摘要：文章根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中鑄機(jī)因結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)諧振而出現(xiàn)粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼事故頻發(fā)的問題，在對(duì)結(jié)晶器四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、諧振區(qū)間等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè)和分析研究的基礎(chǔ)上，通過采取降低振動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙、優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)和操作控制避開諧振區(qū)間等措施，最終達(dá)到了降低鑄機(jī)粘結(jié)抽芯事故率和粘結(jié)漏鋼率、提高鑄坯質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：結(jié)晶器振動(dòng)；粘結(jié)漏鋼；諧振頻率；降低板坯鑄機(jī)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）01-0088-03

結(jié)晶器振動(dòng)既是常規(guī)連鑄的一個(gè)基本特征，也是現(xiàn)代連鑄機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，它對(duì)連鑄機(jī)的生產(chǎn)順行和質(zhì)量提高均有著重要的影響。濟(jì)鋼一煉鋼板坯鑄機(jī)為超低頭機(jī)型，結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)板簧導(dǎo)向的四偏心仿弧振動(dòng)形式，該類振動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)環(huán)節(jié)較多、諧振現(xiàn)象明顯、振動(dòng)平穩(wěn)性也較差。因此，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題，有針對(duì)性地對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的傳動(dòng)平穩(wěn)性、諧振情況和振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和分析，通過采取降低傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙以提高振動(dòng)的平穩(wěn)性、強(qiáng)化整備和使用過程中的諧振檢測(cè)、優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)和操作以避開諧振區(qū)間等措施，最終達(dá)到了提高結(jié)晶器振動(dòng)平穩(wěn)性、提高鑄坯質(zhì)量和降低鑄機(jī)生產(chǎn)事故的目的。

一、振動(dòng)系統(tǒng)介紹

（一）鑄機(jī)概況

R5.7/6.8/8.5/12/17/33－1500，超低頭板坯連鑄機(jī)；

鑄機(jī)長(zhǎng)度：17m；

結(jié)晶器長(zhǎng)度：784mm；

生產(chǎn)斷面：200*1400mm；

鑄機(jī)拉速：0.9～1.15m/min；

（二）振動(dòng)系統(tǒng)

1．振動(dòng)系統(tǒng)的形式和組成。鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)、板簧導(dǎo)向的四偏心形式。該裝置是上世紀(jì)70年代前后發(fā)展起來的振動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于正弦振動(dòng)方式，結(jié)晶器壁的弧線運(yùn)行是借助于兩對(duì)偏心距不等的偏心輪及連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)晶器弧線運(yùn)行的定中（導(dǎo)向）是利用三條板式彈簧，一頭連接在快速更換臺(tái)框架上，另一頭連接在振動(dòng)頭恰當(dāng)位置上來實(shí)現(xiàn)的。板式彈簧使振動(dòng)臺(tái)只能作弧形擺動(dòng)， 而不能產(chǎn)生前后左右的位移，為了緩沖結(jié)晶器的自重，快臺(tái)內(nèi)外弧橫梁上分布設(shè)置了2各螺旋緩沖彈簧。

該振動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖1所示，由1臺(tái)電動(dòng)機(jī)、1個(gè)法蘭接手、1根萬向接軸、1個(gè)快速聯(lián)軸器、1個(gè)中心減速機(jī)、2個(gè)帶法蘭的左右方向接軸、2個(gè)角部減速機(jī)、2個(gè)帶軸承的偏心軸組件構(gòu)成。

1．振動(dòng)電機(jī)；2．萬向接手；3．中心減速機(jī)；4．角減速機(jī)；5．偏心軸

2．工作原理。電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)通過一根帶快速聯(lián)軸器的萬向接軸傳給一臺(tái)中心減速機(jī)，從該中心減速機(jī)的左右兩側(cè)各通過一根帶法蘭接手的萬向軸，將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給各自的左（右）角部減速機(jī)，這兩個(gè)左、右角部減速機(jī)再將轉(zhuǎn)動(dòng)按跟原來的運(yùn)動(dòng)成90°角的方向，分別傳給左（右）的一根具有兩個(gè)不同偏心量的同向偏心點(diǎn)的偏心軸上。左（右）偏心軸再通過各自兩個(gè)偏心軸頸上的兩個(gè)軸承及套裝在軸承座上的兩個(gè)與上部振動(dòng)臺(tái)相聯(lián)接的橡膠軸承，將轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橛袕椈山M件導(dǎo)向的近似圓弧的往復(fù)振動(dòng)。

（三）設(shè)計(jì)振動(dòng)參數(shù)

1．振幅。

外緣線處振幅±3.5mm。

2．振頻拉速關(guān)系

（1）

式中：

F——振動(dòng)頻率（鑄機(jī)最大振頻設(shè)計(jì)180次/分）；

V——拉坯速度。

3．振動(dòng)曲線。鑄機(jī)的振動(dòng)曲線為正弦曲線。

二、存在的主要問題

1．鑄機(jī)生產(chǎn)過程中在某一拉速區(qū)間發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器液面波動(dòng)較大，液面穩(wěn)定性較差。

2．鑄機(jī)在低拉速換水口后提拉速過程中，在某一拉速區(qū)間粘結(jié)幾率較大，多次造成鑄機(jī)漏鋼事故的發(fā)生，從2008年3～10月份鑄機(jī)的150次粘結(jié)抽芯、14次粘結(jié)漏鋼數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，換水口粘結(jié)抽芯占到了80%，換水口抽芯漏鋼占到了75%。

3．鑄坯角部結(jié)疤、角裂缺陷出現(xiàn)頻繁，鑄坯表面振痕較深，而且彎曲紊亂。

三、調(diào)查分析

對(duì)于板坯鑄機(jī)的生產(chǎn)來說，鑄坯角部結(jié)疤、角裂和振痕彎曲紊亂的影響因素較多，如液面波動(dòng)、結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場(chǎng)不合理、拉速變化等，鑄機(jī)粘結(jié)抽芯的情況也是如此，但就同一鑄機(jī)、在保護(hù)渣、浸入式水口等工藝條件不變的情況下，結(jié)晶器液面的波動(dòng)對(duì)鑄坯的角裂、角部結(jié)疤、粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼均有較大影響。

結(jié)晶器液面波動(dòng)的影響也比較復(fù)雜，鋼水溫度、流動(dòng)性、液面自控系統(tǒng)對(duì)其都有影響，在板坯鑄機(jī)粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼攻關(guān)期間，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，加之現(xiàn)場(chǎng)的跟蹤觀察，我們發(fā)現(xiàn)：

同一結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)總是在某一區(qū)間鋼水液面不穩(wěn)，而且在這個(gè)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的粘結(jié)抽芯和漏鋼次數(shù)較多，換水口前后，特別是換水口后出現(xiàn)粘結(jié)抽芯并且漏鋼幾率大是因?yàn)閾Q水口拉速為0.6m/min，而鑄機(jī)的正常拉速在1.0～1.1m/min之間，也就是說，每次換水口時(shí)均需要先降拉速，換完水口后再將拉速提高正常拉速，因此，在先降后提拉速的過程中，結(jié)晶器的振動(dòng)平率經(jīng)過諧振區(qū)間的可能性很大，結(jié)晶器液面也不穩(wěn)，因此出現(xiàn)了換水口前后，特別是換水口后粘結(jié)抽芯和漏鋼事故率較高的情況。

西安理工大學(xué)劉宏昭等在對(duì)板坯鑄機(jī)的四偏心板彈簧導(dǎo)向振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型計(jì)算求解的基礎(chǔ)上，計(jì)算出其在X、Y方向上的諧振情況（如圖2、圖3）。

而后得出結(jié)論，結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)存在著復(fù)雜的諧振現(xiàn)象，引起結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜諧振現(xiàn)象的因素較多，有非線性激勵(lì)、周期時(shí)變參數(shù)激勵(lì)、剛體運(yùn)動(dòng)慣性力及鑄坯摩擦力等因素，從上面的圖上還可以看出，同一振動(dòng)系統(tǒng)在不同振頻條件下的彈性位移是不一樣的，也就是說同一快臺(tái)，存在著諧振加劇的諧振區(qū)間。

湖南鐳目公司利用ANSYS分析軟件對(duì)鑄機(jī)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行數(shù)值分析后在振動(dòng)諧振方面也得出了如下結(jié)論：

1．結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)存在著明顯的諧振問題。

2．振動(dòng)系統(tǒng)在諧振區(qū)間振動(dòng)的偏擺量明顯加大，振動(dòng)穩(wěn)定性急劇下降。

3．同一振動(dòng)系統(tǒng)有其固有的諧振頻率，該頻率可以通過調(diào)整結(jié)晶器本身質(zhì)量、板簧的幾何尺寸及支撐方式等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼總是與結(jié)晶器的下渣和潤(rùn)滑有關(guān)。結(jié)合上述有關(guān)結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)諧振現(xiàn)象的調(diào)查，考慮到我廠板坯鑄機(jī)同一快臺(tái)出現(xiàn)粘結(jié)抽芯總是出現(xiàn)在拉速調(diào)整特別是拉速提高的過程中，總是在某一拉速振頻區(qū)間，而且在這個(gè)區(qū)間里鋼水液面波動(dòng)總是較大，通過統(tǒng)計(jì)分析后認(rèn)為這種換水口前后拉速調(diào)整過程中出現(xiàn)了粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼主要是由于結(jié)晶器諧振造成鋼水液面波動(dòng)較大而出現(xiàn)的。

四、相關(guān)措施

1．為了減輕彈性物件對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)諧振現(xiàn)象的加劇，將振動(dòng)臺(tái)前后的四個(gè)緩沖彈簧去掉，從同一快臺(tái)去彈簧前后的監(jiān)測(cè)情況來看，去掉緩沖彈簧后結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)的諧振強(qiáng)度明顯降低。

2．為了降低各傳動(dòng)部件之間的間隙，采取了以下措施：

（1）集中更換了鑄機(jī)在線服役時(shí)間較長(zhǎng)的中心減速機(jī)前萬向軸，減輕間隙；

（2）加大了中心減速機(jī)和角部減速機(jī)間隙的調(diào)整力度，將減速機(jī)齒面有熱處理齒面改為硬質(zhì)合金齒面，進(jìn)一步降低減速機(jī)齒間隙；

（3）將角部減速機(jī)和偏心軸之間的齒連接改為膜片聯(lián)軸器連接，進(jìn)一步消除傳動(dòng)件之間的傳動(dòng)間隙。

3．為了監(jiān)測(cè)各個(gè)快臺(tái)的諧振情況，采取了以下措施：

（1）根據(jù)結(jié)晶器的內(nèi)腔形狀，用薄鋼板專門制作了和結(jié)晶器形狀一樣的底部密封的水槽，并以此來模擬結(jié)晶器內(nèi)的鋼水情況；

（2）在設(shè)備整備完成驗(yàn)收、上線或停機(jī)檢修時(shí)均用仿結(jié)晶器水槽加水進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)不同振頻條件下水槽內(nèi)水的晃動(dòng)情況來確定結(jié)晶器振動(dòng)裝置的諧振區(qū)間；

（3）將萬向聯(lián)軸器的直徑有150mm提高到170mm，提高了萬向聯(lián)軸器的強(qiáng)度。

4．針對(duì)用水模試驗(yàn)檢測(cè)出來的諧振區(qū)間，對(duì)振頻與拉速的關(guān)系進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，具體如下：

模型一：f= 70V+50振頻大于105次時(shí)振動(dòng)不再增加；

模型二：f=70V+50 振頻大于115時(shí)振頻不再

增加；

實(shí)際生產(chǎn)過程中，如監(jiān)測(cè)到結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)的諧振區(qū)間在105次以上，則采用模型一，如監(jiān)測(cè)到的結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)諧振區(qū)間在115次以上，則采用模型二。

當(dāng)然，如監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)諧振區(qū)間在105次以下，則采用模型二，同時(shí)在拉速調(diào)整過程中將拉速控制避開諧振區(qū)間對(duì)應(yīng)的拉速區(qū)間，比如，實(shí)際監(jiān)測(cè)的諧振區(qū)間是92～95次，對(duì)應(yīng)的拉速是0.6～0.65m/min，則在無論是提拉速還是降拉速過程中，均不使拉速在0.6～0.65m/min這個(gè)區(qū)間停留。

通過以上措施的采取，減小了結(jié)晶器諧振的強(qiáng)度，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)過程中避開了振動(dòng)系統(tǒng)的諧振區(qū)間，有效減輕了結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)諧振對(duì)鑄機(jī)粘結(jié)的

影響。

五、改進(jìn)效果

自從采取以上措施以后，鑄機(jī)的粘結(jié)抽芯明顯得到改善，2008年11、12月和2009年1月份三個(gè)月，三臺(tái)鑄機(jī)累積粘結(jié)抽芯11次，并且無粘結(jié)漏鋼事故的發(fā)生，由此可見，通過以上措施的采取，板坯鑄機(jī)粘結(jié)抽芯和漏鋼事故得到了很好的控制。

六、結(jié)語(yǔ)

1．板坯鑄機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)和板簧導(dǎo)向的四偏心振動(dòng)系統(tǒng)存在著明顯的諧振區(qū)間，在這個(gè)諧振區(qū)間內(nèi)結(jié)晶器液面波動(dòng)大，波動(dòng)無規(guī)律，這種波對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣的熔化、潤(rùn)滑產(chǎn)生了較大影響，容易導(dǎo)致鑄機(jī)的粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼事故。

2．系統(tǒng)內(nèi)彈性部件越多，這種諧振情況越嚴(yán)重，對(duì)鑄機(jī)生產(chǎn)和質(zhì)量的影響也越大。

3．通過采取改進(jìn)連接方式、提高整備質(zhì)量來消除傳動(dòng)間隙，通過水模試驗(yàn)來監(jiān)測(cè)諧振區(qū)間、參數(shù)優(yōu)化和操作控制來避開諧振區(qū)間，對(duì)于防止結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)諧振造成的粘結(jié)抽芯和粘結(jié)漏鋼事故效果

顯著。

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[4]李憲奎，張德明．連鑄結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2000．

作者簡(jiǎn)介：崔美棠（1973-），女，遼寧海城人，濟(jì)鋼寬厚板廠技術(shù)科助理工程師，研究方向：煉鋼工藝技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）