结晶器非正弦振动参数的选择.pdf

高效连铸

结晶器非正弦振动参数的选择

1前言
结晶器非正弦振动形式的开发，突破了以上、下振动相互对称为特征的正弦式振动的限
制，克服了正弦振动工艺效果的不足，实现分别选择和构造结晶器上振和下振两个过程的波
形曲线。就工艺效果而言，非正弦振动对减少负滑脱时间、控制振痕深度属于高频振动；对
于增加保护渣消耗、控制结晶器摩擦阻力则属于低频振动。从而结晶器非正弦振动能够取得

更好的综合工艺效果。
结晶器非正弦振动中引入波形偏斜率这一基本参数，使振动形式及振动参数选择具有多样
性和灵活性。本文对非正弦振动参数的确定及参数的选择有无限度等问题进行分析与讨论。

2结晶器振动工艺效果
振动结晶器是传统连铸技术的基本特征，具有负滑脱运动的结晶器振动则是保证连铸顺
利的必要条件，这样就必然在铸坯表面出现周期性的振痕，这是振动结晶器控制坯壳粘结的
必然后果。较浅或规则的振痕尚不成为铸坯的表面缺陷，而较深且不规则的振痕则对铸坯的
表面质量影响很大。不振结晶器难以有效地控制坯壳的粘结，表面缺陷会在铸坯上随处出现；
而振动结晶器可以有效地控制坯壳的粘结，同时将铸坯表面上可能出现的缺陷以有规律的、
周期性的振痕形式表现出来。所以对振动结晶器振动工艺效果完善的目的是同时有效地控制

坯壳的粘结和铸坯表面的振痕。

有关振动参数对结晶器传热和润滑及对铸坯表面质量的影响已进行过充分研究，获得众

[1-3]
多有益的结果，成为结晶器振动参数选择与确定的基本依据。

1）为控制坯壳的粘结，负滑脱振动是必不可少的，即负滑脱时间tN>0；

2）目前的试验及生产结果倾向于振痕深度主要受tN的影响，二者呈增函数关系；

3）振痕间距p仅取决于拉坯速度Vc和振动频率f，p=Vc/f；

4）在目前振动参数取值范围内，保护渣消耗量主要受正滑脱时间tp的影响，二者呈增
函数关系；
5）结晶器摩擦阻力除受保护渣消耗量影响外，还和结晶器上振速度与拉速的差值有

关，控制结晶器上振的最大速度有Vm¢利于减少坯壳粘结的概率。

由上述结论可知，控制坯壳粘结需增加保护渣的消耗和控制Vm¢；控制振痕可通过tN和

Vc与f匹配关系来实现。振动参数选择的目的就是使上述工艺控制和工艺效果同时实现。

3结晶器非正弦振动参数的选择
3.1结晶器振动参数选择的依据

第１页
高效连铸

选择振动参数是确定与Vc的匹配关系。首先要考虑负滑脱振动的要求，即保证tN>0。

因此结晶器下振的最大速度Vm要>Vc。对于任何一种振动形式，Vm可表示为：
sf
V=K×（1）
m11-a

式中Vm—结晶器下振的最大速度；

s—振幅；

f—频率；

a—波形偏斜率；

K1—与振动波形曲线形状有关的常数。

为使tN>0，应有：
sf
K>V。（2）
11-ac
不等式（2）即为结晶器振动参数选择的一般根据。此外，选择时还要注意结晶器振动
的工艺效果，这由振动工艺参数来反映。所以分析振动取值是否合理，可由振动基本参数对
振动工艺参数的影响来判定。下面列出振动波形曲线为不同频率的正弦曲线组成的非正弦振

动的工艺参数表达式[2]。其结论具有一般意义。

1-aé(1-a)Vù
-1c（3）
tN=cosêú
pfë2psfû

1ì1-a-1é(1-a)Vcùü
（4）
tp=í1-cosêúý
fîpë2psfûþ
V
p=c（5）
f
sf
V¢=K（6）
m21+a
以上四式给出了振动基本参数与振动工艺参数间的关系，据此即可分析振动基本参数的
选择问题。
3.2正弦振动参数的选择

在振动参数的选择中，一般固定s，而在一定Vc时分析f的选择。
在正弦振动中a=0，此时：

1æVö
-1c；
tN=cosç÷
pfè2psfø

1é1æVöù
-1c；
tP=ê1-cosç÷ú
fëpè2psføû
V
P=c；
f

第２页
高效连铸

Vm¢=2psf。

可见一定Vc时，f增加，tN、tp、p均减少，Vm¢增加；反之，f减少，tN、tp、p均增加，

Vm¢减少。由此，在正弦振动中，随着f的增加，振痕深度及间距均减少；同时，保护渣消

耗量下降，Vm¢上升。其工艺效果表现为振痕减轻但集中，而结晶器摩擦阻力增加，坯壳粘

结概率增大；反之坯壳粘结概率下降但振痕加剧。所以，在正弦振动中，通过选择f来控制
振痕深度和坯壳粘结是相互矛盾的，因此振动参数的选择受到很大限制，这也是正弦振动难

以适应高速连铸的主要原因。
3.3非正弦振动参数的选择

非正弦振动增加了波形偏斜率a这一基本参数，其工艺效果是在相同的目标拉速要求下

可降低f，或在相同的f条件下实现更高的Vc。这就增加了振动基本参数选择的自由度。

首先，固定s和f，在一定Vc时增加a，则由式（3）、（4）、（5）、（6