結晶器正弦振動的一種結構

殷春　劉海艷

摘要：在結晶器（水冷金屬型）的一端連續澆入金屬液，金屬在結晶器型腔內連續向另一端移動和凝固成型，在結晶器另一端連續拉出鑄件，這種方法稱為鑄造法。在鑄造過程中，結晶器振動的目的在于改善鑄錠的表面質量。而振動可以分為很多種形式，本文分析了幾種常見的結晶器振動形式，并提供了一種便于實現結晶器正弦振動的結構。

關鍵詞：結晶器；振動；正弦振動；振幅；頻率；偏心套

在有色金屬或合金的鑄錠生產過程中，金屬液體通過電爐溶解，進入到鑄造機的結晶器中，通過結晶器水腔中的水對鑄造金屬進行冷卻，冷卻后的鑄錠通過引錠平臺引出。一般而言，金屬型鑄件的表面尺寸精度、幾何形狀和粗糙度要靠正確的設計與制造金屬型模來保證，而鑄件的內部質量則主要靠擬定和貫徹正確的工藝規范來保證。實驗證明，結晶器內的金屬液面、鑄造速度以及結晶器冷卻強度和振動頻率、振幅均對鑄件內部質量有著可觀的影響。

1.幾種常見的振動形式：

1.1.標準的容漢斯振動形式：結晶器上下振動的時間比是1：3，結晶器下振速度與鑄造速度同步。此刻，由于結晶器壁與鑄錠之間沒有相對運動，因此熱交換效果比較好，所以它更是個需要強化一次冷卻的鑄造場合。

1.2.有滑動的容漢斯振動形式：結晶器上下振動的時間比是1：3，結晶器下振速度是鑄造速度的3～5倍。

1.3.正弦振動形式：結晶器上下振動的時間比是1：1，結晶器下振速度是鑄造速度的3～7倍。

b和c兩種振動方式都有滑動，這是避免鑄錠表面拉裂和避免鑄錠表面有夾渣的一種有利條件。相對來說，正弦振動形式中的凸輪容易加工，振動過程中沖擊力小且速度變化平穩，負滑動率大實際采用比較多。

2.振動的振幅和頻率：

是正弦振動的速度曲線，示出了正弦振動的位移及速度曲線。由圖可見，結晶器振動時的運動速度隨時間的變化呈一條正弦曲線。其特點是：結晶器在整個振動過程中速度一直是變化的，即鑄坯與結晶器時刻都存在相對運動。在結晶器下降過程中有一段負滑動，能防止和消除粘結，具有脫模作用；另外，由于結晶器的運動速度是按正弦規律變化的，加速度必然按余弦規律變化，所以過度比較平穩，沖擊力也較小。

3.振動平臺振幅、頻率可調結構：

該結晶器振動采用正弦振動方式。它可以對振動速度及頻率的有效控制，能夠實現最佳工藝狀態下的負滑差澆鑄、使結晶凝固更密實；專門為該技術設計的承載振動平臺具有整體剛度大、振幅精確、振動換向平穩、導向及旋轉部件壽命長、維護工作量和維護費用小、工作可靠等優點。

整個機構包括：1、小車體；2、曲軸；3、偏心套；4、離合器；5、鎖緊套；6、齒輪箱；7、電機減速機；8、導向滑板；9、振動平臺；10、結晶器。

以小車體1為機架，曲軸2通過軸承座連接在機架上，偏心套3與振動平臺9通過軸承連接體連接；離合器4通過鍵連接與曲軸2連接在一起，鎖緊套5通過保險環固定在曲軸2的特定位置；當電機減速機7裝置通過兩個傘齒齒輪箱6帶動曲軸2轉動，離合器4也跟著轉動，偏心套3也得到轉動，通過軸承座將曲軸2與偏心套3的轉動偏差體現為振動平臺9的上下振動模式，振動平臺9整個框架通過滑板8可以在小車體1內部上下滑動，四個面的間隙通過調整墊調節到最佳位置，這樣產生的振動就非常平穩可靠。結晶器10固定在振動平臺9上，和振動平臺一起在比較小的導向間隙下高精度的運動，澆鑄出平直、表面光潔、內部組織細密的錠坯。

調節振幅時，只需要擰動鎖緊套5將離合器4與偏心套3的齒嚙合脫開，然后轉動調節偏心套3的齒數，得到需要的振幅后再將二者嚙合，用鎖套4鎖緊即可。頻率的調節則通過變頻電機無級可調，隨時可以調高或調低。通過簡單的操作，就可以非常方便的完成振幅和頻率的調整，根據不同的鑄錠材質和規格，能很快的得到最佳的工藝參數。

4.結論

與傳統的正弦振動結構相比，本機構具有以下優點：

4.1.結構簡單、設計合理且使用操作方便。

4.2.可使結晶器的向上和向下運動均由連桿主動驅動，即結晶器平穩的平行舉起和落下，不會造成結晶器運動快慢不均、卡死不動、傾斜等現象，完全實現了結晶器的等幅、同步、平穩正弦振動，使得結晶器表面不易粘連金屬，確保鑄坯的幾何形狀平直、表面光潔、內部組織致密。

4.3.可使結晶器的振幅可調和振動頻率可調，還可通過調節螺釘調節結晶器與導向塊之間的距離，使得結晶器產生的振動平穩可靠。

參考文獻：

[1]劉培興.《銅合金熔煉與鑄造工藝》，化學工業出版社，2009

[2]鐘衛佳.《銅加工技術實用手冊》，冶金工業出版社，2007.