中国冶金装备网—中国冶金人的网1板坯连铸结晶器振动装置的改造曲锡辉，张伟，李传涛，李新安， 赵立明摘要：针对莱钢 3#板坯连铸机结晶器振动装置存在的问题，对其进行改造采用液压振动装置来代替四轮偏心式机械振动装置，建立结晶器重量及振动单元模型，应用 ANSYS 对系统的模态分析及瞬态分析计算热试结果表明，采用结晶器液压振动装置，可有效改善铸坯质量关键词：板坯连铸，液压振动，机械振动，改造，铸坯质量The Mould Hydraulic Vibration devices Revamping of Slab CasterQu Xi-hui,Zhang Wei,Li Chuan-tao,Li Xin-an,Zhao Li-ming(Yin Shan Section Steel mill of Lai Wu Iron and Steel Co, Laiwu 271104, Shandong,china；)Abstract: Aimming at existing problem of the mould hydraulic vibration devices of slab caster, hydraulic vibration devices wrer adopted instead of vibratory mechanism with 4-eccentric axies. Creating the model on weight and vibration unit of the mould and Using the commercial software ANSYS, modal and transient analysis of vibratory system were calculated. The results of thermal state experiment showed that adopting the mould hydraulic vibration devices could very effectively improve the slab quality.Key Words: continuous casting of slabs, hydraulic vibration, mechanical vibration, revamping, slab quality.1 前言板坯连铸结晶器振动是防止铸坯在凝固过程中与结晶器壁间粘结而出现粘挂拉裂或拉漏事故，结晶器的振动方式及振动参数对拉速和铸坯表面质量有很大的影响 [1]。
传统的机械振动装置一般采用正弦曲线振动，振动波形，振幅固定不变，对于漏钢和振痕的控制相互矛盾，并限制了振动波形曲线的选择，使拉速和铸坯质量的提高受到较大的限制 [2]近年来，为满足高效连铸热装，热送及热连轧等新技术的需要，要求连铸过程具有高拉速和高的铸坯表面质量，而液压振动装置采用非正弦曲线振动，可调节振动波形，频率和振幅，选择最佳的振动特性参数，可同时保证拉速和铸坯质量的提高 [3]中国冶金装备网—中国冶金人的网2本文针对莱钢银山型钢厂 3#铸机在生产过程中结晶器振动装置存在的问题，对结晶器振动装置进行改造，采用液压振动装置代替四轮偏心式机械振动装置，建立结晶器重量和振动单元模型，通过 ANSYS 商业软件中的结构模态分析模块对结晶器振动装置系统进行模拟分析，对实际检测的结果进行验证，并根据冷态测试的结果进行热试2 莱钢 3#铸机结晶器振动存在的问题银山型钢厂 3#铸机为连续弯曲和连续矫直的直弧形单流板坯连铸机，主要生产包晶钢、低碳含铝钢及中碳钢等，结晶器采用并行直板式，弧半径为 10m，铸坯断面宽度为1230～2100mm，厚度为 160 mm、200 mm 和 250mm，设计拉速范围在 0.2~0.5m/min，工作拉速为 1.35 m/min，铸机总长度为 94.5m，冶金长度为 29.5m，定尺长度在 2.4～12.8m之间，平均一年约由一次拉漏事故。
3＃铸机结晶器振动装置改造前使用的是国内某公司设计的四轮偏心式机械振动装置，振幅和频率分别为±4mm 和 50V+50通过偏心轴来实现由回转运动转变为上下往复运动，并通过偏心量的不同实现仿弧运动在使用大约 4 年后，由于机械振动本身固有的特性和轴承等机械间隙的存在，造成振动误差大，在生产中随着磨损的加大，振动误差呈增加趋势，且不能实时调节振动频率和波形，操作灵活性差，不能满足当前高效连铸的实际要求，严重影响拉速铸坯质量的提高，另外由于机械振动装置的传动系统复杂，设备维护量大，维护成本高33#铸机结晶器振动装置的改造3.1 该结晶器液压振动装置的技术特点新型板坯液压振动装置（中冶连铸自主知识产权）包括板簧结构、振动框架与固定框架为箱式框架结构、便于调整的“安装定位与限位装置” 、带缓冲和减轻液压系统负荷、液压缸及伺服阀安装于固定框架内以及无磨损导向设计等技术该装置的优点主要有以下几点：1）可实现结晶器正弦和非正弦振动，调节结晶器振动的波形、频率和振幅，选择最佳的振动特性参数，振动平稳，铸坯振痕较浅、均匀在不同钢种和拉速组合下均可获得最佳的铸坯表面质量；2）振动导向采用无摩擦板簧导向技术，振动单元的固有频率较高，生产时发生的偏摆量小，且在振动工作频率状态下不容易发生共振现象；3）以液压缸取代了传统机械振动系统中复杂的传动系统和振动发生装置，设备组成大中国冶金装备网—中国冶金人的网3大简化，因而大大减轻了设备维修工作量。
由于振动装置大大简化，可方便结晶器、弯曲段的检查维护振动液压缸采用进口耐高温密封，保护良好，寿命长，几乎不需要维修；主要液压元件（伺服阀） 、压力及位移传感器，采用进口产品，设备高寿命设计，真正做到免维修护；4）结晶器、弯曲段在振动装置上就位后，各冷却水路自动连通3.2 结晶器振动装置的优化改造针对 3#铸机在生产过程中结晶器振动装置存在的问题，莱钢联合中冶连铸对结晶器振动装置进行改造，采用冶连铸设计液压振动装置代替四轮偏心式机械振动装置，其中多项为中冶连铸的多项自主技术，相应的改造内容包括新型板坯液压振动装置、弯曲段固定支撑、接水板、结晶器框架、液压站及电控部分结晶器振动装置采用全新液压振动装置，一套液压振动装置由两个振动单元组成振动装置数量 2 套，其中一套为线外备件液压振动装置可采用正弦和非正弦两种振动曲线，振动频率为 25 -~200 次/min，振动行程在 2 mm ~12 mm，可在浇注过程中随时调节，波形非对称性最高可达 80%；采用板簧导向，液压缸的缸径 ∅125 mm /∅90 mm，行程为 25 mm，在 X 向精度 (水平, 浇铸方向) 为 0.1 mm，Y 向精度(水平, 垂直于 X 方向)为 0.1 mm，Z 向精度(竖向, 缸的行程 )为行程的 3 %。
3.3 结晶器振动系统数值模拟应用商业软件 ANSYS 中结构模态分析模块，如图 1 所示，简化结晶器重量及振动单元模型，对其固有频率进行分析总重量为 23 吨，均布在活动架上的横梁上模态分析得到的前四阶固有频率如表 1 所示图 1 板簧导向装置的简化模型表 1 模态分析前四阶固有频率及振型描述阶次 固有频率 振型描述1 3.331 结晶器沿 Z 向上下振动中国冶金装备网—中国冶金人的网4通过对系统的模态分析以及瞬态分析计算，得到了系统在低阶激励频率下得到了高阶频率共振响应的结果，并通过将计算得到的偏摆量与测试得到的结果进行比较，基本吻合，计算结果和实际相互得到验证4 生产应用及应用效果分析 4.1 热试及投产应用2009 年 4 月在莱钢型钢厂 3#铸机在进行了热试，生产两炉断面尺寸为175mmx1260mm 的 Q235-B，拉速为 1.35m/min，振幅为 3~-4mm，频率为 162~-166，对铸坯做低倍检测，质量良好；热试完后正常连续生产四天断面尺寸为 175 mm x1260mm 的Q345，拉速为 1.20m/min，振幅 3~4 毫米，频率为 189，铸坯经检验质量良好。
实践证明，铸坯表面质量得到大幅度改善，设备稳定性提高4.2 改造前后铸坯质量分析图 2 改造前机械振动铸坯表面质量图 3 改造后液压振动铸坯质量根据图 2~3 可知，用结晶器液压振动较机械振动铸坯表面质量明显改善，振痕宽度和深度明显减轻，渣坑凹陷基本消除；根据低倍试验结果，铸坯中心偏析程度降低，且铸坯经2 6.644 结晶器以图中所示 Y 轴为轴心，沿内外弧方向(X 向) 摆动3 19.015 结晶器以图中所示 X 轴为轴心，沿结晶器宽度方向(Y 向) 摆动4 19.805 将 x-y 坐标平面移至与上部板簧同一平面，结晶器以移动后的 Y 轴为轴心，沿结晶器宽度方向 (X 向) 摆动中国冶金装备网—中国冶金人的网5酸洗后，中间裂纹和皮下裂纹明显较少分析原因认为结晶器振动产生的凝固坯壳最为直接的机械外力是产生表面裂纹的主要原因，其中横裂纹和振痕通常共生结晶器采用液压振动技术大幅度减少了结晶器与初始凝固壳之间的摩擦力，增加了保护渣的消耗从而减轻表面裂纹和振痕5 结论莱钢型钢厂 3#板坯连铸机结晶器振动装置改造前后，铸坯的振痕和铸坯质量得到了大幅度的改善与机械振动装置相比，采用结晶器液压振动系统可调节结晶器振动的波形、频率和振幅，选择最佳的振动特性参数，铸坯振痕较浅、均匀；振动平稳，大大地降低了漏钢的几率；提高了振动频率，使高拉速浇注得以实现，提高了铸机的生产能力。
参考文献[1] 王子亮,郭世宝,王广林等. 非正弦振动在板坯连铸机上的应用 .钢铁,2005,40(1):31.[2] 汪洪峰,沈国强. 结晶器液压振动技术在梅山高效连铸中的应用 .上海金属,2004,26(1):37.[3] 赵长安,毕铭强,谢宝辉.板坯液压振动分析研究.重工与起重技术 ,2009,23(3):1.（文章来源：中国冶金装备网 ）。