1、連鑄結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)取值限度問題1 前言隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)亦不斷發(fā)展， 主要表現(xiàn)在振動(dòng)參數(shù)的選擇更加靈 活，振動(dòng)的工藝效果更好， 尤其是振動(dòng)參數(shù)更適合連鑄高拉速的工藝要求。 結(jié)晶器振動(dòng)的每 一次完善都是突破原有振動(dòng)參數(shù)的取值限度， 以適應(yīng)連鑄更高的工藝要求。 隨著結(jié)晶器非正 弦振動(dòng)形式的開發(fā)，本文討論振動(dòng)參數(shù)的取值限度問題。2 結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)的影響拉速 Vc 是連鑄工藝控制的一個(gè)最關(guān)鍵的參數(shù)，因此結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)的選擇亦必須適合 拉速的要求。結(jié)晶器振動(dòng)工藝參數(shù)對(duì)其工藝效果的影響如下：1）結(jié)晶器振動(dòng)的負(fù)滑脫時(shí) TN 控制鑄坯表面的振痕深度，即兩者呈增函數(shù)關(guān)系。TN 越長，振痕越深。2

2、）保護(hù)渣的消耗量與結(jié)晶器振動(dòng)的正滑脫時(shí)間呈增函數(shù)關(guān)系，正滑脫時(shí)間越長，保護(hù) 渣消耗量越大。3）結(jié)晶器振動(dòng)的負(fù)滑脫時(shí)間率、負(fù)滑動(dòng)量、結(jié)晶器上振的最大速度都反映結(jié)晶器振動(dòng) 的工藝效果，但它們不是獨(dú)立的參數(shù)，而且隨著結(jié)晶器振動(dòng)形式的確定，一般以其正、負(fù)滑 脫時(shí)間來判定結(jié)晶器振動(dòng)的工藝效果?；谏鲜鰩c(diǎn)，為控制鑄坯的振痕深度，希望TN 短；而為保證結(jié)晶器的潤滑效果，增加保護(hù)渣的消耗量， 希望正滑脫時(shí)間長， 為此目的開發(fā)了結(jié)晶器的非正弦振動(dòng)形式， 從而突 破了結(jié)晶器正弦振動(dòng)參數(shù)的取值限度。3 問題的提出在結(jié)晶器非正弦振動(dòng)中引入波形偏斜率a這一基本參數(shù)，增加了振動(dòng)的獨(dú)立參數(shù)， 使振動(dòng)參數(shù)的選擇更靈活，更適

3、合高速連鑄的工藝要求。即在一定的VC 條件下，采用非正弦振動(dòng)可以明顯地降低振動(dòng)頻率 f，即可以保持f不變，通過調(diào)整a來適合 V的要求。此外， 非正弦振動(dòng)可以分別構(gòu)造結(jié)晶器的上振和下振速度曲線。由此提出：在一定的VC下，可否通過不斷地增加a而無限地降低 f。圖1示出在一定Vc和振幅S時(shí)，不同a所對(duì)應(yīng)的tN -曲線?？梢奱增加，tN -曲線 左移。圖2為對(duì)應(yīng)圖1中某一 tN值時(shí)，不同a和f下的結(jié)晶器振動(dòng)速度 Vm -時(shí)間t曲線。這些曲線的特點(diǎn)是，VmW 0時(shí)，Vm -t曲線完全相同；當(dāng) Vm> 0時(shí)，隨a各f的不同，V -t曲線不同。則由圖2，一定Vc和f時(shí)，a增加相應(yīng)地f減少，但tN -f

4、曲線保持不變。上 述問題則可表述為：一定的Vc和S條件下，保持結(jié)晶器下振速度曲線不變，而不斷地改變結(jié)晶器上振速度曲線，即通過構(gòu)造不同的結(jié)晶器振動(dòng)曲線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)a增加和f降低；而且，a趨近于1、f趨近于0時(shí)，結(jié)晶器振動(dòng)的工藝效果更佳。為此，需對(duì)上述問題進(jìn)行分 析。1rfO啊平fV度速動(dòng)振器晶結(jié)圖1波形偏斜率對(duì)負(fù)滑脫時(shí)間的影響圖2不同的結(jié)晶器振動(dòng)速度曲線4結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)的取值限度4.1振動(dòng)參數(shù)取值的基本要求1）a的一般定義結(jié)晶器下振時(shí)間Td與a及結(jié)晶器振動(dòng)周期T的關(guān)系如式（1）:(1)(2)Td =（1- a）T/2由式（1）可得式（2）:a =1- 2Td /T按式(2)定義a,對(duì)復(fù)雜的結(jié)晶器振

5、動(dòng)曲線更具有普通定義。2) 負(fù)滑脫時(shí)間曲線的一般特點(diǎn)在正弦振動(dòng)中，tN -曲線的特點(diǎn)是在f坐標(biāo)軸上總有f 0、f 1點(diǎn)。當(dāng)f W f 0時(shí)，tN < 0；當(dāng)f 0< fW f 1時(shí)，f增加，tN增加，而且變化很大；當(dāng)f> f 1時(shí)，f增加，tN緩慢減少，并無限趨近于 0。任何振動(dòng)形式均為周期性運(yùn)動(dòng),所以結(jié)晶器振動(dòng)的速度總是與其f 成正比。而出現(xiàn)負(fù)滑脫的必要條件是下振的最大速度要> Vc 。因此,在一定的 Vc 及一定的振動(dòng)參數(shù)條件下, 其tN -曲線總有f 0、f 1點(diǎn)，僅在特殊情況下f 0、f 1點(diǎn)，僅在特殊情況下f 0、fl點(diǎn)重合， 這個(gè)特點(diǎn)是振動(dòng)結(jié)晶器的必然特性。

6、3) 振痕深度及振痕間距振痕深度的主要影響因素是結(jié)晶器振動(dòng)的負(fù)滑脫時(shí)間,而振痕間距Pm 與振痕深度同樣對(duì)鑄坯表面質(zhì)量有極大的影響，增加Pm可以改善鑄坯表面質(zhì)量。Pm可由式(3 )表示。Pm =Vc/ f(3)4) 振動(dòng)參數(shù)取值的基本要求連鑄振動(dòng)結(jié)晶器的一個(gè)基本要求是必須出現(xiàn)負(fù)滑脫振動(dòng)，即tN > 0。因此，下振的最大速度必須VC,即負(fù)滑動(dòng)量必須0。結(jié)晶器振動(dòng)的負(fù)滑動(dòng)量 NSA 定義為：負(fù)滑脫期間結(jié)晶器相對(duì)于鑄坯下移的距離。t2NSA= j(Vm-Vc)dt(4)式中Vm結(jié)晶器下振的速度；t1 負(fù)滑脫開始時(shí)間；t2 負(fù)滑脫結(jié)束時(shí)間。負(fù)滑脫振動(dòng)必須滿足；NSA > 0(5)4.2 振動(dòng)

7、參數(shù)的取值限度1) 正弦振動(dòng)參數(shù)的取值限度在正弦振動(dòng)中，Tn可表示為：-1tN =60/ n Xcos (Vc/2nSf)(6)為使 tN >0,應(yīng)有：7)2 & > Vc式(7)為結(jié)晶器正弦振動(dòng)參數(shù)的取值限度，即在一定的Vc和S的條件下，f總有一個(gè)最小的取值要求。由式( 7)可得Pm = Vc/ f V 2S(8)可見，采用正弦振動(dòng)，Pm總有一個(gè)取值上限 2 n S。為增加Pm而增加S,勢必會(huì)使tN 增加而增加振痕深度，即控制振痕深度與控制Pm是矛盾的。一般認(rèn)為 Pm > 12.7mm時(shí)，振痕過深， 坯殼厚度的均勻性明顯變差。 所以正弦振動(dòng)中， 不可能同時(shí)優(yōu)化每個(gè)方

8、面的工藝效 果。2) 非正弦振動(dòng)參數(shù)的取值限度 對(duì)于非正弦振動(dòng)波形的負(fù)滑脫時(shí)間可表示為：tN =60(1- a) / n Xcos'1 VC (1- a) /2Sf(9)為使 tN > 0，應(yīng)有：2 Sf /(1 - a > Vc(10)式( 10)即是對(duì)非正弦振動(dòng)參數(shù)取值的一個(gè)基本要求。由于振痕深度取決于TN ，兩者呈增函數(shù)關(guān)系；高頻振動(dòng)時(shí)，保護(hù)渣消耗量取決于正滑脫時(shí)間；低頻振動(dòng)時(shí)，保護(hù)渣消耗量 取決于NSA。因此Vc、S、f 一定時(shí)，增加a,可使 Tn減小、NSA和正滑脫時(shí)間增加，結(jié) 晶器振動(dòng)的綜合工藝效果最好。如果Vc、S 一定，增加a同時(shí)降低 f的結(jié)果如下。假設(shè)在結(jié)

9、晶器一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，保護(hù)渣的填充量Qm為：Qm = K1L NSA(11)式中K 1 比例常數(shù)；L 鑄坯的邊長。而其所要潤滑的鑄坯表面積 Sm為：Sm = L Pm = L Vc/ f(12)單位面積的保護(hù)渣消耗量 Q 則為：Q=Qm /Sm = K1 NSAf/Vc(13)為防止坯殼粘結(jié)，要求 Q>一定的數(shù)值 Q0, 即卩Q>Q0,則有14)NSA f > Q0 Vc/K1 = K0 Vc式中 K0 僅與鋼種、保護(hù)渣性能有關(guān)的常數(shù)。NSA的最大值為2S,則有：Sf > Ko Vc/2(15)Pm的上限為：Pm=Vc/f W 2S/K0(16)式(15)給出了一般振動(dòng)參

10、數(shù)取值的限度，表明在一定的Vc和S條件下，f總有一個(gè)與a無關(guān)的取值下限，即a趨近于1時(shí)，f不能無限趨近于 0。5 討論1) 式( 15)是關(guān)于所有結(jié)晶器振動(dòng)形式的振動(dòng)參數(shù)取值限度的一般要求。2) 由于式( 16)的要求，鑄坯表面的振痕間距不可能控制得無限大。3) 正弦振動(dòng)可以用 Sf > Vc/2n作為一般要求，是因?yàn)?Ko > 1/n。4) 振幅對(duì)保護(hù)渣消耗量的影響是：高頻振動(dòng)時(shí)，降低振幅可增加正滑脫時(shí)間，有利于 增加保護(hù)渣的消耗量；低頻振動(dòng)時(shí)，增加振幅可增加負(fù)滑動(dòng)量，有利于增加保護(hù)渣消耗量。5) 開澆初期低拉速、低頻率時(shí)，振幅應(yīng)大些；高拉速、高頻率時(shí)，振幅應(yīng)小些。這樣 有利于改善結(jié)晶器的潤滑狀況。6) 只有振動(dòng)參數(shù)滿足式( 15)時(shí)，波形偏斜率取值才越大越好；而且，頻率越高時(shí)， 調(diào)整波形偏斜率的工藝效果越好。7) Ko的數(shù)值需經(jīng)過試驗(yàn)確定，取值范圍應(yīng)為 01/n。6 結(jié)語頻率作為結(jié)晶器振動(dòng)的一個(gè)基本參數(shù)， 任何振動(dòng)形式， 總有一個(gè)僅與拉速