連鑄結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

楊 靜 ，李福進(jìn)

（1.河北聯(lián)合大學(xué)，河北 唐山 063000；2.唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000）

1 現(xiàn)狀

連鑄是指將液體金屬經(jīng)過(guò)一組特殊的冷卻和支撐裝置連續(xù)地澆鑄成一定斷面形狀的鑄坯的過(guò)程。連鑄比的提高已受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視，并且連鑄工藝得到迅速發(fā)展和普及。在采用連鑄技術(shù)之前，一般都是采用模鑄澆鑄成鋼錠，在這個(gè)過(guò)程中，鋼坯還要經(jīng)過(guò)加熱，每次都要損失一定量的金屬。連續(xù)澆注液體金屬是19世紀(jì)中葉，由美國(guó)人和英國(guó)人先后提出的，當(dāng)時(shí)只能用于連鑄低熔點(diǎn)的有色金屬。直到1920～1935年間連鑄過(guò)程仍然僅用于銅、鋁等有色金屬的澆鑄。這期間最有開(kāi)拓性的研究就是如何提交連鑄機(jī)的澆鑄能力，解決途徑除了加大澆鑄斷面、多流澆鑄外，最關(guān)鍵的是澆鑄速度。固定不動(dòng)的結(jié)晶器的澆鑄速度僅限制在0.6m/min左右，若想提高澆鑄速度，必須使結(jié)晶器相對(duì)鑄坯移動(dòng)一段距離，以防止鑄坯從結(jié)晶器拉出時(shí)，薄弱的坯殼被撕裂。1933年德國(guó)人容漢斯提出了一種結(jié)晶器以與鑄坯同樣的速度下行一段距離后在以較快的速度返回到原來(lái)位置的連鑄方式，建成了第一臺(tái)結(jié)晶器可以振動(dòng)的立式連鑄機(jī)。并用其澆鑄黃銅獲得成功，后又用于鋁合金的工業(yè)生產(chǎn)，結(jié)晶器振動(dòng)的引入作為一個(gè)關(guān)鍵因素加速了連鑄技術(shù)的發(fā)展 。

2 結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介

結(jié)晶器振動(dòng)是連鑄技術(shù)的一個(gè)基本特征。連鑄過(guò)程中，結(jié)晶器和坯殼間的相互作用影響著坯殼的生長(zhǎng)和脫膜，其控制因素是結(jié)晶器的振動(dòng)和潤(rùn)滑。連鑄在采用固定結(jié)晶器澆鑄時(shí)，鑄坯直接從結(jié)晶器向下拉出，由于缺乏潤(rùn)滑，易與結(jié)晶器發(fā)生粘結(jié)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)拉不動(dòng)或者拉漏事故，很難進(jìn)行澆鑄。結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)于改善鑄坯和結(jié)晶器界面間的潤(rùn)滑是非常有效的，振動(dòng)結(jié)晶器的發(fā)明引進(jìn)，使得工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用連鑄技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)?？梢哉f(shuō)，結(jié)晶器振動(dòng)是澆鑄成功的先決條件，是連鑄發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。

在二十世紀(jì)三十年代，德國(guó)人Siegfreid Jungdans首先把結(jié)晶器振動(dòng)應(yīng)用于有色金屬的澆鑄。在這之前，連鑄結(jié)晶器是固定不動(dòng)的，但考慮到振動(dòng)允許更快的澆鑄，同時(shí)又可以降低拉漏，因此振動(dòng)的結(jié)晶器引起了人們的注意。

二十世紀(jì)五十年代，人們采用推—拉—停的結(jié)晶器振動(dòng)模式。后來(lái)，英國(guó)研究機(jī)構(gòu)（RISRA）采用了安裝在彈簧上的結(jié)晶器 。

近年來(lái)，冶金工業(yè)的迅速發(fā)展，要求連鑄提高拉速和增加連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力。人們對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的認(rèn)識(shí)也在不斷深入和發(fā)展。

3 結(jié)晶器振動(dòng)裝置

連鑄生產(chǎn)對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的要求主要有兩個(gè)，一是使結(jié)晶器精確地按著給定地運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)，如直線或圓弧線運(yùn)動(dòng)軌跡；二是使結(jié)晶器按著給定地速度規(guī)律進(jìn)行振動(dòng)，如正弦或非正弦振動(dòng)規(guī)律。

在非正弦振動(dòng)規(guī)律出現(xiàn)以前的各種振動(dòng)規(guī)律的產(chǎn)生都是由凸輪（包括偏心輪）機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)比較容易，而對(duì)于振動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較困難。因此，振動(dòng)裝置的發(fā)展主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)振動(dòng)軌跡的機(jī)構(gòu)上，如導(dǎo)軌式、長(zhǎng)臂式、差動(dòng)式（包括四偏心式）、短臂四連桿式（包括半板簧、全板簧式）。

由于非正弦振動(dòng)規(guī)律的出現(xiàn)，使實(shí)現(xiàn)非正弦振動(dòng)規(guī)律比實(shí)現(xiàn)振動(dòng)軌跡要困難得多，因此，振動(dòng)裝置的發(fā)展主要表現(xiàn)在非正弦裝置的驅(qū)動(dòng)和控制上。下面介紹一下非正弦裝置的分類(lèi)。結(jié)晶器非正弦振動(dòng)裝置按照驅(qū)動(dòng)和控制方式可以分為液壓非正弦和機(jī)械非正弦。

3.1 液壓非正弦

（1）伺服液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的非正弦。結(jié)晶器液壓振動(dòng)技術(shù)采用液壓系統(tǒng)作為振動(dòng)源，具有控制精度高、振動(dòng)參數(shù)在線調(diào)控靈活、設(shè)備體積小、重量輕、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，它不僅能滿足高頻振動(dòng)的要求，而且更主要的是它可以根據(jù)工藝條件的要求任意改變振動(dòng)的波形，控制負(fù)滑脫速度和負(fù)滑脫時(shí)間，改變結(jié)晶器與鑄坯之間的潤(rùn)滑與脫模，減少粘結(jié)性漏鋼事故的發(fā)生。同時(shí)，能夠降低高速拉坯條件下的振動(dòng)頻率，減少機(jī)構(gòu)磨損。

（2）數(shù)字缸驅(qū)動(dòng)的非正弦。據(jù)報(bào)道億美博公司開(kāi)發(fā)了數(shù)字缸非正弦振動(dòng)裝置。

3.2 機(jī)械非正弦

機(jī)械非正弦振動(dòng)是具有中國(guó)特色的一種非正弦振動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。

（1）普通電機(jī)非正弦。由普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)的非正弦振動(dòng)裝置包括雙偏心迭加機(jī)構(gòu)、非圓齒輪機(jī)構(gòu)，反向平行四連桿機(jī)構(gòu)。雙偏心迭加非正弦[。其工作原理是通過(guò)兩個(gè)正弦波迭加產(chǎn)生非正弦振動(dòng)波形。兩個(gè)曲柄ML、JK非別產(chǎn)生兩個(gè)正弦波，通過(guò)兩個(gè)連桿MN、IJ將其迭加于橫梁NI的H鉸鏈點(diǎn)上，然后輸出，驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)使結(jié)晶器產(chǎn)生非正弦振動(dòng)。該非正弦振動(dòng)裝置于1998年應(yīng)用于首鋼第二煉鋼廠R6.5/12m弧形板坯連鑄機(jī)，獲2000年北京市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。非圓齒輪驅(qū)動(dòng)的非正弦。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，不但可以應(yīng)用于四連桿振動(dòng)裝置上，也可以用于四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)中。該非正弦振動(dòng)裝置于1999年8月應(yīng)用于新興鑄管股份有限公司煉鋼分廠羅可普方坯連鑄機(jī)上，獲2003年河北冶金工業(yè)協(xié)會(huì)冶金科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。現(xiàn)已推廣應(yīng)用于首鋼二煉鋼，濟(jì)鋼一煉鋼，臨鋼，河北文豐等鋼鐵公司。反向平行四連桿非正弦。該機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)性好。

（2）伺服電機(jī)非正弦電動(dòng)缸（伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠）非正弦。該技術(shù)是由衡陽(yáng)鐳鉬公司開(kāi)發(fā)的非正弦振動(dòng)方式。該技術(shù)的核心部件－電動(dòng)缸，即伺服電機(jī)和滾珠絲杠組成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，為國(guó)外進(jìn)口。

該機(jī)構(gòu)的工作原理是：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠交替、變轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)螺母，使結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)非正弦振動(dòng)。該技術(shù)是由燕山大學(xué)最新開(kāi)發(fā)的非正弦振動(dòng)技術(shù)。該非正弦振動(dòng)的工作原理是：伺服電機(jī)連續(xù)、單向、變角速度轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)偏心軸，通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)非正弦振動(dòng)。

[1]王占林.近代液壓控制[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2]王春行.液壓控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.