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通常把结晶器非正弦振动视为 结晶器正弦振动的演变，结晶器非 正弦振动相对于结晶器正弦振动的 改变程度用修正系数 α 表示。 根据结晶器非正弦振动波形修 正系数的定义，α 取值范围为-1— +1。α <0为早期的负滑脱振动； α =0 为正弦振动；α >0 为非正 弦振动。
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1—同步式振动 2—负滑脱振动 3—正弦振动 图 1 结晶器振动方式
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负滑动振动 负滑动振动是指当结晶器往下振动时，其速度大于拉坯速度，形成 负滑动。即： V2=V（1-NS） 而往上振动时，取 V1=2.8 ~ 3.2V2 式中NS为负滑动率，说明结晶器平均下降速度大于拉速，产生负滑 动。负滑动振动的特点是：结晶器先以比拉速稍高的速度下降 一段时间出现负滑动或负滑脱。此时坯壳处于受压状态，既有 利于强制脱模又有利于断裂坯壳的压合。然后再以较高的速度 上升，克服了同步振动时产生较大加速度的缺点。结晶器在下 降或上升过程中都有一段稳定运动时间，有利于坯壳的生成和 裂纹的愈合。
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负滑动时间曲线及特点
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① NS＝2.4％的等值反比双曲线相交于负滑动时间曲线 的峰值，将负滑动时间曲线族分成两个区域。 ②对于任何 z 值都有相应的 tN＝0，此点的频率用 f0 表示，称为临界频率。当 f≤f0时不出现负滑脱。 ③当 NS>2.4％时，负滑动时间曲线随频率 f 的增加 而上升，特别是当 z 值较大时，如 z>5 时，曲线急 剧上升。 ④当 NS<2.4％时，负滑动时间曲线随频率 f 的增加 而下降，特别是当 z 值较小时，如 z<5 时，曲线下 降得非常缓慢。
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正弦振动同步控制模型
（1）正弦振动同步控制模型的概念及特点 拉速同频率、振幅的对应关系称为同步控制模型。由 于振幅在生产时不便于调整，而振动频率的调整却可 以通过调整电机转数而轻而易举地得到实现。所以从 实际操作来讲调整振动频率还是比较实际的。当然， 随着液压伺服振动方式的使用，使得方便地调整振幅 变为可能。本文暂且讨论拉速与频率之间的同步控制 模型。 从本质上看，拉速—频率同步控制模型的建立是在不 同工况下对频率的动态选择。因此，它的建立仍然是 以工艺参数 tN、Ns 为基础。为了便于拉速—频率之 间对应关系的建立，可在拉速 Vc和频率 f 直角坐标 系中绘出 tN 和 Ns 的等值曲线族。
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通过Tn -f曲线可以看出，当振动频率 f 较低时，振幅和 拉速的变化对负滑脱的影响很大，而且振动频率的波 动对负滑脱时间也有很大影响；但当振动频率提高到 一定值后，振幅、拉速、振动频率的变化对负滑脱时 间几乎没有影响，负滑脱时间也趋于相同。 随着振动频率提高后，负滑脱时间变短且趋于稳定，但 当振动频率提高到一定值后，振幅、拉速、振动频率 的变化对负滑脱时间的影响几乎没有，负滑脱时间也 趋于相同。因此说，振动频率提高后，负滑脱时间变 短且趋向稳定。
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负滑脱时间与振痕深度之间的关系
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结晶器振动参数对连铸粘结性漏钢的影响
结晶器振动的最大特点就是结晶器与坯壳的相对 运动过程中有一段负滑脱时间，这期间坯壳受 压应力作用有利于坯壳的愈合，以防止坯壳断 裂造成漏钢。但是，负滑脱时间不能过长，因 为负滑脱时间越长，则振痕越深，振痕处坯壳 夹渣就越严重，坯壳强度降低，坯壳越容易断 裂而不利于脱模，进而增加了漏钢的可能性。 所以，提高振动频率、缩短负滑脱时间的目的 仍然是为了脱模，以利于防止粘结性漏钢，同 时也可改善铸坯质量。
结晶器振动参数优化
东北大学
2018年10月24日
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1概述 2结晶器振动参数的分析 3 非正弦振动运动分析
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1概述
1.1结晶器振动的作用 通过结晶器的振动可以保证在浇铸过程中板坯与结晶 器铜壁不发生粘结，并获得良好的铸坯表面质量。通 常认为，结晶器振动的作用有如下两个特点： ①防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出 现坯壳拉裂或漏钢事故。在结晶器上下振动时，按振 动曲线周期性地改变钢液面与结晶器铜壁的相对位置， 对坯壳有一个强制脱模的作用，并使得拉漏的坯壳在 结晶器内部得以焊合。 ②减小拉坯阻力及改善铸坯表面质量。在结晶器振动 过程中，通过保护渣在结晶器铜壁的渗透可以改善其 润滑条件，防止高温凝壳与结晶器铜壁的粘结，同时 减少了拉坯时的摩擦阻力及改善了铸坯的表面质量。
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3 非正弦振动运动分析
与结晶器正弦振动相比，结晶器非正弦振动随时间变化 的振幅最大值有一段滞后，正是这段时间上的滞后， 使结晶器上升速度较小而移动时间较长。这样即可保 证结晶器与坯壳反向运动时，由两者速度差决定的摩 擦力小于正弦振动的摩擦力。同时，在结晶器下移过 程中，非正弦振动下移速度快而移动时间短，其负滑 脱时间比正弦振动时更短。这有利于进一步减小振痕 深度，且在负滑脱期间，结晶器相对坯壳下移动距离 等于甚至大于正弦振动时的下移距离，从而保证对坯 壳的压合效果。
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由于负滑脱时间率是负滑脱时间与振动半周期的比率， 它反映了负滑脱时间、正滑脱时间的比值大小，所以， 以负滑脱时间率NSR来判定结晶器的脱模能力是合理的， 据此，结晶器的振动参数应保证较低的负滑脱时间和较 高的负滑脱时间率，这种工艺要求只有在高频振动、小 振幅的情况下条件下才能得到满足。
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结晶器振动参数对拉速的影响
研究表明，采用高频振动有利于提高拉坯速度， 而且提高拉速还有利于减少振痕。但在一定的 工艺条件下，拉坯速度受到冷却速度及设备精 度的限制，提高拉速将会导致拉漏率的上升。
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2.2. 结晶器正弦振动的特性分析
目前描述负滑脱的参数较多，对于同一振幅、频率和拉 速的情况下，这些参数给出了不同的数值。但它们当 中独立的参数只有两个：负滑动率 NS 和负滑脱时间 tN。因为负滑脱参数直接关系到铸坯的脱模和铸坯的 质量，所以参数 NS和tN被称为工艺参数。 目前国外有关文献报道，大多数的负滑脱时间取值范围 在 0.1s ~ 0.25s，认为对于不同的钢种最佳负滑动 时间为 0.1s 左右。至于负滑动率 NS，国内外有关 文献报道在 NS值为-20%～240%范围内变化进行 浇铸，结果对铸坯脱模及表面质量没有任何不利影响。 可见，对于负滑动率 NS 的取值范围是很宽的，工艺 参数的确定主要是确定负滑动时间。
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1.2结晶器振动方式的发展过程
由于人们对结晶器振动技术认识与理解的不同，结晶器振动技术经 历了一个曲折的发展过程，大致分为四个时期： ①同步振动 同步振动的特点是结晶器向下振动时，其速度与其拉坯速度相等， 即同步。若设V为拉坯速度，Vm为结晶器振动速度，V1为上 升速度，V2为下降速度，则同步振动应满足以下条件： V1=3V； V2=V 同步振动的优点是：结晶器能实现与拉坯速度同步运动，对铸坯有 利。其缺点是振动机构必须与拉坯速度实行严格的同步联锁， 当结晶器由往下振动转为往上运动的转折处加速度过大，机构 中会产生相当大的冲击，因此，现已不再采用。
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① 全部 tN 曲线与 Ns＝-0.024 的射线交于顶点，在一 定的拉速范围内，对于任何一拉速和 tN 曲线都有两 个交点，它们分别对应一个高频率和一个低频率。这 两个频率对应相同的负滑动时间。 ② 全部 tN、Ns 曲线相交于坐标系原点 0 点，曲线的 下部相互靠近，并重合于 Ns＝-0.3634(负滑动率极 限值)曲线。s 值越大它们越靠近，tN值越小它们重 合的线段越长，tN＝0 时与 Ns＝-0.3634 曲线全部 重合。 ③ 增大 s 值，可增大 tN 曲线在拉速 Vc轴上的投影， 因此可根据不同的工作拉速选择相应的 s 值。
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结晶器运动速度曲线
பைடு நூலகம்
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tN
V 60 arccos 2Af f

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负滑脱时间 TN
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结晶器振动时，只有当结晶器振动速度Vm大于 拉坯速度V 时才出现负滑动。负滑脱是指在 一个振动周期内，结晶器向下的运动速度比铸 坯向下的运动速度（拉速）要快的时间，在负 滑脱期内，凝固坯壳将受压而使被拉裂的坯壳 加以“焊合”，起到防止拉漏的作用，所以在 结晶器振动时应有一定的负滑脱时间，但过长 的负滑脱时间反而会使铸坯的表面质量变坏。 在拉速一定时，负滑脱时间的长短是由结晶器 振动的频率和幅度决定的。
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④非正弦振动 对于传统的正弦振动来说，其特性完全取决于振幅和振 动频率两个独立的振动参数。当波形调节能力小时难 以满足上述要求。而非正弦振动的最大特点是上升时 间比下降时间长，因而加大了保护渣的消耗量，使结 晶器弯月面附近的液体摩擦力减少，可以得到表面质 量优异的铸坯，能满足连铸生产的要求。 非正弦振动曲线大致可分为三角形振动波形、三角多项 式波形、普通的非正弦波形和改进的非正弦波形等。
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2.2振动参数对铸坯质量的影响
(1)结晶器振动参数对铸坯振痕的影响 由结晶器振动在铸坯表面形成的横向痕迹称为振 痕。振痕深度是衡量铸坯表面质量的重要标准 之一，过深的振痕会造成铸坯表面裂纹和成分 的偏析。大量的实验表明，振痕深度与负滑脱 时间有关，负滑脱时间越短，振痕深度就越浅。 得到这样的结论，缩短负滑脱时间、降低振幅 和提高振动频率均可以减少铸坯的振痕，改善 铸坯质量
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正弦振动同步控制模型
f=aVc 控制模型 f=aVc+b 控制模型 f=b 控制模型 f=-aVc+b 控制模型。 传统的同步控制模型为 f=aVc型 ,式中 f 为振动 频率，Vc为拉坯速度，a 和 b 为常数 。这个 模型曾被广泛应用于国内外早些时候投产的连 铸机，其主要特点是负滑脱率 Ns 保持为常数。