连铸结晶器振动工艺参数研究与快捷模型开发.doc

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1、连铸结晶器振动工艺参数研究与快捷模型开发胡海红卢伟佳税琅北京科技大学冶金与生态工程学院摘要：为了保证连铸坯的表面质量和脱模顺利，研究了与其相关的连铸机结晶器的各种基本参数和工艺参数的关系以及选择，并建立了相对有效和快捷的选择结晶器各种参数的模型，以供生产厂家及广大读者参考。关键词：结晶器负滑动振幅频率拉速振痕1前言结晶器的振动是为了改善结晶器润滑、避免粘结，防止拉漏，提高拉速，但是结晶器的振动却是铸坯表面产生振痕。在振痕底部容易产生横裂纹以及其他相关缺陷（如裹渣），很严重的影响铸坯的质量，增加生产成本

2、，小方坯的偏离角内裂和脱方也和振痕深浅有关，浅而均匀的振痕可以减少偏离角内裂和脱方，所要设法减少振痕深度。结晶器的振动方式经历了矩形速度规律—梯形速度规律—正弦速度规律以及非正弦速度规律，目前主要有正弦振动和非正弦振动两种，一般小方坯主要还是用正弦速度规律。选择正弦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速度关系的框框，着重发挥它的脱模作用，并且用偏心轮代替凸轮。其规律主要如下：（1）结晶器与铸坯之间没有同步运动阶段，但仍有一小段的负滑动，有利于拉裂坯壳的“愈合”和脱模。（2）由于速度是按

3、正弦曲线变化的，所以加速度是按余弦曲线变化的，使结晶器振动比较平稳。（3）由于加速度较小，可以采用较高频率的振动，有利于消除坯壳的粘结，提高脱模作用和效果。（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。正是基于上述的优点和规律，它是目前国内外最广发使用的一种振动规律。它在方坯，板坯和薄板坯连铸机上都有很广泛的应用。非正弦速度规律是最近几年出现的一种新型的振动方式，其主要的特点是：负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面的振痕深度；正滑动时间较

4、长可以增加保护渣的消耗量，有利于结晶器的润滑；结晶器向上运动的速度和铸坯运动的速度差较小，可以减少结晶器施加给铸坯的向上作用的摩擦力，可以减少坯壳中的拉应力，减少拉裂。然而由于非正弦振动方式比较复杂，工艺参数很难选择，不同的情况有很大的差别，所以目前国内外最广泛使用的还是正弦速度规律的振动方式，尤其是在小方坯的连铸机上更是如此，随着近代工艺的发展与进步，正弦速度规律已经趋于完善和成熟，本课题就是要把这些近于成熟的理论整理出来，构建一个模型，以便能客户能根据自己的生产情况方便的查阅得到适合他们的情况的各

5、种工艺参数。1模型建立结晶器振动的正弦速度曲线数学表达式为：（1）式中：：结晶器运动速度，m/min；：振动频率，min-1；：振动冲程，也即振程，是振幅的2倍，mm。由上式可以知道结晶器振动的速度完全取决于振幅（/2）和频率，所以振幅和频率是决定结晶器正弦振动的运动参数或者基本参数。当结晶器向下运动的速度大于拉坯的速度的时，结晶器里的坯壳收到压缩，这种情况称之为负滑动。对于同一振幅和频率、拉速的情况下，关于负滑动所有的参数中的独立参数只有负滑动率NS和负滑动时间tN，它们直接关系到铸坯的脱模和表面质

6、量，所以称之为工艺参数。1.1正弦振动工艺参数的确定1.1.1负滑动率NS正弦振动的负滑动率用下式表示：（2）=2/π式中：NS：负滑动率，%;：拉坯速度，m/min；：结晶器振动的平均速度，m/min；：结晶器振动的最大速度，m/min。代入上式可知，当=时结晶器中坯壳处于受拉和受压的临界状态，此时的负滑动率NS=36.34%。此值为负滑动率的极限值，当＞时，即NS＞36.34%时，结晶器对坯壳不产生负滑动，当＜，即NS＜36.34%是产生负滑动。为了有效的弥补拉漏，通过负滑动对拉裂的坯壳进行“愈合

7、”，所以要求要产生负滑动。1.1.1负滑动时间tN结晶器从最高的位置开始向下运动，当结晶器向下运动的速度大于拉坯速度时持续的时间为负滑动时间tN（3）其中=/，mm×min/m研究证明，振痕深度实际上是有负滑动时间的长短控制的，减小负滑动时间可以显著减小振痕深度，但是负滑动时间不能太短，以防止坯壳与结晶器之间发生粘结，据国内外有关文献，负滑动时间大多是在0.1s～0.25s。如图表2.1所示：对式（3）取不同的Z值可以画出负滑动时间随振动频率变化的曲线，称之为负滑动时间曲线。由式（2）可以得NS=1－

8、2/1000得出=1000（1－NS）/2Z将此式代入式（3）可得（4）由式（4）可以看出，给定一组NS的值可以画出一族tN～反比双曲线，也称之为负滑动等值曲线族。其中NS=2.4%时的曲线通过负滑动时间曲线的最高点，此时负滑动时间最大。图表2.1负滑动时间曲线图1.1正弦振动基本参数的确定合理的工艺参数是通过基本参数的正确或者说合理的选择来实现的，也就是说正弦振动的基本参数振幅和频率的确定应以获得最佳的而工艺参数为前提，以确保铸坯的顺利脱模以及获得质量