工艺技术

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1、工艺技术结晶器非正弦振动形式的优化1前言振动结晶器是传统连铸技术的一个基本特征，而具有负滑脱运动的结晶器振动则是控制连铸工艺漏钢的一个基本必要条件。根据弯月面部分凝固理论，振动结晶器必然在铸坯表面造成周期性的振痕，这是振动结晶器控制连铸漏钢的必然后果和代价。较浅且规则的振痕尚不成为铸坯表面的质量缺陷；但较浅或不规则的振痕则对铸坯表面质量乃至其热送、热装及直接轧制造成不良影响。随着连铸技术的发展，对铸坯表面振痕的控制成为结晶器振动形式及振动参数选择的一个基本工艺要求。结晶器正弦式振动中，仅有振幅和频率两个基本参数，这种振动形式的不足在于对漏钢和振痕控制相互矛盾，而且使拉速提高受到较大限制。为此开

2、发了结晶器非正弦振动形式，引入波形偏斜率又一基本参数，解决了上述工艺控制的矛盾，同时也为提高拉速创造了条件。结晶器非正弦振动形式突破了正弦式振动曲线上、下对称的限制，使振动波形曲线的选择更具灵活性和多样性。从严格的数学意义上讲，振幅、频率及波形偏斜率三个基本参数仅确定了振动波形曲线上极值点出现的时刻，尚不能完全确定各极值的大小。其大小还有赖于振动波形曲线方程及形状的确定，这就涉及到在一定振幅、频率及波形偏斜率条件下，振动波形曲线方程及形状的合理选择与确定，即结晶器非正弦振动形式的优化。2结晶器振动波形曲线选择与确定的原则结晶器振动波形曲线由振动的位移曲线及由其确定的速度和加速成度曲线组成，速度

3、曲线反映结晶器振动的工艺效果，加速度曲线反映振动装置的受力状况。振动波形曲线的选择与确定应保证在取得良好的结晶器振动工艺效果的前提下，振动系统受到较小的冲击力，使之不存在刚性冲击和柔性冲击。因此，振动的速度及加速度曲线的分析是优化结晶器振动波形曲线的基础和前提。结晶器振动形式的发展与完善基于如下事实：在目前结晶器振动参数取值范围内，铸坯表面振[1]痕深度与负滑脱时间呈增函数关系，保护渣消耗量与正滑脱时间呈增函关系。这样，为获得良好的结晶器振动工艺效果，希望下振时间短、速度快，上振时间长、速度慢。对称性的正弦式振动不能满足这一要求，只有通过非正弦振动由不同的上振和下振曲线相互组合构成来实现。此外

4、，振动波形曲线的确定还要考虑结晶器振动的加速度变化，尤其是量大加速度的取值，以控制振动装置所承受的冲击力，保证振动装置的稳定性和使用寿命。为此，振动波形曲线选择与确定的具体原则是在一定的振幅振动波形曲线选择与确定的具体原则是在一定的振幅（S）、频率（f）及波形偏斜率（α）条件下：1）结晶器下振的最大速度Vm尽可能大；2）结晶器上振的最大速度V＇m尽可能小；3）结晶器的加速度应连续变化，且最大加速度αm应尽可能小；第1页共9页工艺技术４）Vm／αm应尽可能大，即以尽可能小的αm实现尽可能大的Vm。根据上述原则即可对结晶器振动波形曲线进行优化设计。３结晶器非正弦振动形式的优化3.1结晶器非正弦振动

5、波形曲线的计论不同振动频率的正弦曲线可以组合构成结晶器的正弦和非正弦振动形式。由正弦曲线形成的正［１］弦振动的波形曲线方程如式（１），由正弦曲线形成的非正弦振动的波形曲线方程如式（２）。y=Ssin（2πft）；V=2πSfcos（2πft）；（1）22a=4πSfsin（2πft）。2πf1-αScost1-α，（2nπ≤t≤2nπ+2f）；y=2πf1-α1Scost1+α，（2nπ+t2f≤t≤2nπ+f）。2πSf2πf1-αsint1-α；V=2πSf2πf（2）sin1+α1+αt。224πSf2πfcost2（1-α）1-αa=224πSf2πf2cost（1+α）1+α式中y结

6、晶器振动的位移，m；V结晶器振动的速度，m/min；2α结晶器振动的加速度，m/min；S结晶器振动的振幅，m；f结晶器振动的频率，c/min；α波形偏斜率，%；t时间，min；n自然数（1、2、3⋯）。文中t1结晶器下降的时间，min；t2结晶器上升的时间，min；f1结晶器下振的独立频率，c/min；f2结晶器上振的独立频率，c/min；Vm结晶器下振的最大速度，m/min；第2页共9页工艺技术V＇m—结晶器上振的最大速度，m/min；α—结晶器下振的最大加速度，m/min2；mα＇—结晶器上振的最大加速度，m/min2；mtn—结晶器振动的负滑脱时间，s；tp—结晶器振动的正滑脱时间，s

7、。由式（1），在正弦振动中，上振和下振波形完全相同，V＇m=Vm，同时负滑脱时间tN与正滑脱时间tp互为增函数，从而导致控制振痕深度和工艺漏钢相互矛盾。可见，这种对称性的振动形式极大地限制了振动波形曲线的选择。由式（2），在不同频率的正弦曲线构成的非正弦振动中，结晶器下振的速度和加速度曲线与频率为f/（1-α）的正弦振动相同，上振速度及加速度曲线与频率为f/（1+α）的正弦振动相同。与式（1）比较