结晶器振动是连铸技术的一个基本特征。连铸过程中,结晶器和坯壳间的相互作用影响着坯壳的生长和脱膜,其控制因素是结晶器的振动和润滑。连铸在采用固定结晶器浇注时,连铸直接从结晶器向下拉出,由于缺乏润滑,易与结晶器发生粘结,从而导致出现拉不动或者拉漏事故,很难进行浇注。结晶器振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的,振动结晶器的发明引进,工业上大规模应用连铸技术才得以实现。可以说,结晶器振动是浇注成功的先决条件,十年来发展的重要里程碑。近年来,冶金工业的迅速发展,要求连铸提高拉速和增加连铸机的生产能力,人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展。
连铸机结晶器振动的目的是防止拉坯时坯壳与结晶器黏结,同时获得良好的铸坯表面。结晶器向上运动时,减少新生坯壳与铜壁产生黏着,以防止坯壳受到较大的应力,使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时,借助摩擦,在坯壳上施加一定的压力,愈合结晶器上升时拉出的裂痕,要求向下运动的速度大于拉坯速度,形成负滑脱。结晶器壁与运动坯壳之间存在摩擦力,此摩擦力被认为是撕裂坯壳进而限制浇注速度的基本因素。在初生坯壳与结晶器壁之间存在液体渣膜,此处的摩擦为黏滞摩擦,即摩擦力大小正比于相对运动速度,渣膜黏度,反比于渣膜厚度。在结晶器振动正滑脱期间摩擦力及其引起的对坯壳的拉应力就较大,可能将初生坯壳拉裂,为此开发了采用负滑脱的非正弦振动技术来减小这一摩擦力。理论研究及模拟实验表明,适当选择非正弦振动参数(偏斜率)可减小摩擦力50% ~60%。
在结晶器液压伺服非正弦振动出现之前都是采用机械式振动装置的,机械式的振动装置由直流电动机驱动,通过万向联轴器,分两端传动两个涡轮减速机,其中一端装有可调节轴套,涡轮减速机后面再通过万向联轴器,连接两个滚动轴承支持的偏心轴,在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄,并通过带橡胶轴承的振动连杆支撑振动台,产生振动。机械振动一般采用正弦曲线振动,振动波形、振幅固定不变。
与机械振动相比,板坯连铸机的液压振动装置具有一系列优点:振动力由两点传入结晶器,传力均匀;在高频振动时运动平稳,高频和低频振动时不失真,振动导向准确度高;结构紧凑、简单,传递环节少,与结晶器对中调整方便,维护也方便;采用高可靠性和高抗干扰能力的PLC控制,可长期保证稳定的振动波形;可改变振动曲线,并可在线设定振动波形等,增加了连铸机可浇钢种;改善铸坯表面与结晶器铜壁的接触状态,提高铸坯表面质量并减少黏结漏钢。
在20世纪30年代连续铸钢发展初期,最先使用的是固定式结晶器。在试验过程中,由于金属与内壁粘结,使拉坯过程不断出现拉漏(钢)事故。为了防止坯壳与内壁粘结,要解决对结晶器内壁的润滑。经多种试验,如采用间断拉坯,不断往结晶器中注油;采用石墨结晶器等都未取得明显效果。直到40年代初,容汉斯(S.Junghans)和罗西(I.Rossi)把有色金属连铸中应用的结晶器振动方式引入到连续铸钢,才得以试验成功,并使在工业中大规模应用连铸技术成为现实。结晶器振动首先是确定结晶器的振动方式,再据此选定结晶器振动机构和振动参数。