振動(dòng)條件下金屬凝固過程的研究現(xiàn)狀與展望

楊 寶，張 慧，王明林，趙文博，劉 斌，劉 帥,

（1.鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國(guó)家工程研究中心,北京 100081；2.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,北京 100083）

0 引言

金屬的凝固過程包含流體流動(dòng)狀態(tài)的改變、內(nèi)部熱量的傳輸及溶質(zhì)的重新分布等過程，而這些過程的改變與金屬的質(zhì)量有著密切的關(guān)系，所以如何控制金屬的凝固過程成為冶金學(xué)者最關(guān)注的話題[1]。近年來，電磁攪拌技術(shù)已經(jīng)被成熟地運(yùn)用于連鑄過程中，該技術(shù)能擴(kuò)大鑄坯等軸晶率，改善鑄坯的偏析和疏松縮孔，有效地提升鑄坯質(zhì)量。然而，電磁攪拌產(chǎn)生的白亮帶對(duì)鑄坯的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)電磁攪拌高昂的設(shè)備費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用促使專家學(xué)者探索出了新的鑄坯質(zhì)量改善的手段。

1868 年，前蘇聯(lián)的切爾諾夫在研究鋼錠的凝固過程時(shí)，外加了機(jī)械振動(dòng)手段，待鋼錠完全凝固后做了低倍檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)外加機(jī)械振動(dòng)能細(xì)化晶粒[2]。此后，外加振動(dòng)作用于金屬凝固過程的研究被眾多學(xué)者所關(guān)注。1933 年，德國(guó)的容漢斯在連鑄結(jié)晶器中添加振動(dòng)裝置，該裝置的添加不僅使得結(jié)晶器與鑄坯之間產(chǎn)生相對(duì)位移且容易脫模之外，還能使得保護(hù)渣更容易卷入，從而起到潤(rùn)滑、保溫及脫氧的作用，這使得現(xiàn)代連鑄技術(shù)的發(fā)展開啟了新的篇章[3]。

隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，對(duì)金屬凝固過程的作用不僅限于機(jī)械振動(dòng)，還包括振動(dòng)激發(fā)形核、超聲波振動(dòng)及磁場(chǎng)振動(dòng)等。雖然上述振動(dòng)技術(shù)有了一定程度的工業(yè)應(yīng)用，但是其應(yīng)用價(jià)值、范圍、動(dòng)力源的改進(jìn)及設(shè)備的優(yōu)化還需進(jìn)一步提升。因此，筆者總結(jié)了幾種振動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)、原理、作用方式及研究現(xiàn)狀，為振動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)提供研究基礎(chǔ)。

1 用于金屬凝固過程中振動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)

用于控制金屬液凝固過程的主要振動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)如表1 所示，包含機(jī)械振動(dòng)技術(shù)、振動(dòng)激發(fā)形核技術(shù)、超聲振動(dòng)技術(shù)和脈沖磁致振蕩技術(shù)。這四種技術(shù)均能改善鑄件的凝固組織，并且都被運(yùn)用于鋼錠模鑄生產(chǎn)過程中[4-7]?，F(xiàn)階段，大多數(shù)鋼材的凝固成型均是依靠連鑄工藝，控制好凝固過程就能有效地提升鑄坯質(zhì)量，然而上述4 種振動(dòng)工藝，僅僅只有脈沖磁致振蕩技術(shù)在連鑄結(jié)晶器區(qū)、二冷區(qū)有一定程度的工業(yè)應(yīng)用[8]，而機(jī)械振動(dòng)技術(shù)則僅被用于連鑄結(jié)晶器區(qū)。但是對(duì)比幾種技術(shù)的冶金效果和缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，發(fā)展機(jī)械振動(dòng)技術(shù)的作用形式，優(yōu)化機(jī)械振動(dòng)的工藝參數(shù)，該技術(shù)將會(huì)具有很好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

表1 振動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)Table 1 Characteristics of vibration technology

2 振動(dòng)的方式及產(chǎn)生的機(jī)理

2.1 機(jī)械振動(dòng)的方式及原理

機(jī)械振動(dòng)可分為一維振動(dòng)和多維振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)的動(dòng)力源主要來源于裝置中做圓周運(yùn)動(dòng)的偏心輪及偏心塊。當(dāng)帶有偏心塊的偏心輪做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于偏心輪和偏心塊的質(zhì)量均不可忽略，偏心輪會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心慣性力，這就導(dǎo)致振動(dòng)臺(tái)隨著偏心輪的圓周運(yùn)動(dòng)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，與振動(dòng)臺(tái)相連接或一體的鑄型就受到由外力提供的振動(dòng)作用，該作用以諧波的形式作用于內(nèi)部的金屬液，金屬液的凝固過程隨著振動(dòng)的頻率和振幅發(fā)生變化，最終改善鑄件的質(zhì)量。

根據(jù)達(dá)朗伯原理[9]，可以得到簡(jiǎn)易偏心輪在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)方程，如式（1）。通過該運(yùn)動(dòng)方程，發(fā)現(xiàn)離心慣性力的大小會(huì)隨著轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量m的改變而發(fā)生改變，由此可采用改變轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量而達(dá)到改變激振力的目的。

式中，M為總質(zhì)量，kg；m為轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量，kg；e為偏心距，m；ω為轉(zhuǎn)子的角速度，rad/min；X為旋轉(zhuǎn)裝置到平衡位置的垂直距離，m；d為轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的距離，m；t為時(shí)間，s；c為偏心輪的質(zhì)量，kg；r為偏心塊的質(zhì)量，kg。

2.2 振動(dòng)激發(fā)形核的方式及原理

振動(dòng)激發(fā)形核技術(shù)由鋼鐵研究總院趙沛等[10]提出，其物理試驗(yàn)?zāi)M裝置如圖1 所示。當(dāng)金屬液中插入具有高頻振動(dòng)和冷卻結(jié)構(gòu)的晶核發(fā)生器時(shí)，由于發(fā)生器中冷卻液與金屬液存在巨大溫差，與發(fā)射器表面密切接觸的金屬液迅速形核并長(zhǎng)大，待一定時(shí)間后迅速開啟高頻振動(dòng)器，在高頻振動(dòng)的作用下，在發(fā)射器表面形成的晶核被快速剝離并且連續(xù)的彈射到金屬液中，使得金屬液中晶核密度迅速增加，致密的晶核限制了其長(zhǎng)大，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

圖1 振動(dòng)激發(fā)形核物理模擬裝置Fig.1 Diagram of physical simulation apparatus for vibration excitation nucleation

2.3 超聲振動(dòng)的方式及原理

根據(jù)振動(dòng)方向，超聲振動(dòng)分為垂直式、水平式和旋轉(zhuǎn)式振動(dòng)。以垂直式超聲振動(dòng)（圖2）為例，將高頻電壓加在超聲換能器上，經(jīng)換能器的高頻電壓轉(zhuǎn)換為高頻超聲振動(dòng)，高頻振動(dòng)經(jīng)變幅器傳至超聲波探頭，通過調(diào)節(jié)電源電壓及變幅器可改變超聲振動(dòng)的頻率和振幅，調(diào)節(jié)后的超聲振動(dòng)作用于不銹鋼型壁內(nèi)的金屬液，金屬液中形成空化效應(yīng)，空化效應(yīng)導(dǎo)致金屬液中異相形核、枝晶破碎和晶粒模壁分離，破碎的枝晶和從型壁分離下來的枝晶充當(dāng)了二次形核的基底或晶核，使得金屬溶液中的晶核數(shù)量增加，達(dá)到細(xì)化晶粒，改善凝固組織的目的。

圖2 鋼水超聲處理試驗(yàn)裝置示意Fig.2 Schematic diagram of experimental apparatus for ultrasonic treatment of molten steel

2.4 脈沖磁致振蕩的方式及原理

脈沖磁致振蕩技術(shù)是由上海大學(xué)翟啟杰團(tuán)隊(duì)提出的金屬液控制技術(shù)，如圖3 所示，其原理是：脈沖電流自電容器經(jīng)導(dǎo)電銅線到達(dá)環(huán)繞于鑄坯表面的感應(yīng)線圈上，通電線圈內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)作用于金屬熔體時(shí)，二者相互作用產(chǎn)生電磁力，而較窄的脈寬使得感應(yīng)電磁力作用于鑄坯表層區(qū)域，由于在表層區(qū)域內(nèi)有很強(qiáng)的過冷度，因此該范圍內(nèi)可以大量形核，表層晶核在具有振蕩形式的脈沖感應(yīng)電磁力的作用下脫落，脫落后的晶核在電磁力和金屬液流動(dòng)的共同作用下擴(kuò)散至液芯內(nèi)，這就為液芯提供了大量的晶核，提升了等軸晶率，并且振動(dòng)的電磁力在金屬液內(nèi)以壓力波的形式由外向內(nèi)傳遞，均勻了溫度，降低了鑄坯的疏松和縮孔[11]。

綜上所述，互聯(lián)網(wǎng)金融是作為金融市場(chǎng)的創(chuàng)新商業(yè)模式，拓寬了市場(chǎng)的融資渠道，其通過互聯(lián)網(wǎng)的形式將金融產(chǎn)品不斷的豐富與傳播，讓更多的人享受到金融發(fā)展的福利，同時(shí)也將資源配置效率大幅度提升，因此通過財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)防范的方式能夠推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，確?；ヂ?lián)網(wǎng)金融市場(chǎng)所面臨的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)降到最低，才能夠?yàn)槲覈?guó)經(jīng)濟(jì)做出更加大的貢獻(xiàn)，也是為我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航，希望本文的拙見能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

圖3 脈沖磁致振蕩技術(shù)原理Fig.3 Technical schematic of pulsed magnetic oscillation

3 振動(dòng)對(duì)鋼液凝固的作用及細(xì)晶機(jī)理

3.1 外加振動(dòng)場(chǎng)后鋼液的凝固方式及特點(diǎn)

非振動(dòng)條件下，由于金屬液與鑄型或結(jié)晶器壁存在較大溫差，金屬液沿溫降方向溫度梯度較大，其凝固形式屬于中間凝固。當(dāng)凝固過程施加振動(dòng)后，振動(dòng)能均勻金屬液的溫度分布，降低各部分之間的溫度梯度，使得凝固區(qū)域變寬，金屬液的凝固方式由中間凝固轉(zhuǎn)變?yōu)楹隣顓^(qū)凝固，使得等軸晶區(qū)的范圍擴(kuò)大。

對(duì)金屬液施加振動(dòng)后，一方面，激振力迫使金屬液做對(duì)流運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)的熔體沖刷固液界面處枝晶，使得界面處的晶體周期性脫落且增殖，為非均質(zhì)形核提供形核基底及質(zhì)點(diǎn)。同時(shí)，受迫流動(dòng)的熔體均勻了金屬液的溫度場(chǎng)，增強(qiáng)了金屬液的導(dǎo)熱能力，促進(jìn)了金屬液的均質(zhì)形核；另一方面，對(duì)金屬液施加的振動(dòng)引起內(nèi)部各部之間產(chǎn)生相對(duì)滑移，進(jìn)而由于其速度差產(chǎn)生粘性剪切，而型壁處的枝晶及金屬液中漂浮的枝晶在該作用下被破碎并分布熔池內(nèi)，阻礙了型壁處柱狀晶生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，而且振動(dòng)對(duì)金屬液產(chǎn)生了空化效應(yīng)，提升了形核過冷度，促進(jìn)了金屬液的形核。

3.2 振動(dòng)改善凝固組織的機(jī)理

隨著振動(dòng)技術(shù)被逐步應(yīng)用于凝固過程的控制，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)振動(dòng)改善凝固組織的機(jī)理進(jìn)行了研究，主要有以下幾種理論[12-19]：

1) 枝晶破碎理論：枝晶存在一個(gè)固有的頻段或頻率，當(dāng)外加振動(dòng)作用于鑄型或鑄坯坯殼上時(shí)，坯殼內(nèi)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，當(dāng)該應(yīng)力波傳至凝前前沿時(shí)，若波動(dòng)頻率或頻帶與枝晶的固有屬性相符時(shí)，引發(fā)共振，能最大限度的細(xì)化晶粒。

2) 游離晶核理論：在凝固過程中施加振動(dòng)，激振力作用于凝固前沿，促使前沿晶核的運(yùn)動(dòng)在金屬液流動(dòng)作用下，游離的晶核長(zhǎng)大，會(huì)與原有凝固前沿的晶體或其他游離晶體發(fā)生碰撞，使得金屬液中游離的晶體數(shù)量更多，增加金屬液內(nèi)非均質(zhì)形核率。

3) 溫度均化理論：外加振動(dòng)促使金屬液加速對(duì)流，使得金屬液由高溫處向低溫處發(fā)生正向擴(kuò)散，進(jìn)一步降低溫差，均勻溫度，為等軸晶的形核與長(zhǎng)大提供更好的發(fā)育環(huán)境，同時(shí),溫度的改變使得金屬液發(fā)生體積凝固，形核質(zhì)點(diǎn)數(shù)量增加，細(xì)化晶粒。

4 外加振動(dòng)后金屬凝固過程中的研究現(xiàn)狀

4.1 對(duì)金屬凝固過程施加機(jī)械振動(dòng)的研究現(xiàn)狀

金屬液凝固過程施加機(jī)械振動(dòng)后改變了金屬液的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，使得鑄坯的質(zhì)量得到改善?？紤]到金屬凝固過程的不可視性，數(shù)值模擬的手段則被經(jīng)常使用于研究凝固過程各種場(chǎng)的變化。Liu 等[20]采用數(shù)值模擬的手段模擬了金屬液定向凝固的過程，探討了旋轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率與界面凹度的關(guān)系。模擬結(jié)果表明：低頻時(shí)，隨著頻率的增加，界面凹度減小；高頻時(shí)，界面凹度隨著頻率的增加而增加。Lyubimov 等[21]也模擬了此類振動(dòng)條件下合金的凝固過程，結(jié)果表明，凝固枝晶的均勻性和不穩(wěn)定閾值隨著旋轉(zhuǎn)振動(dòng)強(qiáng)度的增加而增加。Timeli 等[22]對(duì)A360-10%SiCp合金外加機(jī)械振動(dòng)的凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，探究金屬液與鑄型界面換熱系數(shù)與機(jī)械振動(dòng)的關(guān)系，MAGMASOFT 模擬結(jié)果顯示，界面換熱系數(shù)與機(jī)械振動(dòng)的強(qiáng)度呈正相關(guān)。郭志遠(yuǎn)[23]采用Fluent 軟件模擬了單側(cè)振動(dòng)條件下鑄軋過程溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的變化，發(fā)現(xiàn)隨著振幅和振頻的增加，軋輥間的熔池內(nèi)溫度和溶質(zhì)分布更均勻。

圖4 356 Al 合金力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果[24]Fig.4 Mechanical properties of Al356 alloy

圖5 A360-10%SiC 合金微觀組織[22]Fig.5 Microstructures of the as-solidified A360-10%SiC composite

4.2 對(duì)金屬凝固過程施加振動(dòng)激發(fā)形核技術(shù)的研究現(xiàn)狀

鋼鐵研究總院張慧等探究了振動(dòng)激發(fā)金屬液形核的機(jī)理[18,28]和對(duì)金屬凝固過程的影響及應(yīng)用[5,29-32]。常雪君等[33]研究了振動(dòng)激發(fā)形核條件下Cr17 鐵素體不銹鋼的傳熱情況，結(jié)果表明，振動(dòng)激發(fā)形核促進(jìn)晶核形成且阻礙了晶體長(zhǎng)大；澆注溫度對(duì)提升等軸晶數(shù)量和等軸晶形成影響最大。賈京達(dá)等[34]采用Fluent 對(duì)振動(dòng)激發(fā)形核技術(shù)的發(fā)射器表面結(jié)殼過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了600、700、800 Hz 三種頻率對(duì)垂直于振動(dòng)方向上的結(jié)殼時(shí)間的影響。如圖6所示，隨著振動(dòng)功率的增大，結(jié)殼時(shí)間延長(zhǎng)，且同比對(duì)照，800 Hz 為最優(yōu)的振動(dòng)頻率。

圖6 振動(dòng)發(fā)射器某點(diǎn)液相率隨時(shí)間變化曲線[34]Fig.6 Variation curve of liquid phase ratio with time at a certain point of vibration emitter

4.3 對(duì)金屬凝固過程施加超聲振動(dòng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

Shin 等[35]在鑄錠冒口位置施加超聲振動(dòng)，并對(duì)A356 合金在該條件下的凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明,超聲振動(dòng)改善鑄錠冒口的縮孔提升了金屬液的補(bǔ)縮率。蔣日鵬等[36]對(duì)純Al 金屬液施加超聲振動(dòng)，討論了熔體溫度，超聲功率，振動(dòng)位置和方式對(duì)凝固組織的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)熔體溫度為800 ℃時(shí)，施加170 W 的功率，晶粒細(xì)化效果最明顯；間歇式動(dòng)態(tài)振動(dòng)能夠細(xì)化晶粒，然而振動(dòng)深度不宜過深。畢秋等[37]對(duì)在底部水冷條件下鑄造AZ31B 鎂合金的凝固過程施加超聲振動(dòng)，探求功率對(duì)凝固組織的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示，在800 W 以內(nèi)，增大超聲功率，不僅能細(xì)化晶粒，而且還能促進(jìn)相形態(tài)的轉(zhuǎn)變。

圖7 不同超聲功率下AZ31 鎂合金鑄錠的微觀組織[37]Fig.7 Microstructure of AZ31 magnesium alloy ingot produced through vibration under different ultrasonic power

王珊等[38]探討了超聲振動(dòng)細(xì)化Zn-55Al-1.6Si合金凝固組織的理想工藝參數(shù)。馮丹艷[39]對(duì)比了施加超聲振動(dòng)和未施加超聲振動(dòng)處理ZL101 鋁合金熔體后凝固組織的異同。Yao 等[40]對(duì)Mg-8Li-3Al 合金熔體凝固過程施加超聲振動(dòng)，探究了超聲振動(dòng)對(duì)該合金力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：施加超聲振動(dòng)后，Mg-8Li-3Al 合金的力學(xué)性能得到明顯改善，如圖8、9 所示，且當(dāng)超聲功率為170 W時(shí)，得到了較細(xì)的球狀組織，并且還能促進(jìn)相形態(tài)的轉(zhuǎn)變，作用90 s 后，合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別提高9.5%和45.7%。李曉謙等[41]探討了超聲振動(dòng)對(duì)細(xì)化晶粒的機(jī)理，并討論了振動(dòng)對(duì)金屬液冷卻時(shí)間和組織的影響，發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)引起的機(jī)械效應(yīng)和聲流作用不能折斷枝晶臂，但可以熔斷二次枝晶臂根部。

圖8 超聲振動(dòng)功率對(duì)α 相粒徑和圓度的影響[40]Fig.8 Effects of ultrasonic vibration power on particle size and roundness of α phase

圖9 不同功率下Mg-8Li-3Al 合金力學(xué)性能[40]Fig.9 Mechanical properties of Mg-8Li-3Al alloys by ultrasonic vibration treatment

4.4 對(duì)金屬凝固過程施加脈沖磁致振蕩技術(shù)的研究現(xiàn)狀

為了探究金屬凝固過程在脈沖磁致振蕩條件下的變化，劉芳等[42]模擬了純Al 在脈沖磁致振蕩(PMO)作用下凝固過程中的流場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布，發(fā)現(xiàn)在脈沖磁致振蕩(PMO)作用下，金屬液受迫運(yùn)動(dòng)，使得熔池中的溫度和溶質(zhì)分布更均勻。同時(shí)由于熔體表面受到交變電磁力的振蕩作用，其面上析出的晶核變成游離晶核，提升了熔池中的形核率。Liang D 等[43]對(duì)小高徑比的純鋁鑄錠進(jìn)行了模擬研究，發(fā)現(xiàn)Joule 效應(yīng)能細(xì)化晶粒，但是卻縮小了細(xì)晶區(qū)。Zhao 等[44]采用ANSYS 對(duì)30Cr2Ni4MoV 鑄錠凝固過程中的流場(chǎng)和電磁場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明,脈沖磁致振蕩的Joule 熱能延長(zhǎng)合金鑄錠的凝固時(shí)間，這就使得熔池內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間處于保溫狀態(tài)，從而減小了鑄錠的縮孔；施加脈沖磁致振蕩后，受迫流動(dòng)均勻了熔池內(nèi)的溶質(zhì)，改善了鑄錠的碳偏析。

Zhao 等[45]模擬發(fā)現(xiàn)施加脈沖磁致振蕩后，金屬液受迫流動(dòng)的原因是該條件下熔池內(nèi)有循環(huán)拉壓力產(chǎn)生，這一觀點(diǎn)與劉芳等[42]的類似。同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)Joule 熱多存在于金屬液表層，這為晶粒進(jìn)入熔體內(nèi)部提供了充足的時(shí)間。Liu 等[46]通過模擬脈沖磁致振蕩條件下，過熱度對(duì)Al3Ti1B 合金凝固的影響，得到了與前人所述一致的結(jié)論。

翟啟杰團(tuán)隊(duì)對(duì)工業(yè)純Al[47-49]、20 CrMnTi 齒輪鋼[50]、鋁銅合金[51]及GCr 軸承鋼[52]等合金的凝固過程施加脈沖磁致振蕩技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該工藝可以細(xì)化晶粒，并且加速CET 轉(zhuǎn)變，提高了中心等軸晶率，Edry 等[53]也得到了同樣的結(jié)論。如圖10、11 所示，徐衡等[54]對(duì)連鑄結(jié)晶器施加脈沖磁致振蕩技術(shù)，通過對(duì)螺紋鋼小方坯的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不僅可以細(xì)化晶粒，擴(kuò)大等軸晶區(qū)，還能使得二次枝晶間距縮短，改善鑄坯的中心偏析及中心縮孔。

圖10 二次枝晶臂間距的比較[54]Fig.10 Comparison of the secondary dendrite aria spacing

圖11 碳偏析指數(shù)分布曲線[54]Fig.11 Distribution curves of the carbon segregation index

5 結(jié)論與展望

雖然振動(dòng)技術(shù)在金屬凝固過程中的影響已經(jīng)被眾多專家學(xué)者所證實(shí)，但是振動(dòng)技術(shù)應(yīng)用主要還是在有色金屬凝固及模鑄領(lǐng)域，以上海大學(xué)翟啟杰團(tuán)隊(duì)為代表開發(fā)的脈沖磁致振蕩技術(shù)是幾種振動(dòng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于方坯和矩形坯的連鑄生產(chǎn)過程的工藝，但大斷面的鑄坯和板坯的生產(chǎn)與方坯不同，厚度的增加使得凝固傳熱機(jī)理更為復(fù)雜，寬度的增加容易導(dǎo)致鼓肚的形成，這就為開發(fā)新的脈沖磁致振蕩工藝設(shè)備增加難度。

由于連鑄過程空間的限制及動(dòng)態(tài)拉坯這一特性，為振動(dòng)激發(fā)形核技術(shù)和超聲振動(dòng)技術(shù)在連鑄過程的使用增添不可克服的困難，且上述兩項(xiàng)振動(dòng)技術(shù)均需高頻電流驅(qū)動(dòng)，使得生產(chǎn)成本增加。因此，將這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于特種鋼錠生產(chǎn)才能發(fā)揮其更大的經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)械振動(dòng)不僅靠電能驅(qū)動(dòng)，還可以靠液壓和壓縮氣體驅(qū)動(dòng)，若能將鋼廠實(shí)際生產(chǎn)中的廢氣作為機(jī)械振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源，則不僅可以變廢為寶，還可以節(jié)能減排。目前，機(jī)械振動(dòng)僅被應(yīng)用于連鑄結(jié)晶器上，其對(duì)鑄坯質(zhì)量的改善還不明顯，若能開發(fā)出適用于連鑄二冷區(qū)和空冷區(qū)的氣動(dòng)機(jī)械振動(dòng)設(shè)備，這將會(huì)使得未來連鑄生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提升，因此，開發(fā)出適合連鑄過程的氣動(dòng)振動(dòng)裝備并且優(yōu)化振動(dòng)設(shè)備的工藝參數(shù)是探索機(jī)械振動(dòng)技術(shù)運(yùn)用于連鑄領(lǐng)域的發(fā)展方向。