CN1036157A - 连续铸造结晶器振动的方法及装置 - Google Patents

Abstract

连续铸钢结晶器的振动方法，是通过取决于拉坯 速度带有调节振幅的振动构件进行的，其特征在于： 其振动的运动方式为锯齿形。结晶器在运动期间基 本上是在整个向下运动时超过拉坯速度的，在此期间 振动频率有所提高。

Description

本发明主要涉及到连续铸造。

本发明特别地涉及到在连续铸造设备中，用于结晶器振动的方法和装置，特别是连续铸钢的设备。

在连续铸造中，特别是连续铸钢期间，为往结晶内壁与连续铸钢坯壳之间引入润滑剂，连续铸造结晶器是振动的。其目的是防止或减少坯壳粘到结晶器内壁。

人们已经提出了很多用于连续铸钢的振动机构和方法。使设备产生正弦运动的机械振动驱动装置应用得比较广泛。正弦振动的运动方式已证实适宜用于较低的和中等的浇铸速度，即拉坯速度。

从西德第2002366号专利人们知道，为了提高浇铸速度可以按其与拉坯速度的比例提高振幅来调节正弦振动的运动方式。其它出版物中也是提出根据拉坯速度提高振动频率。如果运动的坯壳与正弦振动的结晶器之间相对运动的特性曲线按比例地转为较高即2到6米/分之间的拉坯速度，则必须得到一相应地增大振幅或提高振频，或者既增加振幅也增加振频。采用这种振动方式，特别是对于难浇的诸如所谓较粘的钢种不能获得令人满意的结果。

除正弦振动之外的运动，还有许多其它的振动运动方式，例如，日本公布的61-162256号专利说明书对此进行了介绍。通常在这些非正弦振动运动方式中，向上的冲程与向下的冲程的时间周期是不同的，例如，呈1∶3的比值。在一个位移与时间关系曲线图中这些振动方式用锯齿形线来表示。结晶器能靠液压装置或相应的驱动装置驱动。就振幅和频率而言，产生非正弦运动的振动驱动装置是很容易调节的。尽管如此，特别是对于指定的较粘的钢种来说，由于浇铸速度很高时产生的振痕较大，且易出现漏钢，铸坯表面的质量是不能令人满意的。

本发明的目的在于为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个能够改善铸坯表面质量的结晶器振动方法。

本发明的另一个目的在于为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个既能在开浇时，也能在浇铸过程中较大幅度地改变拉坯速度，并在此过程中同时减少铸坯表面缺陷的结晶器振动方法。

本发明的另一个目的在于为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个即使浇铸较粘的钢种时，也能在浇铸过程中调节浇铸速度，并能改善铸坯表面质量和减少漏钢的结晶器振动方法。

本发明进一步的目的是为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个浇铸速度高于已经获得的（例如，厚板坯2到6米/分，薄板坯和方坯4到10米/分）的结晶器振动方法。

为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个可改善铸坯表面质量的结晶器振动装置也是本发明的目的。

本发明的另一个目的是为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个既能在开浇时，也能在浇铸过程中获得相对较大幅度地改变拉坯速度，并同时减少铸坯表面缺陷的结晶器振动装置。

本发明的另一个目的是为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个即使浇铸较粘的钢种时，也能在浇铸过程中调节浇铸速度，同时能改善铸坯表面质量和减少漏钢的结晶器振动装置。

本发明相伴的目的是为连续铸造，特别是为连续铸钢提供一个浇铸速度高于已经获得的例如，厚板坯2到6米/分，薄板坯和方坯4到10米/分的结晶器振动装置。

象其它发明一样，上述目的随着说明书的进展本发明所获得的目的将会变得明显。

本发明一方面是一种连续铸造的方法，例如，连续铸钢的方法。这种方法包括在一个确定具有一个入口端和一个出口端的浇铸通道的连铸结晶器中形成一根连铸坯。形成步骤包括将熔融材料，例如，钢水，引入结晶器入口端，并使熔融材料至少有一部分在结晶器中凝固。铸坯在第一个方向上经结晶器出口端由浇铸通道中被拉出，而结晶器则在使后者（指浇铸通道）交替地在第一个方向上及与此相反的第二个方向上移动的情况下进行振动。结晶器振动装置是这样进行调节的，当拉坯速度由第一速度区提高到1.2米/分或稍低的预定速度时，最好是由第一速度区从静止提高到大约0.8～1.2米/分的预定速度时，振动频率随着坯拉的加速提高了。结晶器振动装置还可这样调节，振动频率保持恒定，而使振幅在拉坯速度由预定值提高到第二速度区的同时，随着拉坯的加速而提高速度。

振动步骤是这样有利地进行结晶器的位移以锯齿状随着时间进行周期性变化。也可有利地调节结晶器振动装置，这样，在一个振动周期中，基本上是通过使结晶器在第一个方向上运动而且在该方向上结晶器的运动时间约为0.1秒，使结晶器的速度超过拉坯速度。这种方法在第一和第二速度区均可运用。

最好的方法是，当拉坯速度在第一速度区加速时，使振动频率由大约60～120周期/分中的一个值提高到大约120～200周期/分中的一个值。

本发明的另一方面在于一种连续铸造装置，例如，一种用于连续铸钢的装置。此装置包括一个连铸结晶器，诸如，一个为连续铸钢而设计的结晶器，而这个结晶器具有为一个熔融材料（例如，钢水）用的入口端和为这些材料的连续坯用的出口端的浇铸通道。出口端位于与第一个方向上的进口端相间隔。此装置另外还装有一个使结晶器进行振动的机构，这样后者（指结晶器）能在第一个方向和与此相反的第二个方向上交替移动。另外还备有调节结晶器振动的装置及包括使结晶器有效振动的程序计算机，以此方式可使拉坯速度由第一速度区提高到1.2米/分或约稍低时，使振动频率提高。最好是用计算机在拉坯速度由第一速度区由静止提高到大约0.8～1.2米/分的预定速度时，使振动频率由大约60～120周期/分之中的一个值提高到大约120～200周期/分中的一个值。还可以用计算机装置编程序以使振动频率基本上保持不变的，而当拉坯速度由预定速度提高到第二速度区时，使振幅随拉坯速度增大。

有利的是，振动机构也能使结晶器的位移以锯齿状随时间而变化。用计算机编程序也是有利的，这样在一个振动周期中，基本上是通过结晶器在第一个方向上运动，而且在这个方向上结晶器的运动时间大约为0.1秒，使结晶器的速度超过拉坯速度。这种方法在第一速度区和第二速度区均可运用。

调节装置中还包括一个比较器，用于将铸坯和结晶器之间的摩擦力与一个参考值进行连续比较，并连续地将表示的差值信号传送到计算机装置中去。然后，计算机装置响应所接收的信号进行操作，改变结晶器的振动方式，这样减少了铸坯和结晶器之间的摩擦力。

根据本发明的振动方法和振动装置，在连续铸造过程中可以获得改进的铸坯表面质量。特别是当拉坯速度必须根据工艺背景或因与预定炼钢生产周期时间进行变化时，这一优点更是事实。它减少了振痕的形成。若将本发明的方法和装置与适宜的润滑剂合并使用，即使较粘的钢种，其振动痕迹上产生裂纹的趋势也显示了减小的趋向。因而结晶器振动的初始漏钢即所谓的渗钢，以及出结晶器后的漏钢现象都可减少。拉坯速度，亦人们所知的浇铸速度，根据本发明方法和装置亦可比常规的方法和装置有所提高。

第一速度区的振动频率亦可逐步升高或在某些其它情况下随着拉坯速度的提高而升高。根据本发明的一个实施例的方法，当拉坯已从第一范围区加速时第一速度区的振动频率可与拉坯速度按比例由开始时的大约60～120周期/分中的一个值或静止状态升高到大约120～200周期/分中的一个值。振动频率的升高可遵下述公式：f＝k·vⁿ _c;式中f为振动频率;k为一个常数，其数值为大约100～200周期/分的一个值;v_c为拉坯速度;n为小于0.5的一个数。当振幅基本保持常数时，第一速度区的振动频率可以增加。

按照本发明最好所采用的非正弦振动的显著特点是，在一个振动周期中或一个指定振幅中，结晶器后退和前进速度所能达到的变化幅度极大。采用本方法的另一实施例，可以在振幅保持在大约2-5毫米基本不变的情况下，提高第一速度区的振动频率，并可在振幅保持在大约2-12毫米的限度内的情况下使振幅在第二速度区内随拉坯速度按比例增大。

还进一步提出可在第一速度区保留一个负滑脱时间tn，数值大约为0.1tc～0.2tc，其中tc为振动周期的延续时间。负滑脱是当结晶器与铸坯运动方向一致时，结晶器速度超过拉坯速度的条件。

根据本发明的又一个具体实施例，在振动频率基本保持不变时，在第二速度区可以满足下述关系式：

(第一个方向上的结晶器速度)/(拉坯速度) ＝ (Vn)/(Vc) ＝1.02～1.10

第二速度区的负滑脱tn可保持在0.2tc到0.33tc之间，其中tc仍为一个振动周期的延续时间。

作为本发明特点的新的特征还要在所附的权利要求书中叙述。但是，当结合附本仔细阅读下述对某些实施例的详细说明，可以更好地理解改进了的振动方法以及改进了的振动装置的结构和操作方式。

图1是说明锯齿状振动运动方式结晶器振幅与时间的关系曲线图;

图2是说明图1中振动运动方式的结晶器运动速度与时间的关系曲线图;

图3为结晶器振动频率与拉坯速度的函数曲线图;

图4为结晶器振幅与拉坯速度的函数曲线图;

图5为根据本发明具有的结晶器振动装置的连铸装置的示意图。

参照图1，此图示出根据本发明的连续铸造结晶器振动时振幅h与时间t之间的关系曲线图。表示结晶器位移或运动方式的线为锯齿形，振动周期的延续时间，即结晶器前进和后退的冲程用tc表示。

图2为图1中的用于连续铸造结晶器按锯齿状图形模式振动的速度或速率V与时间t之间关系的曲线图。在图2中，轴向刻度时间t与图1中的相同。图2中的实线代表结晶器的速度或速率，而点划线代表拉坯速度Vc，该速度Vc是在结晶器中形成的连铸坯从后者（结晶器出口）拉出的速度或速率。拉坯速度也被称为浇铸速度。

在一个振动周期中，结晶器在一个时间间隔tn内与铸坯在同一方向上运动，而结晶器的运动速度Vn基本上是在时间间隔tn内超过拉坯速度的。换句话说，也就是结晶器的运动速度基本上是当结晶器在铸坯的运动方向上运动的时候超过拉坯速度的。结晶器能与铸坯在同一方向上运动而且其速度能高于拉坯速度的条件被称为负滑脱，因而时间间隔tn也就被称为负滑脱时间间隔了。

在一个振动周期中，结晶器也按与铸坯运动方向相反的方向运动。相应于结晶器在与铸坯运动方向相反的方向上运动的时间间隔用tp表示，而结晶器在与铸坯运动方向相反的方向上运动时的速度即速率用Vp表示。

铸坯的外硬壳在负滑脱时间间隔tn时承受压力，在时间间隔tp时承受拉力。tn和tp的和为一个振动周期的延续时间tc。

图3为结晶器振动频率f（周期/分cpm）与拉坯速度Vc（米/分m/min）之间的函数关系曲线图。阴影带表示根据本发明的各种不同钢浇钢时的振动频率。

图3中阴影带以第一条界线x的一边为界。界线x代表的是具有很强粘连趋势的钢种，或换言之形成的铸坯在结晶器内钢水熔池表面区具有很薄弱的皮或外壳的钢种浇钢时的结晶器振动频率。这些类钢被称为“粘性钢”。

图3中阴影带还以第二条界线为界。界线y代表的是很容易产生凹陷和振痕的钢种在浇铸时的结晶器振动频率。换言之，界线y代表的是这样一类钢在浇铸时的结晶器振动频率;这类钢形成的铸坯在结晶器中钢水熔池的表面具有一层很厚的外皮或壳，因而其铸坯很容易产生较深的振痕及凹陷。

图3中的双箭头1表示的是拉坯速度在第一区从静止扩大到不大于大约1.2米/分的一个值。最好第一速度区的上限最好位于大约0.8-1.2米/分之间。拉坯速度的第二区用双箭头2表示。第二区的范围是由第一区的端部如大约0.8-1.2米/分的拉坯速度开始向拉坯速度增高的方向伸展。

当包括粘性钢组中的一种钢浇铸时的拉坯速度在第一速度区1由0.1米/分提高到约1.2米/分，则其结晶器振动频率沿界线力由大约60周期/分提高到120周期/分。当拉坯速度在第二速度区2提高时，则其结晶的振动频率基本保持在大约120周期/分（cpm）不变。

图4为结晶的振幅h（mm：毫米）与拉坯速度Vc（m/min米/分）之间的关系曲线图。阴影带表示根据本发明的用于各种钢浇铸时的结晶器振幅范围。

如图4所示，结晶器振幅在第二速度区随拉坯速度升高而增大。对于拉坯是由粘性钢组成的钢种，拉坯速度按图3中界线x所示升高，则结晶器振幅在第二速度区随拉坯速度的升高而增大，而振幅的变化范围仍保持在2-12毫米左右，最好是限制在4～10毫米左右。

在浇铸包括容易产生较深振痕的钢种时，其该拉坯速度在第一速度区1由0.1米/分升高到大约1.2米/分，则结晶器振动频率沿图3中的界线y由大约120周期/分提高到200周期/分。在第二速度区2中，当拉坯速度升高时，结晶器振动频率基本保持在200周期/分cpm左右不变。但是，如图4所示，结晶器振幅在第二速度区2中随拉坯速度的升高而增大。对于在浇铸包括容易产生较深振痕的钢种时，该拉坯速度按图3中界线y所示升高，则结晶器振幅在第二速度区2随拉坯速度的升高而增大，而同时，结晶器振幅的变化范围仍保持在大约2-10毫米，最好是限制在2-8毫米。

例如，结晶器振幅在第二速度区2可按比例随拉坯速度的升高而增大。在第一速度区1中，当拉坯速度升高时，结晶器振幅基本保持不变。有益的是，如图4所示，在第一速度区1中，结晶器振幅基本保持在大约2-5毫米不变。

如前所述，当拉坯速度在第一速度区1升高时，结晶器振动频率由大约60-120周期/分中的一个值提高到大约120-200周期/分中的一个值。可是，在这个速度区中，结晶器振幅都基本保持不变。另外，当拉坯速度在第二速度区2中升高时，而结晶器振幅随拉坯速度的升高而增大时，结晶器频率基本保持不变。结晶器振幅在第二速度区2内会随拉坯速度的升高而按比例增大，其变化幅度在此速度区中最好保持在大约2-12毫米之间。

结晶器振动频率在第一速度区1中会随拉坯速度的升高而按比例提高。提高过程按下述公式完成：

f＝K·Vⁿ _c（1）

式中，f为结晶器振动频率，用周期/分（cpm）表示;K为一个数值为大约100～200周期/分的常数;Vc为拉坯速度，用米/分表示;n为一小于约0.5的数。

负滑脱时间间隔tn在第一速度区1可用下式得出：

tn＝0.1tc-0.2tc（2）

式中，tc为一振幅周期的延续时间。在第一速度区1中，负滑脱时间间隔最好定为0.1秒量级。

在第二速度区2中，负滑脱时间间隔tn可按下述标准选择：

tn＝0.2tc-0.3tc（3）

第二速度区2中的负滑脱时间间隔最好也定为0.1秒量级。

对在第二速度区2中，当结晶器按与铸坯运动方向一致的方向运动中，结晶器的速度Vn与拉坯速度Vc之间的关系具有下述公式是有利的：

(Vn)/(Vc) ＝1.02～1.10（4）

图5为具有根据本发明的结晶器振动装置的连铸设备示意图。图5中只示出了对于理解本发明所必须的连铸设备的那些部件。

图5中的设备是为连续铸造设计的，包括连铸结晶器5，其作用是接收熔化的钢水并使其冷却，这样至少是靠近结晶器内壁那部分钢水能凝固。结晶器5包括限定由虚线所示的浇铸通道，而浇铸通道又有一个钢水入口端和一个在结晶器5中至少有一部分钢水凝固所形成的连铸坯的出口端。这套设备还设想为这样一种类型，其中结晶器的设置方向为使铸坯总的来讲总是垂直延伸的，在浇铸通道的上端设立入口端，而在其下端设立出口端。

操作时，一流钢水连续注入浇铸通道的上端，这样其中形成一个钢水熔池。靠近结晶器5内壁的钢水凝固而形成的外皮或壳包住钢水液心。外壳及其中的液心一起组成了连续铸钢坯，其通过浇铸通道的下端从结晶器中连续地被拉出。拉坯动作是由一个普通的拉坯装置完成的，为使此图简单明了，此图未被绘出。当铸坯离开浇铸通道时其往下运动。将观察到浇铸通道出口端在这个方向上与入口端要有一定的间隔。

当铸坯被拉坯装置加速时，结晶器5则按前述方式振动。为此，结晶器5装在两个短连杆6和7上，这两个短连杆由一高位基础或一适宜的钢制支承结构10伸往结晶器5。短连杆7的延长部分9用于连接图中所示的液压振动驱动装置11。连杆6和7，延长部分9和驱动装置11都是构成结晶器5用的振动机构的组件。

结晶器5的振动时的运动由双箭头8所示。这就表明，结晶器5是向下和向上交替地运动的，也就是说，结晶器在铸坯运动方向上和与铸坯运动方向相反的方向上做交替运动。振动机构在振动期间使结晶器5发生位移，其位移随时间的变化呈锯齿形，即如图1所示的方式。

结晶器振动驱动装置11受一调节装置控制，该调节装置包括一个操作时与结晶器振动驱动装置11相连的控制单元12。控制单元12使驱动装置11在浇钢期间按程序的调整振动频率和振幅带着结晶器5振动。控制单元12从计算机14处接受指令，该计算机用振动程序20编程，用以按参照图1-4说明的方式使结晶器5的振动装置起作用。计算机14可用诸如程序20所设计的各种不同的程序来编程，例如，对于不同的钢种，不同形状和/或尺寸的铸坯，不同的润滑剂及不同的拉坯速度。

使结晶器5振动所需的力在浇钢整个过程中连续测量并用结晶器5与铸坯之间的摩擦力来表示。液压控制单元12连续地将代表这个力的反馈信号21传输到一个鉴别器或比较器15中，在那里代表结晶器中摩擦力的信号21与代表摩擦力参考值的参考信号22进行比较。比较器15产生一个表示结晶器5中的摩擦力与摩擦力参考值之间的差值信号23。该差值信号23被输往计算机14，以便使它在预定的限度内连续使一个振动周期的负滑脱时间间隔tn，tn与延续时间tc的值，结晶器振幅及结晶器振动频率最佳化。这种最佳化能减少结晶器5与铸坯之间的摩擦力。

结晶器5的摩擦力的测量的确定除测量所需使结晶器5振动的力以外，还可采用其它方法确定结晶器5中的摩擦力。这样，可以用一些常规仪器如加速度表，压电传感器或应变仪直接在结晶器上或在结晶器振动机构的支杆6、7上测定摩擦力。

结晶器5还可装备众所周知的漏钢报警装置25。若报警装置25显示漏钢即将来临，就向与计算机14相连的控制器18发送信号26。信号26经控制器18调节拉坯速度以防漏钢。

勿须进一步分析，以上说明已足以展现本发明的要点，即采用现有的知识可以很快使其适应各种其它的用途，而不会丧失其特点，从先有技术观点来讲，对此技术，相当地构成了我贡献的一般的和特殊方面的基本特性，因此，这种采用在所附权利要求意思和等量范围内采用和去理解。

Claims (10)

1、连续铸钢结晶器的振动方法，是通过取决于拉坯速度带有调节振幅的振动机构进行的。其特征在于；其振动的运动方式为锯齿形，结晶器在运动期间基本上是在整个向下运动时超过拉坯速度的，在此期间振动频率有所提高，当拉坯速度在第一区由较低值升高到大约0.8-1.2米/分时，振动频率由开始时的大约60-120周期/分提高到120-200周期/分，而负滑脱时间tn保持在0.1秒左右；当拉坯速度进一步上升到高于0.8-1.2米/分的范围内升高时，振动频率在第二区保持不变，振幅则随拉坯速度的升高而增大，而此时的负滑脱时间tn亦保持在0.1秒左右。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于振动频率f在第一区随拉坯速度的升高按比例由开始时的大约60～120周期/分提高到120～200周期/分，比例关系为f＝K·Vⁿ _c，其中n小于0.5。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于振动频率在第一区提高，而振幅保持不变。

4、根据权利要求1-3之一的方法，其特征为振动频率在第一区升高而振幅保持在2-5毫米之间不变。

5、根据权利要求1-4之一的方法，其特征在于负滑脱时间在第一区中是tn＝0.1-0.2tc，其中tc是振动周期时间。

6、根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于在第二区中振幅是与拉坯速度按比例地在2-12毫米之间升高。

7、根据权利要求1-6之一方法，其特征在于，在第二区中浇铸速度比是：

(结晶器向下速度)/(拉坯速度) ＝ (Vn)/(Vc) ＝1.02-1.10

8、根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于在第二区中负滑脱时间是tn＝0.2-0.33tc，其中，tc为振动周期时间。

9、根据权利要求1-8之一，用于完成该方法的装置，其中：用于连续铸钢结晶器用的备有频率和振幅调节装置的振动机构，一用于进行锯齿形模式振动特点的驱动装置和一振动运动的导向装置，其特征在于，该振动机构与一计算机控制单元相连，计算机具有用于各种不同的钢种以及第一和第二区的浇铸速度和振动程序，一比较回路对铸坯和结晶器之间的实际摩擦力同一存储的参考摩擦力加以比较并连续监视振动程序用以降低实际摩擦力。

10、根据权利要求9，其特征在于，用于振动运动的导向装置包括两个短连杆（6，7）及这些（7）之一的连杆与一液压振动驱动装置相连接。

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