结晶器液压振动装置在
板坯连铸机上的应用及实践

1 前言
安钢第三炼钢厂于1999年11月投产，采用结晶器液压振动装置的板坯连铸机。本文对
液压振动及运行情况进行简介，分析和探讨振动参数及出现的铸坯表面质量问题，并对液压
振动参数进行优化，从而提高了铸坯表面质量，使表面横裂纹大幅度减少。

2 板坯连铸机主要参数
第三炼钢厂现有100t超高功率电弧炉一座，LF精炼炉一座，一台液压振动的直结晶器
弧形板坯连铸机，铸机的主要参数如下：
基本弧半径 8m；
结晶器长度 900m；
浇注断面 厚150mm、宽950 ~ 1250mm，
厚200mm、宽1200 ~ 1500mm，
厚250mm、宽1200 ~ 1500mm；
工作拉速 150mm 1.6~1.7m/min，
200mm 1.2~1.4m/min，
250mm 1.0m/ min；
结晶器液面控制 电磁涡流控制，
液面波动±3mm；
结晶器振动方式 液压伺服控制振动；
设计年产量 67万t / a 。

3 液压振动装置简介
液压振动装置由两个相互独立的机械单元组成，两单元可互换，并用C - 型框架相连，
通过直接采用液压缸和耐磨损板簧导向系统，可实现高振频下的最小水平位移。
结晶器液压伺服振动装置由电气控制部分和液压驱动部分组成。电气控制部分组如图
1
[1]
所示。
振幅/频率/非正弦系数
运行/较正/事故 故障/安全循环阀
模式/状态/报警 一级PLC

VDC
230VAC

液压系统
伺服和传
感器现场
单元

伺服控
制PID
单元
设定/显示

单元

接口单元
功能发生器

16微处理器
控制单元

图1 功能发生器组成框图
液压振动电气控制部分是一个单独的子系统，结晶器的液压振动参数可一级或二级
MMI（人机接口）上设定，设定值通过H1网上的铸流PLC或下载二级过程机控制系统的
数据发送给液压振动装置的电气控制单元。液压驱动部分由基础框架支撑，框架用螺栓固定
在基础上，振动驱动液压缸直接放置在结晶器台架下，液压缸为直接伺服驱动型。

4 液压伺服控制的结晶器振动技术
由奥钢联设计的液压振动装置可通过在线调整振动参数，以调整振频和振幅，得到正
弦或非正弦两种振动方式，甚至可实现反向振动。正弦与非正弦的振动波形如图2所示。

t
y

正弦
非正弦

图2 正弦与非正弦示意图
实际生产中波形为锯齿波，使结晶器慢上快下，上升时间占整个周期的比例大，下降时
间占比例小；由于上下移动距离相同，下降速度高，从而实现了负滑脱；并可通过调整上下
所占时间比例来调节负滑脱时间和距离。
文献
[2][3]
均认为，应用液压伺服结晶器非正弦振动技术，具有降低结晶器与初始疑固坯

壳之间的摩阻力、降低漏钢率、大幅度提高拉速和铸坯表面质量的优点。
5 结晶器振动参数的优化
1） 奥钢联（VAI）设计的液压振动基本参数基本控制参数有：
C1 零速时振频；
C2 振频/拉速综合系数；
C3 零速时振幅；
C4 振幅/拉速系数。
振频的计算公式 f = C1 + C2 ×V ；
振幅的计算公式 S= C3 + C4 ×V ；
其中 C2是S的函数C2 = f（S）。
通过在一级或二级MMI上改变C1到C4参数值，可以调振幅S、振频f的大小。
2） 液压非正弦振动在生产中应用及出现的问题
板坯生产初期，按照外方提供的振动控制参数，选择表1所示的一组参数（优化前），
非正弦系数C6 = 0.6和0.65，其振幅、振频与拉速V的关系如图3。

表1 优化前后振动参数对照表
C1 C2 C3 C4
优化前
170 -15 1 4
优化后
170 10 4 0

图3 振幅、振频与拉速的关系
由图3可看出，在此振动参数条件下，振幅随拉速增加而增大，如V = 1.4m/min时S =
6.6mm；振频随拉速增加而减小，V = 1.4m/min时，f降至149c/min；由公式OMS = V/f可
知，其振痕间距将随拉速增加而增大，如在V = 1.4m/min时，OMS = 9.4mm。
在上述振动参数条件下生产的铸坯，经酸洗后发现窄面的振痕较深，用扫描仪测量深度
情况如图4所示。平均振痕深度为0.50mm，最深达1.4mm，并在铸坯宽面及角部有大量不
规则柳叶形深振痕，在深振痕处都存在长度不一的横向裂纹，特别是角部横向裂纹更明显。
中板轧制后出现大量的板材横裂纹及边裂废品和协议材，使2000年四季度每月由于横裂纹
和边裂造成的废品量均在900t左右。

6
4 4 4 4
2 2

5

1

9

出
现
次
烽
/
个

0.68 0.64 0.47 0.51 0.55 振痕深度/mm 0.59 0.42 0.38 0.34 0
.
2
5

12
10
8
6
4
2
0

图4 振痕深度统计
3） 液压振动参数的优化及使用效果
研究指出
[4]
，铸坯振痕深度与角横裂纹发生率存在如图5所示的关系。即随着振痕

深度的增加，角横裂纹的发生率也随之增加，而结晶器的振动频率、振幅影响都影响振
痕深度[4]，如图6所示。同时，振痕深度也随着振痕间距的增加而增加[4]。
对振动输入参数进行优化，以期提高振频、降低振幅、减小振痕间距，采用表1所
示优化后的振动参数，优化后振频、振幅与拉速的关系如图7。
优化前后振频、振幅及振痕间距对照如表2所示。

图5 振痕深度与角横裂纹的关系
图6 振幅、振频与振痕深度的关系
图7 优化后振频、振幅与拉速的关系
表2 优化前后振频、振幅及振痕间距对照表
拉速/m・min-1 振幅/mm 振频/ c・min 振痕间距/mm
1.2 优化前 5.8 152 7.9
优化后
4 182 6.6
1.4 优化前 6.6 149 9.4
优化后
4 184 7.6

使用优化参数生产的铸坯经酸洗后发现，振痕深度大大减小，平均均0.25mm，＞0.4mm
的深振痕数量显著下降，由原平均20~30个/ m（如图4所示），减少至＜5个/ m；横裂纹长
度由原平均10~45mm/个，减为2~5mm/个；振频增加后，振痕谷底平滑不易产生表面横裂
纹的振痕上升80%~95%；原占99%以上的钩形振痕基本消除。中板轧制后，横裂造成的废
品量及废品率均显著下降，表3是中板两周轧制结果。
表3 中板两周轧制结果
周 第一周（2.1-2.7） 第二周（2.10-2.17）
废品量/ t
105 98

在使用优化振动参数的基础上，进一步提高振频，采用以下振动参数：C1 = 185、C2 =
10、C3 = 4、C2 = 0 ，同时适当降低结晶器水量和二次冷却强度。其振幅、振频和振痕间距
见表4。

表4 提高振频后的振幅和振痕间距
拉速/m・min-1 振幅/mm 振频/ c・min-1 振痕间距/mm
1.2 4 197 6.1
1.4 4 199
7.0

采用上述措施后基本消除了横裂纹废品，三月上旬的横裂纹废品只有23t 。
7 结束语
1）安钢板坯连铸生产，采用低振频、高振幅的振动方式不能适应实际的生产需要。
2）优化后的振动参数采用高振频、小振幅，将振频随拉速增加而减小改为振频随拉速
增加而增大，振幅随拉速增加而增加改为振幅随拉速增加而减少。提高了铸坯的表面质量，
基本适应板坯连铸的生产需要。

参考文献
1 张长征等. 现代板坯连铸机中结晶器液压振动装置 . 河南冶金，2000,2 : 35~36 .
2 A.Wagner, A.Ganter, J.Watzinger. 奥钢联（VAI）中等厚度板坯连铸技术最新进展.钢铁,1999中国钢铁年
会论文集.
3 施永敏等. 连铸结晶器中等技术的发展 . 连铸, 1997,2 : 3~7.
4 王新华 . 安钢板坯振痕度测定报告.