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1、本科生毕业设计说明书题 目 ： 180方坯结晶器振动装置设计姓 名 ： 学 号 ： 0608138133专 业 ： 机械设计制造及其自动化班 级 ： 机械06-3班指导教师： AbstractMold vibration device is one of the key equipment of continous casting machine ,and it is main role is to make the lubrication of the inner wall of the mold well ,reducing friction to prevent the bond of
2、the molten steel and the inner wall, and also to improve the quality of the surface of the slab .when a bond , the vibration can force to Stripping and eliminate bond .Vibration produces the vibration which the mold needs , so any vibration mechanism must meet two basic conditions:First ,the mold mu
3、st accurately follow the trachs of vibration .Second ,the mold vibrate according to a certain motion law . The way that mold achieves are trajectory:guideway 、differential-tape 、double rocher type、four eccentic type and hydraulic vibration mechanism ,and so on .the main vibration includes synchronou
4、s vibration,thenegative slippage vibration,sine vibration ,non-sinusoidal vibration and so on . Four-bar linkage of short arm is by choosing the appropriate size of the two rocher ,making a certain instantaneous motion around the radius of curvature achieve the arc movement .Rocher length of the two
5、 choices must be met equal to the length of the two rocker;the extension line of two rockers through the curvature centre .The description mainly about the design of the four-bar linkage of short arm ,as follows: Introduction ,development ,motion forms and motion law of continuous casting vibration
6、mechanism ; Determining the design scheme ; Determining process parameters; The motion analysis of vibration mechanism and the motors choice ; Error analysis of mold ;Keywords continuous casting vibration mechanism four-bar linkage of short arm curvature center arc movement 摘要结晶器振动装置是连铸机的重要设备之一，其主要作
7、用是使风壁获得良好的润滑条件，减少磨擦力，防止钢水与内壁的粘结，同时还可以改善铸坯的表面质量。而且当发生粘结时，振动能强制脱模，消除粘结。振动机构是使结晶器产生所需要的振动，因此任何振动机构都必须满足两个基本条件：第一，使结晶器准确地沿着一定的轨迹振动。第二，使结晶器按着一定的规律振动。 结晶器实现弧形运动轨迹的方式有：导轨式、长臂式、差动式、双摇杆式、四偏心式、以及液压振动机构等等。振动规律主要包括同步式振动，负滑脱振动，正弦振动，非正弦振动等等。短臂四连杆机构是通过选择适当尺寸的两个摇杆，使其在某一瞬间时的运动是绕曲率半径中心的圆弧线运动。其中两摇杆长度的选择必须满足两摇杆的长度相等；两摇
8、杆的延长线通过曲率中心。本说明书要是对短臂四连杆机构进行了设计，其内容如下： 连铸振动机构的简介、发展、运动形式和运动规律； 设计方案的确定； 工艺参数的确定； 振动机构的运动分析和电动机的选择； 结晶器的误差分析；关键词 连铸 振动机构 短臂四连杆 曲率中心 圆弧运动 Abstract2摘要3第一章 绪论61.1 现代连铸技术的发展方向61.2 连铸机结晶器振动技术71.2.1 结晶器介绍71.2.2 结晶器振动技术的发展历史91.2.3 结晶器振动工艺参数分析121.2.4 结晶器振动技术的发展131.2.5 结晶器振动技术141.2.6 结晶器振动和润滑的关系16第二章 设计部分192.
9、1 方案的确定192.1.1 方案的分析比较与确定192.1.2 振动方式的分析与确定202.1.3 结晶器振动机构组成212.1.4 短臂四连杆结晶器振动原理222.2 参数的确定232.2.1 基本设计参数232.2.2 结晶器正弦振动的基本规律232.2.3 相关工艺参数242.2.4 振动参数的确定252.3 振动频率和振幅的计算262.4 结晶器振动机构运动学分析292.4.1 结晶器振动位移分析292.4.2 结晶器振动机构速度与加速度分析302.4.3 结论312.5 电动机的选择和减速器的设计322.6 联轴器的选择362.7 偏心轴的设计372.8 四连杆的设计382.9 结
10、晶器振动机构的振动误差分析412.9.1 四连杆振动机构误差分析模型的建立412.9.2 误差计算公式412.9.4 目标函数对弧线误差的影响46第三章 结晶器振动机构的润滑与安装维修473.1 结晶器的润滑473.2 振动机构的安装维修47第四章 经济价值分析494.1 连铸的经济效益494.2 方坯连铸的投资和经济效益49参考文献52 第一章 绪论1.1 现代连铸技术的发展方向在生产能力方面: 随着电磁组合结晶器、非正弦振动、轻压下、凝固动态控制技术的工业化, 板坯连铸机产量达到200 万吨/流年, 方坯连铸机产量达到40 万吨/流年, 形成单台铸机对单台连轧机的生产流程.在品种结构方面:
11、 随着电磁技术及凝固控制技术的应用, 连铸品种将有望实现品种的100%, 而且实现组织控制、内部及表面质量控制, 达到全无缺陷坯高效生产. 在电磁连铸方面: 随着超导技术的发展, 用于浇注钢的电磁约束结晶器、电磁激震装置的工业化将成为可能, 在此基础上, 将有望开发无模、无振动、断面形状可任意组合的连铸机.连续铸钢是把液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。自十九世纪中期H.Bessemer 提出这种连续浇注的设想以来，由于其工艺特点同传统模铸相比具有很多的优越性，因而在短短的一百年的时间里获得了令人瞩目的发展。从上个世纪50年代连铸技术应用于钢铁工业以来，经过30年的发展，到了上
12、个世纪80年代，连铸技术已经进入了完全成熟的时代，新世纪以来，钢铁工业面临一系列挑战，包括符合环境保护要求的排放物，节能和改善操作者劳动条件的迫切要求，材料性能方面受到其它材料的竞争，在生产效率方面受到投资和成本限限制等。为了适应市场的变化而形成了新世纪连铸技术发展的最新方向,主要包括三个方面,即近终形浇铸、高质量钢浇铸和高效连铸,三个课题之间相互关联,在发展进程中逐渐发展为优质,高效和经济三者兼顾的生产技术体系.近终型浇铸是当代世界钢铁技术的一次大变革,是当前具有强竞争力的短流程钢厂采用的主要工艺,力求浇铸尽可能接近最终产品的铸坯,以便使进一步减少中间加工工序,节省能源,减少贮存和缩短空间.
13、其与传统工艺相比,流程短,效率高,建设投资小,生产成品低,受到世界钢铁界的高度重视.另一个课题,即连铸高质量钢,主要包括铸坯的清洁性、表面质量和内部质量保证,以满足产品对质量不断提高的要求,同时也有效地减少了成型加工过程,这是连铸技术向高水平发展的标志.高效连铸技术,就是连铸机实现高拉速、高作业率、高连浇炉数及低拉漏率,生产高温无表面缺陷的连铸坯技术主。其中以高拉速连铸的主要技术为主导和重点，因此许多相关技术都围绕展开，如高效结晶器技术，高质量保护渣技术，铸坯连续矫直技术以及结晶器振动方式研究等。而结晶器振动的完善是其中最主要的技术措施之一，实践证明结晶器振动方式以及振动参数对于提高拉速、改善
14、铸坯表面有重要影响。二十一世纪, 钢铁工业正朝着环境友好、资源循环、性能极限、高效生产方向发展, 其核心推动力来自钢铁行业技术的创新和集成, 即: 连续、紧凑、快节奏的高效生产工艺技术; 高洁净、高强度、高性能、长寿命的材料设计与加工技术以及高效能源转换与资源利用技术. 不断提高生产效率、改善产品品质、节能降耗的连铸本质特征将继续促进钢铁生产朝着更加低耗、优质、高效、清洁生产的方向优化. 连铸仍然是当今最活跃、最具战略影响力的钢铁科技创新点. 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注时,铸坯直接从结晶器向下拉出,由于缺
15、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,很难进行浇注。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,工业上大规模应用连铸技术才得以实现。可以说,结晶器振动是浇注成功的先决条件,是连铸发展的一个重要里程碑。本文将要重点对结晶器的振动问题进行研究。1.2 连铸机结晶器振动技术1.2.1 结晶器介绍结晶器是用于结晶操作的设备。结晶器的类型很多，按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器；按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆（即母液和晶体的混合物）循环结晶器；按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。常用的结晶器有： 结晶槽，一种槽形容器，器壁设
16、有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品（如化学试剂和生化试剂等）的生产。 强制循环蒸发结晶器，一种晶浆循环式连续结晶器。操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。晶浆在加热室内升温（通常为26），但不发生蒸发。热晶浆进入结晶室后沸腾，使溶液达到过饱和状态，于是部分溶质沉积在悬浮晶粒表面上，使晶体长大。作为产品的晶浆从循环管上部排出。
17、强制循环蒸发结晶器生产能力大，但产品的粒度分布较宽。 DTB型蒸发结晶器，即导流筒-挡板蒸发结晶器，也是一种晶浆循环式结晶器。器下部接有淘析柱，器内设有导流筒和筒形挡板，操作时热饱和料液连续加到循环管下部，与循环管内夹带有小晶体的母液混合后泵送至加热器。加热后的溶液在导流筒底部附近流入结晶器，并由缓慢转动的螺旋桨沿导流筒送至液面。溶液在液面蒸发冷却，达过饱和状态，其中部分溶质在悬浮的颗粒表面沉积，使晶体长大。在环形挡板外围还有一个沉降区。在沉降区内大颗粒沉降，而小颗粒则随母液入循环管并受热溶解。晶体于结晶器底部入淘析柱。为使结晶产品的粒度尽量均匀，将沉降区来的部分母液加到淘析柱底部，利用水力分
18、级的作用，使小颗粒随液流返回结晶器，而结晶产品从淘析柱下部卸出。奥斯陆型蒸发结晶器，又称为克里斯塔尔结晶器， 一种母液循环式连续结晶器。操作的料液加到循环管中，与管内循环母液混合，由泵送至加热室。加热后的溶液在蒸发室中蒸发并达到过饱和，经中心管进入蒸发室下方的晶体流化床(见流态化)。在晶体流化床内，溶液中过饱和的溶质沉积在悬浮颗粒表面,使晶体长大。晶体流化床对颗粒进行水力分级,大颗粒在下，而小颗粒在上，从流化床底部卸出粒度较为均匀的结晶产品。流化床中的细小颗粒随母液流入循环管，重新加热时溶去其中的微小晶体。若以冷却室代替奥斯陆蒸发结晶器的加热室并除去蒸发室等，则构成奥斯陆冷却结晶器。这种设备的
19、主要缺点是溶质易沉积在传热表面上，操作较麻烦，因而应用不广泛。1.2.2 结晶器振动技术的发展历史一、 振动的结晶器使连续铸钢实现工业化 回顾连续铸钢的发展历史，连续浇铸的生产方式首先是从有色金属开始的。铸机采用的是垂直固定的结晶器，拉坯过程中，坯壳极易与结晶器壁发生粘结，从而导致拉不动或拉漏事故。因此浇铸速度很低，铸坯的液相心长度一般不超过结晶器长度。 据有关文献记载，于1913年瑞典人皮尔逊（AHPehrson）曾提出结晶器应按照一定的振幅和频率做往复运动的想法，但真正将这一想法付诸实施的却是德国人容汉斯（SJunghans）。容汉斯开发的结晶器振动装置于1933年成功的应用于有色金属黄铜
20、的连铸。 1949年容汉斯的合作者美国人艾尔文罗西（IrvingRossi）获得了容汉斯振动结晶器的使用权，并在美国的阿勒德隆钢公司（Allegheng Ludlum Steel Corporation）的Watervliet厂的一台方坯试验连铸机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被应用于德国曼内斯曼（Mannesmann）公司胡金根厂（Huckiugen）的一台连续铸钢试验连铸机。容汉斯振动结晶器在这两台连铸机上的成功应用，使其在钢连铸中迅速得到了推广。从此，结晶器振动便成了连铸生产的标准操作。可以看出是振动的结晶器使连续铸钢生产实现了工业化。 结晶器振动技术的每一次进步都使连
21、铸生产再上一个新台阶，结晶器振动技术主要包括结晶器振动规律和振动装置两个方面： 1）结晶器振动规律的发展结晶器由静止变为振动，引起了连铸工作者的广泛关注和兴趣，人们纷纷进行试验研究工作，对粘结性漏钢机理进行了研究，发展了各种结晶器振动规律。最早出现的是矩形速度振动规律，基于“拉裂焊合”理论，其特点是结晶器在下降时与铸坯做同步运动，然后以3倍的拉坯速度上升，即所谓的3:1型振动方式。这种振动方式对铸坯脱模是有效的，早期得到了应用。但其主要缺点是机械加工比较困难，振动机构和拉坯机构之间要有严格的电器连锁，在上升和下降的转折点处速度变化很大，设备冲击大，不利于采用高频振动。但这种波形的采用，使固定的
22、结晶器变为振动的结晶器，使结晶器技术产生一个飞跃。随着负滑动理论的出现，矩形速度规律被梯形速度规律所代替，其特点是结晶器向下运动过程中有较长一段时间其速度稍大于拉坯速度，即“负滑脱运动”，使坯壳中产生压应力，可以使拉裂的坯壳压合，使粘结的坯壳强制脱模，结晶器在上升、下降转折点处速度变化较缓和，提高了设备的平稳性，梯形波的出现使连铸的生产更加顺畅，这种速度波形沿用了很多年，负滑动理论一直沿用至今。 随着负滑动理论的不断发展和完善，出现了正弦速度规律，正弦振动速度规律采用偏心轮实现。这种振动规律打破了结晶器和铸坯之间要有一定的速度关系的限制，着重发挥它的脱模作用，用偏心轮代替凸轮，正弦振动仍有一小
23、段负滑动阶段，有利于脱模和拉裂坯壳的焊合，速度、加速度变化平缓，采用偏心轮设备简单，易于加工制造、安装和维护，运动精度高，设备运动平稳，冲击小，易于采用较高频率振动。正弦振动目前仍被广泛应用。非正弦振动速度波形的特点是：结晶器向上运动到最大位移的时间比正弦振动有一段时间滞后，结晶器向上运动的速度小，向下运动的速度大。其负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度，正滑动时间长，可以增加保护渣的耗量，增强结晶器壁与坯壳间的润滑，正滑动速度差小，可以减小摩擦力，减小坯壳中的拉应力，减少拉裂；负滑动量大，即结晶器相对于铸坯向下运动的位移量大，有利于铸坯的强制脱模。由于非正弦振动能够获得合理的工艺参数，适
24、应高拉速，且能获得良好的表面质量，因此受到了人们的重视，被广大连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。2）结晶器振动装置的发展 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
25、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。 结晶器非正弦振动装置的分类。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。1 液压非正弦1）伺服液压系统驱动的非正弦在“九五”期间由燕山大学和第二重型机器厂合作开发的结晶器伺服液压系统，其液压站提供压力源，由工业控制计算机和控制软件组成的监控系统产生正弦、非正弦等波形。模拟控制系统由压力差环PID2，位移环PID1组成。该系统于1998年12月应用于新兴铸管股份有限公司炼钢厂的罗可普方坯连铸机。该项成果获2000年河北省科技进步二等奖。2）数字缸驱动的非正弦 据报道亿美博公司开
26、发了数字缸非正弦振动装置。二、 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
27、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。伺服电机驱动偏心轴非正弦。
28、该技术是由燕山大学最新开发的非正弦振动技术。发明专利申请号200510060032.1。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。伺服电机驱动偏心轴非正弦技术。伺服电机驱动偏心轴的非正弦振动装置打破了结晶器机械振动发生装置和液压伺服振动发生装置的传统模式，将机械振动发生装置中的偏心轴连杆机构由原普通交流电机驱动改为由伺服电机驱动，并融合液压伺服振动装置中的电气控制原理，从而创造出一种新型、结构简单、紧凑的结晶器振动发生装置。该非正弦振动装置频率、波形偏斜率均在线可调，振幅停机可调。通过在线调节波形偏斜率和振动频率可以获得全部最
29、优的振动工艺参数。同时该装置具有振动参数、铸坯与结晶器间摩擦力实时监测、显示、存储和查询功能。其中摩擦力的检测可以作为漏钢预报的一种辅助手段。 该项技术突出的优点是：投资小，装置简单，结构紧凑，运行可靠性高，且承载能力大，抗冲击能力强，维护工作量小，控制系统跟踪精度高，响应速度快。该振动发生装置可用于不同结构和大小的结晶器振动装置，具有较广泛的推广应用价值。1.2.3 结晶器振动工艺参数分析同步控制模型的优化设计中 ,需要着重考察几个与结晶器液压振动冶金效果密切相关的重要的振动工艺参数 ,即:负滑脱时间 tN、 保护渣消耗量 Qf 和振痕深度 dOCS。负滑脱时间即是指在振动周期内结晶器向下运
30、动的速度超过拉速的时间 1 ,在这期间结晶器相对于铸坯向下运动 ,坯壳受到压应力作用 ,该 “压合” 效果可弥补正滑脱期间坯壳受到的拉应力作用 ,从而减小裂纹生成的可能性 ,以及使铸坯表面的振痕变浅 ,这对于铸坯的表面质量是有利的。但另一方面 ,结晶器保护渣沿坯壳与结晶器壁之间的渗入量则随着负滑脱时间的增加而减少 ,这对于铸坯润滑条件和结晶器传热条件的改善是不利的。综合考虑到负滑脱时间对结晶器振动冶金效果的正负两方面的影响效果 ,在优化同步控制模型时应对其目标值进行适当选取 ,且对于不同的钢种 ,还应按钢种特性(特别是裂纹敏感性)来加以考虑 ,例如包晶钢对应的负滑脱时间目标值即应取得相对更小一
31、些。负滑脱时间 tN 与振动基本参数密切相关 ,其值随着频率 f 的增加、 振幅 h的减小及波形偏斜率的增大而减小。对于各种振动波形 ,在给定拉速、 振幅及波形偏斜率的情况下,均存在着一个频率临界值 f cr和转折值 f in。当 f f cr时 ,负滑脱时间不存在,此时无法控制粘结 ,即为粘结区域;当 f cr f f in时 ,负滑脱时间随频率增加而增大 ,且变化趋势较陡(频率的微小变动可引起负滑脱时间的强烈变化) ,即为非稳定区域 ,合理的频率值应该避开这两个区域。板坯浇铸过程中 ,结晶器保护渣添加至结晶器钢液表面,保护渣熔化且沿着结晶器壁与铸坯之间的空隙进行渗透 ,形成液相渣层和固相渣
32、层2 。对于冶金效果来说 ,结晶器保护渣具有两个重要的功能 ,即:均匀传热和良好润滑。而结晶器润滑情况是否良好 ,则可以采用保护渣消耗量来加以评价 ,即单位面积铸坯表面所消耗的保护渣质量。基于防止粘结性漏钢的考虑 ,保护渣消耗量的临界最小值从经验上可取为 0. 3 kg/ m2。 3 保护渣消耗量 Qf 主要取决于结晶器的振动参数、 拉速和保护渣的性质4 ,通过理论计算可获得保护渣消耗量随结晶器振动参数和拉速的变化关系 ,如图 1 所示。1.2.4 结晶器振动技术的发展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
33、。连铸在采用固定结晶器浇注时，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，很难进行浇注。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，结晶器振动是浇注成功的先决条件，是连铸发展的一个重要里程碑。近年来，冶金工业的迅速发展，要求连铸提高拉速以增加连铸机的生成能力，人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展。1.2.5 结晶器振动技术 结晶器振动技术早期只应用于有色金属的浇注，由于没有弄清与结晶器润滑的关系，结晶器震动的概念也经历了各种变化。直到1949年，S.容汉斯和I.罗西第
34、一次将其应用于钢的浇注，目前就是为了有效的改善铸坯和结晶器壁间的润滑条件。这一成果对于推动连铸技术的发展，使其从实验室走向工业化应用做出了开拓性的发展，表1.1示出了连铸结晶器振动技术的发展演变情况。从表1.1结晶器振动技术的发展来看，结晶器震动经历了早期的非正弦振动到正弦振动方式，目前又发展到非正弦方式的过程。当然，现在所采用的非正弦振动与早期的非正弦振动虽然振动波形同为非正弦，但其目的和实现方式上二者有本质的区别。结晶器振动技术的发展过程序号 年代 发明者 振动形式 原理或目的 1 1933 容汉斯 非正弦 3:1模型,但下降时无相对运动,以保证最 高的传热效果 2 1949 容汉斯 非正
35、弦 第一次将振动结晶器应用到钢的连铸中 罗 西 3 1951 萨瓦日 非正弦 振幅和频率根据结晶器摩擦而变化的簧 吊挂式结晶器 4 1953 罗 西 非正弦 在1:1和1:4模型之间,以避免结晶器向 上运动时撕裂坯壳 5 1953 哈立德 非正弦 使用机械往复式3:1模型结晶器,向下运 动时有负滑脱 6 1954 萨瓦日 非正弦 应用弹簧吊挂式结晶器加上液压机构的 海森堡 3:1模型,在结晶器向下运动时有”压缩释 放“7 1957 鲁斯特海尔 非正弦 用弹簧吊挂式结晶器加上液压机构的 Scheneider 3:1模型,以避免振动8 1958 Signora 正 弦 以偏心机构形成稳定、简单的正
36、弦波振 Caroano 动9 1959 Michelsen 非正弦 3:1模型，只在向下运动最后阶段产生负滑脱以改善传热10 1959 萨瓦日 非正弦 3:2模型，降低向上运动的加速运动以尽 Morton 量避免撕裂坯壳11 1960 苟 周 非正弦 用安装在弹簧吊挂结晶器上的两个叠加 Zaeytydt 的偏心机构形成复杂的模型12 1967 考伯尔 非正弦 0.51.0s的负滑脱焊合时间13 1968 科奈尔 正 弦 55%80%的向下运动时间为负滑脱时间14 1971 鲍 曼 正 弦 在大方坯浇注中采用高频小振幅振动一减轻振痕15 1979 Tomono 正 弦 碳含量对振痕深度的影响16
37、 1981 Okazaki 正 弦 第一次用400cpm振动频率的板坯连铸机17 1982 沃尔夫 正 弦 在整个浇注速度范围内负滑脱时间恒定18 1984 米如 正 弦 在f和Vc之间呈抛物线式的同步模型19 1984 米朱卡米 非正弦 带液压驱动装置的1:2.5模型，以高速浇注板坯20 1985 戴维斯 正 弦 低频小振幅高速浇注易粘结钢种21 1985 Mikio Suzuki 非正弦 上行时间比下行时间长，用液压伺服传动机构浇注板坯22 1985 日本神户 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注期间对制铁 振动波形、频率、振幅进行调整23 1988 DELHAU 非正弦 液压伺服传动机构
38、，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进行调整期间24 1990 DEMAG和 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注对振动ARVEDI公司 波形、频率振幅进行调整25 1995 奥钢联和 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注期间英国DAVY公司 对振动波形、频率、振幅进行调整26 1998 李宪圭非正弦通过非圆齿轮或连杆式驱动，对振动波型、频率、振幅进行调整，方便简单 图1.4 1.非正弦曲线 2.正弦曲线1.2.6 结晶器振动和润滑的关系结晶器振动的重要影响主要是对润滑和振动痕迹形成的作用。振动的同时要求提供结晶器润滑，两者的共同作用是减少坯壳和结晶器壁间的摩擦力，以得到最好的表面质量和防止
39、粘结漏钢的最佳安全性。如前所述，结晶器振动对于改善结晶器壁间的润滑是非常有效的，但对于结晶器振动如何影响结晶器保护渣的消耗和保护渣的润滑作用，其机理并不十分清楚。早期的研究曾提出一个负滑脱时间保护渣流入量的模型，但是随后的试验结果表明，保护渣消耗量是正滑脱时间的增函数，图1.5示出了保护渣消耗量与正滑脱时间的关系。可见，对于振动结晶器，正滑脱时间越长，保护渣消耗量越大，由此也引起了大量的争议。对于增加保护渣消耗而言正滑脱时间和负滑脱时间是振动周期内的两个必不可少的过程：正滑脱期间，结晶器相对坯壳向上运动。保护渣在结晶器钢水弯月面处形成的渣圈上移，液渣由钢液面向弯月面流动的通道被“打开”，促进了
40、液渣弯月面附近流动和聚集，由于摩擦力作用液态渣的一部分被“拔出”；负滑脱期间，结晶器相对坯壳向下运动，渣圈随结晶器下移，液渣受到压力而向结晶器和坯壳间填充，同时，由于压缩的作用，液渣流动的通道被“关闭”，也部分阻碍了钢液面上的液渣向弯月面附近流动。结晶器周期性振动的结果，导致液渣在弯月面处的流动、聚集以及向结晶器和坯壳间填充的重复进行，从而改善了结晶器的润滑状况。当液渣的填充成为限制性环节时，负滑脱时间反映振动参数对保护渣消耗的影响；当液渣供应成为限制性环节时，则正滑脱时间反映振动参数对保护渣消耗的影响。通过对生产、试验数据的综合评价，研究发现，保护渣消耗量与总的周期时间有很好的对应关系（见图
41、1.5），并得到如下的实验公式：式中：Q-单位面积的保护渣消耗量，； -拉坯速度，m/min； f-振动频率Hz； -保护渣的液渣粘度，pa.s.图1.5 保护渣消耗量与正滑脱时间的对应关系很明显，它是保护渣粘度和振动频率的函数，给出了一个与时间有关的保护渣消耗机制，由于高频振动以及高拉速减少了坯壳的“接触时间”，保护渣消耗量降低。但是，上式中变量缺少了振幅s的影响，仍不能对结晶器振动的影响作出满意的评价。结晶器振动技术是连铸的一个基本特征,基于不同的理论,结晶器振动技术也经历了复杂的过程,早期主要由凸轮实现的非正弦振动,由于波形单一,在线不能调节,未能实现振动波形的优化;由于采用偏心机构使机
42、械动作更加简便,故结晶器正弦振动得到了发展,并不断地对其振动参数进行优化,实现高频振动以改善铸坯表面质量;目前开发的液压振动,波形选择范围宽,并且调节容易,振动机构具有很高的稳定性,对于改善结晶器内的润滑效果,降低摩擦阻力以及为初始凝壳的顺利形成创造了最合适的条件,可以实现连铸过程振动的最优化.对于改善铸坯表面质量,提高拉坯速度,液压振动技术将以其突出的优越性在连铸生产中获得广泛地应用.当然，无论哪种振动方式，结晶器振动对于润滑的影响，尚需进一步深入研究，以得到令人满意的使用模型。第二章 设计部分2.1 方案的确定2.1.1 方案的分析比较与确定结晶器的振动装置机构类型如绪言所述有，短臂四连杆
43、，四偏心式，摆杆式可以用于弧形连铸机。 表2-1振动机构性能比较形式短臂四连杆摆杆式四偏心式构造简单较大零件多运动精度良好近似直线良好振动频率中、高中、高中、高运动方式摆动摆动回转支持方式二点支撑二点支撑四点支撑振幅调整线内线内线外 根据以上的性能比较及内弧四连杆多用于小方坯，外弧四连杆用于大方坯和板坯连铸机，所以本次设计的180180小方坯采用内弧四连杆式。短臂四连杆包括内弧四连杆，外弧四连杆。内弧四连杆振动机构是一种较新颖的结构，其特点是全部传动机构和振动部分均放在内弧侧，结构简单。机构中用对心精确的关节轴承代替滚动轴承，减少了磨损。摇杆较短，刚性好，不易变形。该结构考虑了运动部件的平衡，
44、使偏心轮上连杆受力方向不变，保证运动平衡。在连杆内的压缩弹簧可以防止过载损坏构件。采用改变偏心轴和偏心轴套的相对位置来改变偏心距以调整振幅的大小，既准确又不易变形，且振动误差也较小。在振动框架上没有与结晶器自动定位和自动接通冷却水的装置。由于这种结构具有运动轨迹较准确，结构简单紧凑，易于维修结构简单，没有导轨，只有轴承链接，因而使用寿命长，运动轨迹误差小等一系列优点，因而得到了广泛应用。目前方坯连铸机上大多数采用这种振动机构。2.1.2 振动方式的分析与确定内弧四连杆机构即短臂四连杆属于正弦运动，它是今年来国内外在各种断面连铸机上普遍采用的一种振动规律。当结晶器的运动速度与时间的关系为一条正弦
45、曲线时，称这种振动为正弦振动。其主要特点是：结晶器在整个振动过程中速度一直是变化的，即铸坯与结晶器间时刻存在相对运动。在结晶器下降进还有一小段负滑动，因此能防止和消除粘结。另外，由于结晶器的运动速度是按正弦规律变化的，加速度则必然按余弦规律变化，所以，过渡比较平稳，冲击也较小。它与梯速振动相比，坯壳处于负滑动状态的时间较短，且结晶器起上升时间占振动周期的一半，故增加了坯壳拉断的可能性。为弥补这一弱点应充分发挥加速度较小的长处，亦可采用高频振动一提高脱膜的效果。这种振动规律是突出的优越性是，它用一简单的偏心机构就有实现，无论从设计上还是制造上都很容易。它非常适合小振幅，高频率，短负滑动时间，同时还
