连铸结晶器振动技术的发展及现状

1 现状

连铸是指将液体金属经过一组特殊的冷却和支撑装置连续地浇铸成一定断面形状的铸坯的过程 。连铸比的提高已受到国内外的广泛重视 ，并且连铸工艺得到迅速发展和普及 。在采用连铸技术之前 ，一般都是采用模铸浇铸成钢锭 ，在这个过程中 ，钢坯还要经过加热 ，每次都要损失一定量的金属 。连续浇注液体金属是 19 世纪中叶 ，由美国人和英国人先后提出的 ， 当时只能用于连铸低熔点的有色金属 。 直到 1920~1935年间连铸过程仍然仅用于铜 、铝等有色金属的浇铸 。这期间最有开拓性的研究就是如何提交连铸机的浇铸能力 ，解决途径除了加大浇铸断面 、多流浇铸外 ，最关键的是浇铸速度 。固定不动的结晶器的浇铸速度仅限制在 0.6m/min 左右 ，若想提高浇铸速度 ，必须使结晶器相对铸坯移动一段距离 ，以防止铸坯从结晶器拉出时 ，薄弱的坯壳被撕裂 。 1933 年德国人容汉斯提出了一种结晶器以与铸坯同样的速度下行一段距离后在以较快的速度返回到原来位置的连铸方式 ，建成了第一台结晶器可以振动的立式连铸机 。并用其浇铸黄铜获得成功 ，后又用于铝合金的工业生产 ，结晶器振动的引入作为一个关键因素加速了连铸技术的发展 。

2 结晶器振动技术简介

结晶器振动是连铸技术的一个基本特征 。 连铸过程中 ，结晶器和坯壳间的相互作用影响着坯壳的生长和脱膜 ，其控制因素是结晶器的振动和润滑 。连铸在采用固定结晶器浇铸时 ，铸坯直接从结晶器向下拉出 ，由于缺乏润滑 ，易与结晶器发生粘结 ， 从而导致出现拉不动或者拉漏事故 ，很难进行浇铸 。结晶器振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的 ，振动结晶器的发明引进 ，使得工业上大规模应用连铸技术得以实现 。 可以说 ，结晶器振动是浇铸成功的先决条件 ，是连铸发展的一个重要里程碑 。

在二十世纪三十年代 ，德 国 人 Siegfreid Jungdans 首先 把结晶器振动应用于有色金属的浇铸 。在这之前 ，连铸结晶器是固定不动的 ，但考虑到振动允许更快的浇铸 ，同时又可以降低拉漏 ，因此振动的结晶器引起了人们的注意 。

二十世纪五十年代 ， 人们采用推 —拉 — 停的结晶器振动模式 。后来 ，英国研究机构 （ RISRA ）采用了安装在弹簧上的结晶器 。

近年来 ，冶金工业的迅速发展 ，要求连铸提高拉速和增加连铸机的生产能力 。 人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展 。

3 结晶器振动装置

连铸生产对结晶器振动的要求主要有两个 ，一是使结晶器精确地按着给定地运动轨迹振动 ，如直线或圆弧线运动轨迹 ；二是使结晶器按着给定地速度规律进行振动 ，如正弦或非正弦振动规律 。

在非正弦振动规律出现以前的各种振动规律的产生都是由凸轮（包括偏心轮）机构来实现的，相对比较容易，而对于振动轨迹的实现相对比较困难。因此，振动装置的发展主要表现在实现振动轨迹的机构上，如导 轨 式、长臂式、差动式（包括四偏心式）、短臂四连杆式（包括半板簧、全板簧式）。

由于非正弦振动规律的出现 ，使实现非正弦振动规律比实 现振 动 轨 迹要 困 难 得多 ，因 此 ，振 动 装 置 的 发 展 主 要 表 现在非正弦装置的驱动和控制上 。下面介绍一下非正弦装置的分类 。 结晶器非正弦振动装置按照驱动和控制方式可以分为液压非正弦和机械非正弦 。

3.1 液压非正弦

（1 ）伺服液压系统驱动的非正弦。结晶器液压振动技 术采 用 液压系 统 作 为振 动 源 ，具 有 控 制 精 度 高 、振 动 参 数 在 线调 控 灵活 、设 备 体 积小 、重 量 轻 、维 护 简 单 等 特 点 ，它 不 仅 能满足高频振动的要求 ，而且更主要的是它可以根据工艺条件的 要 求任意 改 变 振 动 的 波 形 ， 控 制 负 滑 脱 速 度 和 负 滑 脱 时间 ，改 变 结晶 器 与 铸坯 之 间 的 润 滑 与 脱 模 ，减 少 粘 结 性 漏 钢事故的发生 。同时 ，能够降低高速拉坯条件下的振动频率 ，减少机构磨损 。

（ 2 ）数字缸驱动的非正弦 。 据报道亿美博公司开发了数字缸非正弦振动装置 。

3.2 机械非正弦

机 械 非 正 弦 振 动 是 具 有 中 国 特 色 的 一 种 非 正 弦 振 动 驱动方式 。

（1）普通电机非正弦。由普通电机驱动的非正弦振动 装置 包 括双偏 心 迭 加机 构 、非 圆 齿 轮 机 构 ，反 向 平 行 四 连 杆 机构。双偏心迭加非正弦 [ 。其工作原理是通过两个正弦波迭加产生非正弦振 动波 形 。 两 个 曲 柄 ML 、 JK 非 别 产 生两 个 正 弦波，通过两个连杆 MN 、 IJ 将其迭加于横梁 NI 的 H 铰链点上 ，然后输出 ，驱动结晶器振动台使结晶器产生非正弦振动 。 该非正弦振动装置于 1998 年应用于首钢第二炼钢厂 R6.5/12m弧形板坯连铸机 ，获 2000 年北京市科技进步二等奖 。 非圆齿轮驱动的非正弦 。 该装置结构紧凑 ，不但可以应用于四连杆振动装置上 ， 也可以用于四偏心振动机构中 。该非正弦振动装置于 1999 年 8 月应用于新兴铸管股份有限公司炼钢分 厂罗可普方坯连铸机上 ，获 2003 年河北冶金工业协会冶金科学技术一等奖 。现已推广应用于首钢二炼钢 ，济钢一炼钢 ，临钢 ，河北文丰等钢铁公司 。反向平行四连杆非正弦 。该机构简单 ，紧凑 ，运行平稳性好 。

（2 ）伺服电机非正弦电动缸（伺服电机驱动滚珠丝杠 ）非正弦 。该技术是由衡阳镭钼公司开发的非正弦振动方式 。该技术的核心部件 － 电动缸，即伺服电机和滚珠丝杠组成的机电一体化产品 ，为国外进口 。

该机构的工作原理是：伺服电机驱动滚珠丝杠交替、变转速、正反转运动，通过滚珠丝杠驱动螺母，使结晶器振动台实现非正弦振动。该技术是由燕山大学最新开发的非正弦振动技术。该非正弦振动的工作原理是 ：伺服电机连续 、单向 、变角速度转动驱动偏心轴 ，通过连杆驱动结晶器振动台实现非正弦振动 。

2.1 在加工中用到的平口钳

(1) 平口钳的用途。平口钳又名机用虎钳 ，是一种通用夹具，常用于安装小型工件 。 它是铣床 、钻床的随机附件 。将其固定在机床工作台上 ，用来夹持工件进行切削加工 。

(2) 平口钳的工作原理 。用扳手转动丝杠 ，通过丝杠螺母带动活动钳身移动 ，形成对工件的加紧与松开 。被夹工件的尺寸不得超过 70mm 。

(3) 平口钳的构造 。平口钳的装配结构是可拆卸的螺纹连接和销连接 ；活动钳身的直线运动是由螺旋运动转变的 ；工作表面是螺旋副 、导轨副及间隙配合的轴和孔的摩擦面 。 平口钳组成简练 ，结构紧凑 。

(4) 平口 钳 中 装 夹 工 件 的 注 意 事 项 ： 工 件 的 被 加 工 面 必须高出钳口 ， 否则就要用平行垫铁垫高工件 。 为了能装夹得牢 固，防止刨削时工件松动，必须把比较干整的平面贴在垫铁和钳口上。要使工件贴紧在垫铁上 ，应该一面夹紧 ，一面用手锤轻击工件的子面 ，光洁的平面要用铜棒进行敲击以防止敲伤光洁表面。为了不使钳口损坏和保持已加工表面，夹紧工件时在钳口处垫上铜片。用手挪动垫铁以检查夹紧程度 ，如有松动，说明工件与垫铁之间贴合不好，应该松开平口钳重新夹紧刚性不足的 ：工件需要支实，以免夹紧力使工件变形 。

2.3 在加工中用到的寻边器

在数控加工中 ，为了精确确定被加工工件的中心位置的一种检测工具 。寻边器的工作原理是首先在 X 轴上选定一边为零 ，再选另一边得出数值 ，取其一半为 X 轴中点 ，然后按同样方法找出 Y 轴原点 ， 这样工件在 XY 平面的加工中心就得到了确定 。人们设置了不同类型的寻边器 ，如光电式 、偏置式等，比较常用的是偏置式 。

3 加工中应注意的问题

① 对刀时 ，应注意合适的进给速度 ；特别是主轴进给的速度，如果太快的话刀一下就撞上去了 ，不应该因为这些小点而影响到整个零件的加工 ，那就因小失大了 ；

 ② 加工过程中如发生异常情况 ，或是程序出现了错误 ，可按下 “急停 ”按钮 ，以确保人生和设备安全然后找出现问题的原因 ，并尽快把它调整好恢复到正常生产中 ；

 ③ 主轴启动开始切削之前 ，一定要关好防护罩门 ，程序正常运行中严禁开启防护罩门 ；

 ④ 加工程序应符合所用机床的代码和程序格式 ，尤其是特定指令的代码 ；

 ⑤各坐标值应正确 ，循环指令中的参数值应符合格式要求 ； 

⑥ 程序应保证加工质量 ，生产率 、经济性和安全性等因素 ； 

⑦ 程序编好后 ，应仔细校验 ，尤其注意避免刀具与工件干涉现象 ；

 ⑧应书写规范 、整齐 。重要程序段其后要附加说明 。

4 结语

本文设计加工的机床 ，加工中的进给速度 ，切削用量 ，主轴速度等机床加工时的最主要参数在实际生产中加工方案可以决定生产的效率 ，赚取更多的利润 。