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连铸结晶器振动参数取值限度问题

1前言

随着连铸技术的发展，结晶器振动技术亦不断发展，主要表现在振动参数的选择更加灵

活，振动的工艺效果更好，尤其是振动参数更适合连铸高拉速的工艺要求。结晶器振动的每

一次完善都是突破原有振动参数的取值限度，以适应连铸更高的工艺要求。随着结晶器非正

弦振动形式的开发，本文讨论振动参数的取值限度问题。

2结晶器振动参数的影响

拉速Vc是连铸工艺控制的一个最关键的参数，因此结晶器振动参数的选择亦必须适合

拉速的要求。结晶器振动工艺参数对其工艺效果的影响如下：

1）结晶器振动的负滑脱时TN控制铸坯表面的振痕深度，即两者呈增函数关系。TN越

长，振痕越深。

2）保护渣的消耗量与结晶器振动的正滑脱时间呈增函数关系，正滑脱时间越长，保护

渣消耗量越大。

3）结晶器振动的负滑脱时间率、负滑动量、结晶器上振的最大速度都反映结晶器振动

的工艺效果，但它们不是独立的参数，而且随着结晶器振动形式的确定，一般以其正、负滑

脱时间来判定结晶器振动的工艺效果。

基于上述几点，为控制铸坯的振痕深度，希望TN短；而为保证结晶器的润滑效果，增

加保护渣的消耗量，希望正滑脱时间长，为此目的开发了结晶器的非正弦振动形式，从而突

破了结晶器正弦振动参数的取值限度。

3问题的提出

在结晶器非正弦振动中引入波形偏斜率α这一基本参数，增加了振动的独立参数，使振

动参数的选择更灵活，更适合高速连铸的工艺要求。即在一定的VC条件下，采用非正弦振

动可以明显地降低振动频率f，即可以保持f不变，通过调整α来适合Vc的要求。此外，

非正弦振动可以分别构造结晶器的上振和下振速度曲线。由此提出：在一定的Vc下，可否

通过不断地增加α而无限地降低f。

图1示出在一定VC和振幅S时，不同α所对应的tN–f曲线。可见α增加，tN–f曲线

左移。图2为对应图1中某一tN值时，不同α和f下的结晶器振动速度Vm–时间t曲线。
这些曲线的特点是，Vm≤0时，Vm–t曲线完全相同；当Vm＞0时，随α各f的不同，Vm–

t曲线不同。则由图2，一定Vc和f时，α增加相应地f减少，但tN–f曲线保持不变。上

述问题则可表述为：一定的VC和S条件下，保持结晶器下振速度曲线不变，而不断地改变

结晶器上振速度曲线，即通过构造不同的结晶器振动曲线，同时实现α增加和f降低；而

且，α趋近于1、f趋近于0时，结晶器振动的工艺效果更佳。为此，需对上述问题进行分

析。

图1波形偏斜率对负滑脱时间的影响

m
V

O
tAtBtCt

拉速VC
结晶器振动速度

图2不同的结晶器振动速度曲线

4结晶器振动参数的取值限度

4.1振动参数取值的基本要求

1）α的一般定义

结晶器下振时间TD与α及结晶器振动周期T的关系如式（1）：

TD=(1−α)T/2（1）

由式（1）可得式（2）：

α=1−2TD/T（2）
按式（2）定义α，对复杂的结晶器振动曲线更具有普通定义。

2）负滑脱时间曲线的一般特点

在正弦振动中，tN–f曲线的特点是在f坐标轴上总有f0、f1点。当f≤f0时，tN≤

0；当f0＜f≤f1时，f增加，tN增加，而且变化很大；当f＞f1时，f增加，tN缓慢减少，

并无限趋近于0。

任何振动形式均为周期性运动，所以结晶器振动的速度总是与其f成正比。而出现负

滑脱的必要条件是下振的最大速度要＞Vc。因此，在一定的Vc及一定的振动参数条件下，

其tN–f曲线总有f0、f1点，仅在特殊情况下f0、f1点，仅在特殊情况下f0、f1点重合，

这个特点是振动结晶器的必然特性。

3）振痕深度及振痕间距

振痕深度的主要影响因素是结晶器振动的负滑脱时间，而振痕间距Pm与振痕深度同样

对铸坯表面质量有极大的影响，增加Pm可以改善铸坯表面质量。Pm可由式（3）表示。

Pm=Vc/f（3）

4）振动参数取值的基本要求

连铸振动结晶器的一个基本要求是必须出现负滑脱振动，即tN＞0。因此，下振的最大

速度必须＞Vc，即负滑动量必须＞0。

结晶器振动的负滑动量NSA定义为：负滑脱期间结晶器相对于铸坯下移的距离。

t2
NSA=(Vm−Vc)dt（4）
∫t
1

式中Vm—结晶器下振的速度；

t1—负滑脱开始时间；

t2—负滑脱结束时间。

负滑脱振动必须满足；

NSA＞0（5）

4.2振动参数的取值限度

1）正弦振动参数的取值限度

在正弦振动中，TN可表示为：

−1
tN=60/πf×cos(Vc/2πSf)（6）

为使tN＞0，应有：
2πSf＞Vc（7）

式（7）为结晶器正弦振动参数的取值限度，即在一定的Vc和S的条件下，f总有一个

最小的取值要求。