唐钢连铸教材

1、连铸设备4. 结晶器及其振动机构4.1 结晶器4.1.1结晶器内坯壳的形成连铸结晶器是个典型热交换器。当高温钢水浇铸到结晶器中便受到不断的强制冷却，开始连续导出生成坯壳所必须放出的热量。1）结晶器的传热在连续浇注过程中，由钢水冷却凝固所释放出来的热量，主要由以下三部分组成：把过热的钢水冷却到液相线温度所放出来的热量，每钢水下降1放出的热量，随其化学成份的不同而略有差异，其平均值为0.84KJ。在液相线凝固时所放出的热量，也因成份的不同而略有差异，其平均值为13.2KJ/。凝固的坯壳自结晶温度下降到计算时温度所放出的热量。每坯壳下降1所放的热量平均为0.03KJ。钢的液相线温度（T液）取决于钢水

2、中合金和伴生元素的含量，可由下列经验公式计算：T液=1537-88×C%+8×Si%+5×Mn%+30×P%+20×S%+5×Cu%+4×Ni%+2×Mo%+2×V%+1.5×Cr%对于普碳钢，只代入上式中的C%，Si%及Mn%三个主要元素的百分数即可，而对于其它的微量元素，再减去2-3，即可作为其大致的液相线温度。以上三部分传出的热量，在钢的连续过程中，是通过结晶器传出热量的主要部分，约传全部热量的30%。2）传热与坯壳形成 总体来看，传热沿结晶器高度是逐渐下降的。在弯月面下约150-200处

3、区域传出的热量最大。结晶器内高于液相线温度的钢水，通过不断的强制冷却沿结晶器内壁生成初生坯壳。以后随着凝固坯壳的增长到一定厚度时坯壳开始收缩，首先在结晶器角部形成气隙，然后向中部扩展。此时，初生坯壳尚较小。在高温钢水静压力作用下坯壳又贴向结晶器内壁（图4-1），使气隙消失，当坯壳厚度增长到能抵抗钢水静压力时，重又形成气隙，此后结晶器传出的热量明显下降。结晶器传热形成坯壳后，出结晶器下口。 1结晶器 2钢液面 3凝固收缩 4膨胀 5坯壳 图4-1坯壳形成示意图3)传热主要途径 结晶器传热主要通过两个方向进行，即水平方向传热和垂直方向传热。垂直方向传热包括结晶器内钢液表面对流与辐射散热和铸坯向二冷

4、区方向热传导。经研究表明，从垂直方向传出的热量是很少的，仅占总散热量的3-6%。水平方向传热主要是通过几层导热能力差别较大的介质进行的。即由钢液到坯壳，坯壳到结晶器铜板，以及铜板到冷却水之间的传热。如图4-2所示。在水平方向钢水沿结晶器壁传给冷却水的热量为：Q= （Ta-Tw）F （KJ/h）式中：-总导热系数，KJ/m2.h.； Ta-钢水温度，； Tw-冷却水温度，； F-结晶器有效传热面积，m2 图4-2a-热阻模型 b-热阻的计算值图4-2 结晶器内的热阻在初生坯壳与结晶器紧密接触时， 可表示为： 在坯壳与结晶器壁形成气隙区时 可表示为： 式中：-有气隙区时结晶器内壁的总导热系数 -坯

5、壳厚度，m；b-气隙区的厚度，m；-有气隙区时结晶器内壁总导热系数 s0- 气隙区的厚度，m; 1、2、3-分别为坯壳、内壁、气隙的导热系数，KJ/m.h.； 1、2、3、4-分别为坯壳对内壁、内壁对冷却水，坯壳对气隙，气隙对内壁的导热系数，KJ/.h.。实际上通过测定值来计算结晶器导出热量是很困难的。为便于应用结晶器导热能力常用平均热流方法表示：冷却水带走的热量： Q=qc(Q2Q1)平均热流： （J/m2.S） 单位重量导出的热量： （KJ/KS）式中：q-冷却水水流量，m3/s； c-水的比热，J/； Q2-出水温度，； Q1-进水温度，； S-结晶器有效传热面积； W.D-结晶器宽度，

6、厚度，m； V-拉速，m/min； Y-钢水密度，/m3。索维奇测定了在静止水冷铜管结晶器的热流，浇铸40s时得到的结果可用正式表示： =2688-355t （KW/m2）将此式用于连铸结晶器时，时间t内可用拉速V（m/min）和结晶器的长度L（m）来代替。积分上式可得出平均热流。4）影响结晶器传热的因素主要从下面几个方面作简要说明：从上述结晶器传热机理和图4-2结晶器内的热阻分析知，各部分热阻在总热阻中所占百分比如下： 坯壳 26% 坯壳与结晶器壁的气隙 71% 结晶器铜壁 1% 结晶器铜壁与冷却水 2%气隙的热阻占系统总热阻的70%以上，可见气隙对热交换，对结晶器内钢水的凝固起决定性作用。

7、因此，改善结晶器传热主要是减少气隙热阻。结晶器长度。上前普遍采用700m长的结晶器，为了提高拉速、增加坯壳厚度，有人主张采用900mm长更为合适。结晶器太长时下部易形成气隙，对结晶器传热不利。结晶器锥度为了减少气隙对传热的影响，提高结晶器传热的效果，增加坯壳凝固厚度，结晶器应有适当的锥度。结晶器上口空腔尺寸为冷态时铸坯断面尺寸加上钢水凝固的收缩量，结晶器内腔断面设计成沿整个高度带有一定的锥，使其与坯壳冷却收缩相适应，减少气隙。板坯结晶器锥度一般取1%左右。方坯结晶器0.6-0.9%/m。根据铸坯凝固定律，坯壳收缩的特点，现在一些公司已将结晶器锥度做成抛物线形式或做成双锥度。结晶器壁厚铜的热阻小

8、，对传热影响不大，方坯结晶器铜壁厚一般取10-14mm；板坯结晶器铜板厚度通常取大于20mm以上。操作技术当增大拉速时结晶器导出的平均热流也增加。而结晶器内单位钢水重量导出的热量却减少了，这也使坯壳厚度变小了，因而操作时应选择适当的拉坯速度（参见图4-3）。图4-3浇注钢水温度理论计算指出，在拉速和其它工艺条件一定时，过热度每增加10，出结晶器下口坯壳厚度就减少30%。所以操作时要高温慢拉，低温快浇。结晶器润滑结晶器内钢水凝固生成坯壳，进而收缩产生气隙，增加了热阻，传热减慢。由于使用保护渣浇注，通过结晶器振动，把熔融的渣带入铸坯与结晶器壁的气隙处，形成均匀的渣膜，改善传热。而在使用油作润滑剂时

9、，油膜在高温下裂化分解为CH化合物的气体充满气隙，同样改善传热，见图4-4。结晶器冷却水其冷却水的流速一般应控制在6-10m/s，过大的水流速度，对改善结晶器的传热效果不明显。如水流速从6m/s增加到12m/s，其热量反增加3%。但冷却水流的阻力增加了4倍，反而流速偏小，易在水缝中产生间断沸腾，局部传热不均，易产生粘结，严重时漏钢。冷却水的温度要选择适当，出水温度不宜过低，水中悬浮物的含量与水质的硬度以低些为好，以减少水垢的生成，它对结晶器传热很有影响。4.1.2 结晶器的型式和构造结晶器是连铸机中的关键部件，为满足工艺要求，一个设计合理，选材合适的结晶器应具备以下性能：（1）具有良好的导热性

10、、耐磨性和导磁性；（2）具有足够的抗热疲劳强度、刚度和硬度；（3）具有良好的结构刚性和工艺性，易于制造、拆装、调整；（4）力求质量轻些，以减少振动时的惯性力。经过长期研究实践可以得出，结晶器的型式，按连铸拉坯方向、结晶器内壁断面形状，主要有直结晶器和弧形结晶器两种型式。生产中都有较多应用各有其优点。按结晶器的构造，总体结构分，无论是直形还是弧形的结晶器，均可分为正体式、管式和组合式三种结晶器。只是正体式结晶器由于耗铜多，成本高，现在一般都不在使用，而管式和组合式的结晶器都广为应用。管式结晶器多应用于方坯连铸机中，而可调组合式结晶器常用于矩形坯或板坯连铸机上。1）管式结晶器管式结晶器有直结晶器和

11、弧形结晶器两种形式。但近年研究和实践证明，方坯连铸，特别是小方坯连铸由于拉坯速度高，钢水中非金属夹杂物来不及上浮。因此，弧形方坯连铸机多采用弧形管式结晶器。弧形管式结晶器的技术要求，除具备上述结晶器的性能外，还应考虑结晶器的锥度几何形状的合理性；窄水缝使铜管传热效率高，使铜管外表面散热均匀；铜管的装配、密封应安全可靠，便于维修。图4-5是弧形管式结晶器的结构简图。它由内水套、铜管外水套、给水管、排水管、水环喷淋架、足辊等部分组成。有的还装有用于液面控制的放射源发射和接收装置以及电磁搅拌装置。结晶器冷却水以0.39-0.59Mpa的工作压力从给水管进入下水室，以6-10m/s的流速流经水缝，进入

12、上水室，从排水管排出。结晶器的内腔是加工硬化的铜管。这种带有倒锥度的结晶器铜管，在国外大都用爆炸成型的工艺来制造。我国某异形钢管厂发展了用特制模具冷拨的工艺生产出这种弧形铜管。所用的材质为磷脱氧铜及紫铜，铜壁厚10-12mm，硬度在HB80-90之间，铜管的内腔镀了一层0.06-0.08mm的铬。弧形管式结晶器铜管的固定方式。分为两端卡紧铜管和一端卡紧铜管两种结构形式。两端卡紧铜管结构形式见图4-6，结晶器的核心是成型铜管，它的内部断面形状与铸坯断面相同，浇铸时钢水注水注入铜管，冷却凝固成壳，从铜管下口被拉出实现连续铸钢。这种两端卡紧铜管结构形式的结晶器主要特点是铜管4是经上、下法兰压紧的，并

13、有O型密封圈密封。当铜管受热膨胀时，推动上、下法兰加大距离。这种情况要保证水套仍不漏水，则在上法兰5的外圆与外水套间设 图4-6 图4-71润滑法兰 2 O型圈 3铜管 4卡板 5压紧法兰 6导流中套 7排水腔 8进水腔 9 O型圈图4-7 一端卡紧铜管结晶器计有滑动配合，并且在配合面加O型圈1密封，同时用压紧弹簧6拉紧，以免上法兰被水套内水压力推开，同时弹簧还可承受铜管受热膨胀时产生的压缩力，保证密封，防止铜管变形。一端卡紧铜管式结晶器结构形式见图4-7。铜管上端经压紧法兰5压紧，并以O形圈2密封，铜管下端不顶紧并允许受热后自由膨胀，为保证结晶器下端不漏水，采用侧面密封9。铜管上端开有槽并经

14、卡板4卡牢。这两种铜管固定方法，目前都有应用。两端卡紧铜管的管式结晶器铜管固定可靠，密封的结构也简单可靠，但总的结构则较复杂。2）组合式结晶器在大型连铸机，特别是在板坯连铸机上，组合式结晶器获得了越来越广泛的应用。在结晶器设计上已从初期固定式结晶器发展到在线可调组合式结晶器。近年来，其功能已达到在浇铸中可调整结晶器宽度的水平。图4-8是带水冷格栅的组合式弧形结晶器。它同一般组合式结晶器一样，都是由四块复合壁板组装而成。每块复合板都是由铜板作内壁和由钢板制作的支承板作为外壳，通过双头螺栓固定的。 图4-8双头螺栓加垫，用密封圈密封。钢板外侧沟槽处与铜板形成冷却水缝。组合结晶器是采用宽面壁板，通过

15、四条螺栓压紧窄面壁板组装而成。调宽是经液压松开的方式，打开宽边，通过螺旋传动，带动窄边壁板实现的。目前，有采用电动摇控的方式来自动调整结晶器宽度，并配备有连续锥度测量系统，从而保证调宽时的锥度。对于弧形结晶器来说，宽面的铜板与钢外壳的配合可以是平面也可以是弧面。为了便于加工和安装，一般采用平面配合，采用永平面配合时钢板上的水槽也加工成直形的。但铜板厚度不均图4-9匀。如果复合板的结合面是弧形配合时，铜板的厚度均匀，然而加工制造比较复杂。为了更好地支承刚出结晶器下口只有很薄坯壳的铸坯，又能防止结晶器下口额外磨损，通常紧接结晶器下口安装冷却格栅或足辊。实践中发现，铸坯在运行中与格栅形成滑动摩擦，增

16、大拉坯阻力，同时，冷却效果也不理想。近年来，新建的板坯连铸机都采用小辊径足辊形式。这样，坯壳和足辊之间为滚动摩擦且冷却效果也好。弧形结晶器在导热性能方面不如直结晶器，且非金属夹杂物上浮时，易在内弧侧1/4处集聚，影响铸坯内部质量。所以，目前新建大型板坯连铸机多采用直结晶器。图4-9是带足辊组合式直结晶器，这台结晶器是在太钢二钢厂R8m直弧形连铸机上使用的，铜板厚55mm，材质为含银镀铜板，含银在0.08%-0.1%，镀铬0.2mm。 图4-10 该结晶器是可调宽的，调整机构由宽边液压夹紧松开装置与窄边调宽机构组成。详见图4-10、4-11。液压夹紧松开装置如图4-10。液压夹紧松开装置是通过丝

17、杆3的螺母使宽边固定侧铜板的支承板和液压缸的缸体5固定。这时宽边铜板靠弹簧夹紧窄边铜板，宽窄边夹紧时缝隙为0.3mm。需要拆卸时，液压缸进油，压力达16Mpa，压缩缸内弹簧使活动侧板向外移动。窄边被松开，此时方可拆卸或移动窄边调宽。 图4-11图4-11是移动窄边调宽机构。窄边调宽机构在需要调宽时，旋转手轮6通过伞齿轮、蜗杆、蜗轮和螺旋传动使窄边铜板向外或向内运动达到调宽的目的。当调锥度时，电磁离合器5打开，转动手轮6向外调窄边铜板。从图4-9中可以看出，这台结晶器下口装有足辊而不是格栅，三对足辊的作用主要是支承初生坯壳，改善水冷条件。为了实现这一目的，辊间距必须要小，以防止铸坯在钢水静压力作

18、用下产生鼓肚变形。缩小辊间距的唯一办法就是采用小辊径。这里采用100的侧导辊。侧导辊在浇钢时起支承坯壳侧面和导向作用。同时在送引锭时，起对中作用。4.1.3 结晶器的尺寸参数结晶器的断面尺寸及长度 结晶器的断面尺寸。结晶器的断面尺寸应根据冷连铸坯的公称断面尺寸确定。但由于连铸坯在冷却凝固过程中逐渐收缩以及矫直时都将引起半成品铸坯的变形。为此，要求结晶器的断面尺寸应当比连铸坯断面公称尺寸大一些，通常约大1%-3%左右。结晶器的长度。确定结晶器的长度，主要的根据是铸坯出结晶器时坯壳要有一定的厚度。若坯壳厚度较小，铸坯就容易出现鼓肚，甚至漏钢。根据实践，结晶器的长度应保证铸坯出结晶器下时的坯壳厚度大

19、于或等于10-25mm。通常，生产小断面铸坯时可取下限，而生产大断面铸坯时则应取上限。结晶器长度Lm；考虑到浇铸操作时，结晶器内钢液面的波动，通常在钢液面与结晶器顶部之间要留出80-120mm的空位。故结晶器的实际长度Lm应为： Lm=Lm+（80-120）mm尽管如此，结晶器的长度在世界各国还很不一致。康卡斯特设计的结晶器长度为300-700mm，我国使用的结晶器长度为600-800mm，而原苏联一般采用的结晶器长度为1200-1500mm。由于实行高拉速浇铸，结晶器还需要适当加长，但过长既延缓铸坯的进一步凝固。设计一般取700-900mm之间。结晶器的内壁厚度在稳定的浇铙条件下，从实测知，

20、铜壁内的应力值小，平均为95kg/c，当铜壁结构设计比较合理时，铜壁厚度不取决于热应力，主要考虑能有效的利用其厚度和提高使用寿命。（1）断面结晶器铜壁最小厚度3-5毫米。实际上，小方坯弧形管式结晶器为10-12毫米。留有磨损余量。板坯铜板表面到水槽边最小为10mm，实际上考虑水槽深度，修磨余量，新铜板一般为55-60mm厚。结晶器的倒锥度如前述，钢水在结晶器中冷却生成坯壳。由于冷却坯壳收缩，在坯壳与铜壁之间形成气隙。为了减少气隙，提高结晶器的导热性能，加速坯壳生长，结晶器要有倒锥度。一般结晶器下口比结晶器上略小。倒锥度为：式中：-结晶器倒锥度 L1-结晶器上口尺寸（mm） L2-结晶器下口尺寸

21、（mm） Lm-结晶器长度根据实践，一般方坯管式结晶器的倒锥度，依据钢种不同，取0.4-0.9%/M，对于板坯一般可取1%/M左右。对于小断面的结晶器可不要倒锥度。近年来，方坯管式弧形结晶器锥度由单锥度，向双锥度和多锥度发展，有的合金钢方坯连铸机甚至使用抛物线形式的锥度。这是根据铸坯凝固定律，坯壳厚度的增长与凝固时间的平方根成正比的关系进行设计的。4.2 结晶器振动机构4.2.1 结晶器振动的目的结晶器作往复运动，可防止初生成的坯壳和结晶器壁发生粘结。图4-12表示坯壳在固定结晶器内被拉破的过程。在故障情况下，如润滑不良，坯壳在A处被粘结在结晶器壁上，而X处断面坯壳的抗粒强度又小于A段的粘结力

22、和摩擦力，则在拉坯力的作用下，X处的坯壳将被拉断。A段粘在结晶器内不动，B段则继续往下运行。此时钢水将充填在A、B两段之间结成一段新的坯壳，把A、B两段连接起来。如果新坯壳的连接强度足够克服A段的粘结力和摩擦力，A段便被拉下，坯壳断裂处便告愈合，拉坯将继续进行。但是，在固定式结晶器中，由于在新坯壳的生产过程中，B段是在不断往下运动的，而且初生成的坯壳是较弱的。因此，实际上A、B两段是无法牢固地连接起来，这样 图4-12 固定结晶器坯壳拉断过程a粘结发生 b 坯壳拉断c V振V拉（坯壳重新连接） d V振=V拉（坯壳连接情况）图4-13坯壳被拉断和重新连接示意图断裂现象不断加剧，直到B段被拉出结

23、晶器时，便将发生漏钢事故。（图4-12C）图4-13，表示在振动式结晶器中，铸坯坯壳被拉断又重新焊合的过程。当结晶器与坯壳发生粘结时，图4-13a，此时如果结晶器正处处在上升，则会把裂口拉大；如果结晶器正处在下降，而且下降速度同拉坯速度相等，铸坯坯壳断裂处同结晶器，有一段相对静止时间，也有利于断裂焊合，如果下降速度大于拉坯速度，坯壳断裂处就会受到压缩并且焊合，同时结晶器壁还以粘连产生一个向上的脱模力，有利于消除粘连。根据实验，坯壳裂口处与结晶器壁只要0.5秒-1秒的相对静止时间，裂口处就能牢固的焊合。这就是我们采取结晶器振动的基本思想。4.2.2 结晶器振动方式结晶器振动装置的技术要求是：1）

24、有效地防止坯壳与结晶器壁的粘结，并且使铸坯有良好的表面质量。 2）应尽可能有一个接近理论轨迹的运动，振动速度的转变应缓和，不应产生过大的加速度，以免造成冲击振动和摆动。3）设备的制造、安装和维护要方便，运行可靠。根据以上对结晶器振动的几点主要技术要求，按结晶器振动运动速度的变化规律，常见结晶器振动方法有以下几种：同步振动同步振动的特性曲线如图4-14曲线1所示。图中V是拉坯速度，VO结晶器运动速度，令V2为结晶器下降速度，V1为结晶器上升速度。同步振动时，V2=V，V1=3V。为了实现严格的同步运动，结晶器振动同拉矫机必须要连锁。这种振动方式的缺点是上升和下降的拐点处，加速度非常大。振动机构产

25、生很大的惯性力。负滑脱式振动负滑脱式振动是同步振动方式的改进形式，它的速度变化规律如图4-14，曲线2所示。它的特点是结晶器下降速度稍大于拉坯速度，即：V2=V（1+）式中-为负滑脱率。结晶器下降速度与拉坯速度度之间的负滑脱率，目前取=5-10%。结晶器振动采用这种振动方式，它的优点是，有可能使坯壳产生压应力，促进断裂坯壳焊后，而且有利于脱模。但这种方式，仍然要求振动频率与拉速实现严格的同步联锁。速度变化大，凸轮机构设计、制造复杂。因此，近年来很少应用。正弦式振动当结晶器的运动速度是按正弦规律变化时，这种振动称为正弦式振动。如图4-14曲线3所示。它的振动方式优点是：（1）在运动中仍有一小段负

26、滑脱作用，有利脱模。（2）振动是正弦曲线，加速度必须按正弦变化，过渡点比较平稳、冲击力小。（3）由于加速度小，可以采取小振幅高频率振动，有利于改善铸坯表面质量。（4）采用曲柄连杆机构，易加工制造和维修。（5）结晶器与铸坯之间没有严格的速度关系。因而，不必采用拉矫机与振动机构的严格连锁。非正弦振动如图4-15所示，是指结晶器在振动时，其负滑动量必须在与正弦振动有相同值的前提下，使结晶器上升具有比下降时间为长的正弦振动波形。非正弦振动，可以保证在高速浇注条件下，有良好的润滑最小的摩擦阻力。达到提高铸机拉速的目的。图4-14 图4-15结晶器非正选振动曲线4.2.3 结晶器振动机构的类型结晶器振动机

27、构的类型有导轨型、长臂星、差动齿轮星、断臂形四连杆和四偏心振动机构。近年来，振动机构多采用短臂四连杆和四偏心振动机构。本文对这两种振动类型的原理和应用加以介绍。短臂四连杆型这是一种结构简单的仿弧振动机构。在方坯和板坯连铸机上得到普遍采用。目前有外弧河内弧短臂四连杆两种类型。两种振动类型原理相同，见图4-16。当振动臂处于中点位置时，两臂的延长应交于连铸机弧形的圆心上，该点也是四连杆运动的瞬时中心；四连杆的两个固定点和两振动点在两个同心圆弧上，如图4-16所示：AE、BF、CG、DH为以O为圆心的同心圆弧线；而ABCD和EFGH为以O为圆心的径向线；mn为弧形连铸机的基准弧。当设计外弧四连杆振动

28、机构时，则取CD、GH为两个振动臂，反之则取AB、EF为内弧四连杆振动臂。这样就能得到比较精确的弧形运动轨迹。图4-16 短臂型四连杆振动机构原理图四偏心振动机构这种振动机构是近几年才出现的一种新型振动机构，具有简单，运动轨迹准确的优点。其设计原理常见图4-17。 图4-17 四偏心振动机构原理图 图中Om=R为基准弧半径，Am=a，mC=b为结构要求，AmC为振动台，当振动动台以O点为转炉中心作弧形振动时，则A、m、C诸点的位移，与该点到转动中心的距离成正比。则： 设：AB=e1 mn=e CD=e2 BO=R-a DO=R+b no=R，则： 这就是四偏心振动原理，当确定R、e及a、b时，

29、则可求出： 从以上两式可以求出要求的偏心距。当e1=e2时，结晶器振动轨迹为直线，这就是直结晶器四偏心振动原理。太钢二钢厂1#、2#板坯连铸机结晶器振动就采用了这种原理。4.2.4 结晶器振动机构介绍短臂四连杆振动机构图4-18为内弧短臂四连杆振动机构，这种机构仿弧运动好，运动轨迹准确，短臂四连杆弧形轨迹与理论轨迹最大误差为±0.02mm。振动机构由传动机构、连杆、振动臂、弹簧板、振动台架组成。振动臂与连杆相连，另一端与台架相连，定向臂用弹簧钢板导向。 B-1 振动台架， B-2 振动臂B-3 轴承座， B-4 连杆B-5 轴承套杆， B-6传动底座B-7、8传动底架， B-9 弹簧

30、板图4-18内弧短臂四连杆振动机构驱动装置：交流变频电机经弹性柱销联轴器传动减速器，带动偏心轴及连杆、振动台架。振动频率可以通过交流变频系统按不同的浇注断面进行调节。振幅是通过偏心轮由人工调节偏心轴互的角度改变偏心距实现的。振动台架：振动台架用于放置结晶器使其振动。振动台为焊接结构。台架上有用于固定结晶器的螺栓孔和用于箱体冷却的自由接水板。结晶器的定位由振动台上的导向板及键来保证。导向臂用弹簧钢板9来代替，显然在振幅小时是一种较好的选择，结晶器振动不易偏罢，导向好。这种振动机构适用于方坯，板坯连铸机。四偏心振动机构 A）弧形结晶器四偏心振动机构是曼内斯曼七十年代发展的。见图4-19四偏心振动机

31、构。它由偏心轮及连杆、弹簧板、振动台和蜗轮减速机以及直流马达组成。它利用两对偏心距不同的偏心轮使连杆机构产生结晶器的弧线运动，用两条板式弹簧实现结晶器运动的弧线导向。选择合适的弹簧长度可以使运动轨迹误差不大于0.02mm。这种结构优点是运动平稳、寿命长、有利于采用小振幅高频率的振动进行浇铸。B）另一种四偏心机构是应用在直弧形连铸机上的。振 1偏心轮、连杆；2弹簧板动机构见图4-20。它由双偏心 3铸坯对弧 4振动台、蜗轮等轴、直流马达、减速器、振动 5 6直流电机台组成。导向采用弹簧钢板或 图 4-19偏心（弧形）振动机构奥钢联设计的导向装置。振动台垂直升降运动。双偏心轴上装有无级调振幅机构，

32、调节范围为 ±8毫米， 频率40-250 次/分。 这种振动机构是弧形四偏心振动机构当偏心已相等时，结晶器振动即可实现上下垂直振动的原理设计而成。太钢二钢厂板坯连铸机振动机构就是采用这种原理设计的。 图4-20直弧形连铸机，四偏心振动机构 4.2.5 结晶器振动的运动参数结晶器振动的参数主要是振幅和振频。结晶器完成一次上下振动的时间算为周期。结晶器每分钟振动次数称为频率。结晶器振动频率一般是随着拉坯速度的改变而改变的。拉速快振频随之增高。结晶器振动时离开平稳位置最远的距离称为结晶器的振幅。研究表明，结晶器振幅大，铸坯表面振痕深表面质量下降，严重时出现横裂纹。现场一般采用小振幅高频率。

33、结晶器的振动频率和周期之间的关系可用下式表示： f=60/T式中：f-结晶器的振动频率 （次/分） T-结晶器的振动周期 （秒）5 二冷区铸坯导向装置二次冷却区通常是指结晶器以下到拉矫机以前的区域，二次冷却装置是连铸机的重要组成部分。它对铸坯质量的好坏有着关键性的影响。因此，它的工艺和结构设计对铸机性能起着至关重要的作用。5.1 二冷装置的作用与工艺要求从结晶器里出来的铸坯虽已成型，但坯壳一般只有10-30mm厚。坯厚在钢水静压力作用下，产生很大的鼓肚力。它使坯壳有可能产生各种变形，甚至出现裂纹和漏钢。特别是大方坯和板坯更为严重。设置二冷装置的目的，就是对铸坯通过强制而均匀的冷却，促使坯壳迅速

34、凝固，预防坯壳变形超过极限，控制产生裂纹和发生漏钢；同时支承和导向铸坯和引锭杆；在直弧形连铸机中，二冷装置还须要把直坯弯曲成弧形坯，进入弧形段；在上装引锭杆的连铸机中，还需在二冷区里设置驱动辊，以驱动引锭杆实现拉坯；对于多半径弧形连铸机，它又起到将弧形坯分段矫直的作用。二次冷却装置包括机架，支承导向辊，喷水水咀组成。辊子有内冷和外冷两种形式。二冷室多为房式结构，设有蒸气排出风机管道。设计二冷区的一般要求是：次冷却区的辊列设计必须充分满足生产操作和工艺要求。为了保证铸坯的质量，支承导向部件的结构和相关参数要合理、先进。机械构件刚性要好，长期在高温恶劣环境下工作不变形，基础要牢固。二冷装置要保证有

35、良好的调正性能，对弧要简便、准确。应尽量采用离线检修和整体更换，易于安装和事故处理。冷却水系统，即要保证有足够的冷却强度，又要保证水质。水咀要满足工艺要求。二冷装置必须有良好的设备冷却系统和润滑系统。5.2 二次冷却区的传热从连铸过程的热平稳可知，自结晶器下口拉出来的铸坯还没有完全凝固，只形成一个厚度还较小的坯壳（10-20mm），中心还是高温液体，形成一个很长的液相穴。为使坯壳继续凝固，从结晶器出口到拉矫机之间的长度上设置了喷水冷却系统，对铸坯表面进行强制冷却，使坯壳在较短时间内完全凝固。铸坯在二冷区冷却的要求如下：- 冷却效率要高，以加速热量的传递；- 合适的喷水量，使铸坯表面温度和应力分

36、布均匀；- 铸坯表面温度回升不超过100-150；- 保证铸坯有良好的表面和内部质量。当其它工艺条件相同时，二冷强度增加，拉速就可以相应增大，这就意味着连铸机生产率的提高。二冷对铸坯质量有重要影响，冷却不当会造成铸坯表面裂纹和内部裂纹。5.2.1 二冷区热平稳在二冷区喷到高温铸坯表面的冷却水带走大部分热量。这种喷水冷却与喷水速度、水的分布和水滴大小有关。一部分水转化成蒸汽，以汽化热形式带走热量。根据计算，喷水量的10-15%转化成蒸汽。这种传热的方式与冷却水的流量、水压、水温有关。铸坯在二冷区要带走209-293KJ/的热量才能完全凝固。铸坯液芯部分的热量通过坯壳的传导传到表面，液芯温度逐渐下

37、降，两相区的温度梯度逐渐减少。在二冷区，喷水水滴打到铸坯表面把热量带走，铸坯表面温度突然下降，使坯壳表面与中心形成较大的温度梯度，这种温度梯度是铸坯热传导的动力。图5-1表示铸坯在二冷区的各种传热方式。从图中可以看出，在二冷区铸坯传热有以下几种方式：铸坯向空气中辐射、支承辊与铸坯表面接触传热、水滴打到铸坯表面水蒸发传热。以及冷却水在铸坯表面被加热带走的热量等。上述各种传热方式带走热量的比例，由于连铸机类型和工艺操作条件的不同可能有较大差别。根据实践，板坯在二冷区传热的比例估计为：铸坯表面辐射为25%辊子与铸坯表面接触传导热量17%喷淋水蒸发带走热量33%冷却水加热带走热量为25%。方坯在二冷区

38、传热主要是通过冷却 图5-1 铸坯冷却的各水带走热量，约占总热量的64%以上。 种传热方式影响二冷区传热的因素：在设备和工艺条件一定时，铸坯辐射传热和支承辊传导传热基本变化不大，主要是喷淋水滴与铸坯表面之间的热交换起作用。因此，要提高二冷区热传导效率，就必须对喷水滴与铸坯表面的热交换进行研究。这是一个复杂的传热过程，它受到喷淋水的状态（如水滴大小、速度喷射角、冲击能量、冷却水温等）、铸坯表面状态（表面温度、氧化铁皮）等多种因素影响。可以用如下方程来描述这一传热过程。 =h(Ts-Tw)式中：-热流，KJ/C.S.C Ts-铸坯表面温度，由上式可知对传热有影响的因素除铸坯表面温度和冷却水温度外，

39、其它因素可归结到传热系数上。因此，要提高二冷区冷却效率，就要提高传热系数值。在连铸工艺确定的条件下，了解喷雾水滴与高温铸坯表面的系数，是合理设计二冷制度的基础。影响二冷区传热系数的因素有以下几个方面：- 喷水量。传热系数与喷水量成正比，增加喷水量主要起到加大铸坯内部温度梯度的作用。然而过大的冷却强度，会使坯壳产生很大的局部应力，从而导致铸坯表面或内部产生裂纹。合适的冷却强度应以铸坯在凝固收缩时，产生的温度应力不超过坯壳的强度极限为界限。二冷区的冷却强度一般用“比水量”表示，单位为l/，即在单位时间内冷却水消耗量与通过二冷区铸坯重量的比值。因钢种、铸坯尺寸和拉速等因素不同，比水量也不同，一般取0.5-1.5l/kg钢。浇注不同钢种时，比水量可参考表5-1。表5-1 不同钢种的比水量钢 种普碳钢、低合金钢中高碳钢、合金钢热敏感性钢种高 速 钢比水量l/kg钢1.0-2.00.6-0.80.4-0.60.1-0.3- 水流密度。水流密度是指铸坯在单位时间内单位面积上所接受的冷却水量，传热系数与水流密度之间的关系以经验公式表示：h=A·Wn式中：h-传热系数 KW/.S. A,n