正弦振动规律最突出的优越性是：它只要用一简单的偏心机构（偏心轮或偏心轴套组合）就能实现，无论从设计上还是制造上就能实现。

3、结晶器导向机构

铸坯表面的质量主要取决于结晶器内坯壳形成时的条件，其中一个重要因素就是结晶器壁与坯壳之间的摩擦力所产生的应力。

根据不同的钢种，通过优化振动模式和铸造参数，来减小摩擦力，进而减小坯壳应力是完全可能的。

结晶器振动应尽可能接近所设定的轨迹。这一点在板坯连铸中尤其重要，这里任何横向摇摆、角部的不规则运动都应避免。

一般认为传统的四偏心型和短臂振动机构都有导向方面的设计缺陷，即由于磨损而产生不可控制的运动偏差。这种认识促进了柔性体结晶器振动导向机构的开发。

3.1 长臂振动机构

在弧形连铸机中，它是把结晶器安装在一个与铸机圆弧半径相同的振动臂上，如图3-1所示。

这种振动机构的振动轨迹在理论上是准确的。但如果振动臂较长，则因加工制造误差、受热膨胀、受力变形而使结晶器产生较大的振动轨迹误差。所以它只适用于圆弧半径较小的连铸机上。

图3-1长臂振动机构图3-2 低矮型长臂振动机构

在连铸发展的初期这种机构被用于生产，但随着连铸机圆弧半径增大而被其他振动机构所代替。不过，由于连铸技术的发展，近年来出现了所谓“超低矮型”连铸机，该机型的基本圆弧半径较小，如R＝3m，采用多点矫直，如矫直点数为7-19。由于基本圆弧半径较小而使长臂振动机构又重新获得应用。结晶器沿着精确的轨迹振动对于铸坯的润滑、传热及坯壳的生长、脱模都十分有利。

3.2 导轨式振动机构

图3-3弧线导轨式振动机构

这种振动机构可以实现弧线运动，也可以实现直线运动．如图3-3、图3-4所示。由于导轨式振动机构避免了长振动臂，结构也比较简单，因此早期应用较多。但是由于导轨不易获得充分润滑，又不易保持清沽，所以磨损较严重，影响运动轨迹精度，因而逐渐被其他振动机构所代替。

图3-4 直线导轨振动机构

虽然近年来导轨式振动机构又在罗可普连铸机上得到了应用。但是导航式振动机构所固有的缺点在生产中依旧暴露无遗，使一些生产厂家不得不对其进行改造。

3.3 差动齿轮振动机构

差动齿轮振动机构是我国60年代中期开发并应用于生产的弧线轨迹振动机构，如图3-5所示。结晶器固定在由弹簧7支撑的振动框架1上，用凸轮或偏心轮8强迫

框架下降，利用弹簧的反力使其上升。振动框架的内、外弧侧面，装有齿条6，分别与节圆半径相等的小齿轮2、4相啮合。装在小齿轮轴上的扇形应轮3及5有不同的节圆半径，内弧侧的节圆半径较大，相互啮合的扇形齿轮3及5摆动时、就使与其相连的两个小齿轮2及4产生个同的线速度。反应在振动框架两侧的齿条上，其上下运动的线速度也不一样，因而可使结晶器产生弧线运动，由于它结构复杂，齿轮与导向件磨损较严重等原因而未能得到推广。但劳动原理却在后来的四偏心机构上得到了应用。

图3-5 差动齿轮振动机构

3.4 四连杆振动机构

它是一种双摇杆机构，它的两个摇杆可以装设在连铸机的外弧侧，如图3-6a所示，也可装设在内弧侧，如图3-6b所示。后者适用于小方坯连铸机，前者适用于板坯连铸机，便于拆装二冷区的扇形段。当使两摇杆AD及BC平行且等长时，该四连杆振动机构如图3-6c所示，可用于直弧形或立式连铸机。

不论是装在铸机的内弧侧还是外弧侧，四连杆机构ABCD(图3-6a、b)中的CD连杆在某一瞬间的运动是绕瞬心O的转动。因此，只要使两摇杆AD及BC的延长线相交于铸机的圆弧中心O，由于结晶器的振幅与圆弧半径相比很小，因此瞬心位置变化所造成的运动轨迹误差很小。