板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　連鑄機(jī)是現(xiàn)代冶煉生產(chǎn)過程中重要的生產(chǎn)設(shè)備，連鑄生產(chǎn)線的引入能大大提高冶煉生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強(qiáng)度，同時降低了成本，使冶煉生產(chǎn)跨進(jìn)了一個嶄新的時代。結(jié)晶器在連鑄生產(chǎn)過程中起到了核心的不可替代的作用，組合式結(jié)晶器是結(jié)晶器進(jìn)化過程中發(fā)展起來的一種，在現(xiàn)代連鑄工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在本

2、說明書中，主要研究了直線式結(jié)晶器的組成、各部分工作原理，介紹了國內(nèi)外結(jié)晶器的發(fā)展趨勢，找出了現(xiàn)在連鑄生產(chǎn)線中所使用的結(jié)晶器的不足和一些解決的辦法。</p><p>　　本文重點(diǎn)討論了直線式結(jié)晶器的調(diào)寬機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)，詳細(xì)介紹了直線式結(jié)晶器中中的調(diào)寬裝置的結(jié)構(gòu)以及工作原理，進(jìn)行了水箱的幾何形狀及主要構(gòu)件的設(shè)計計算。</p><p>　　關(guān)鍵詞　結(jié)晶器；調(diào)寬裝置；水箱；足輥</p>

3、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p><b>　　第1章 緒論5</b></p><p>　　1.1 結(jié)晶器概述5</p><p>　　1.2結(jié)晶器存在的問題8</p><p&

4、gt;　　1.3 結(jié)晶器使用前的安全檢查8</p><p>　　1.4 本章小結(jié)9</p><p>　　第2章 結(jié)晶器夾緊裝置的選擇計算10</p><p>　　2.1結(jié)晶器夾緊裝置簡介10</p><p>　　2.2結(jié)晶器夾緊受力分析及計算選擇11</p><p>　　2.3結(jié)晶器寬邊調(diào)整機(jī)構(gòu)的安裝13&

5、lt;/p><p>　　2.4本章小結(jié)14</p><p>　　第3章 結(jié)晶器調(diào)寬裝置的選擇計算15</p><p>　　3.1調(diào)寬裝置簡介15</p><p>　　3.2調(diào)寬裝置的確定和基本參數(shù)的選擇16</p><p>　　3.3調(diào)寬裝置驅(qū)動選擇18</p><p>　　3.4窄邊調(diào)

6、整機(jī)構(gòu)的安裝18</p><p>　　3.5本章小結(jié)20</p><p>　　第4章 結(jié)晶器銅板及水箱的選擇計算21</p><p>　　4.1結(jié)晶器銅板的設(shè)計21</p><p>　　4.1.1結(jié)晶器長度的選擇21</p><p>　　4.1.2結(jié)晶器斷面尺寸和倒錐度23</p><p

7、>　　4.1.3結(jié)晶器銅板材質(zhì)及表面鍍層的選擇24</p><p>　　4.1.4銅板厚度計算25</p><p>　　4.1.5小結(jié)25</p><p>　　4.2水箱設(shè)計26</p><p>　　4.3本章小結(jié)27</p><p><b>　　結(jié)論28</b></p&g

8、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 結(jié)晶器概述 </p><p>　　結(jié)晶器是連鑄設(shè)備中的鑄坯成型設(shè)備，人們稱它是連鑄機(jī)的心臟

9、。它的功能是將連續(xù)不斷地注入其腔內(nèi)的高溫鋼液通過冷卻壁強(qiáng)制冷卻，到出其熱量，使鋼液在結(jié)晶器內(nèi)逐漸凝固成所需的斷面形狀和一定厚度的坯殼，并是這種芯部仍為液態(tài)的鑄坯不斷的從結(jié)晶器的下口被拉出，進(jìn)入二次冷卻區(qū)。為保證坯殼不被拉漏以及不產(chǎn)生變形和裂紋等缺陷，結(jié)晶器的性能對連鑄機(jī)的性能對連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力和鑄坯的質(zhì)量都起到非常重要的作用。</p><p>　　結(jié)晶器是非常重要的設(shè)備，結(jié)晶器為坯殼形成的最初階段提供了冷卻，幾何

10、形狀和空間，連續(xù)的鋼水通過結(jié)晶器內(nèi)部的銅板強(qiáng)制冷卻，逐步成型。這個過程是鋼水(坯殼)與結(jié)晶器之間連續(xù)相對運(yùn)動下進(jìn)行的。因此結(jié)晶器一直承受著鋼水靜壓力、坯殼和銅板間摩擦力鋼水熱量的傳導(dǎo)等因素的影響，使結(jié)晶器始終處在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力綜合作用下，工作條件極為復(fù)雜。</p><p>　　結(jié)晶器在生產(chǎn)過程中，是否能夠保證均勻強(qiáng)化的冷卻，以及在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下不致產(chǎn)生變形，保證豬皮質(zhì)量，降低溢漏率，提高結(jié)晶器使用壽命

11、，因此一個良好的結(jié)晶器設(shè)計應(yīng)該滿足以下要求:</p><p>　　(1) 要有良好的均勻的導(dǎo)熱性能。</p><p>　　(2) 結(jié)構(gòu)合理，并具有足夠的剛性，能夠在承受劇烈的溫度變化時變形小，銅板內(nèi)壁要有良好的耐磨性能。</p><p>　　(3) 保證結(jié)晶器剛性的前提下，盡量減輕結(jié)晶器的重量，以便減小震動時結(jié)晶器的慣性力。</p><p>

12、　　(4) 結(jié)晶器結(jié)構(gòu)盡量簡單，可接近性好，便于制造安裝和調(diào)整。</p><p>　　(5) 冷卻水路能自行離合。</p><p>　　結(jié)晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設(shè)備，也是連鑄機(jī)心臟設(shè)備之一。它的功能是將連續(xù)不斷地注入其內(nèi)腔的高溫鋼水通過水冷銅壁強(qiáng)制冷卻，導(dǎo)出共熱星，使之逐漸凝固成為具有所要求的斷面形狀和坯殼厚度的鑄坯。并使這種芯部仍為液態(tài)的鑄坯連續(xù)不斷地從結(jié)晶器下口拉出，為其在以后的

13、二次冷卻區(qū)域內(nèi)完全凝固創(chuàng)造條件。一個組合式結(jié)晶器可以繞鑄一流鑄坯，也可以通過捅裝件澆鑄多流鑄坯。</p><p>　　板坯連鑄機(jī)早期的結(jié)晶器是一個固定的模子，即一個結(jié)晶器對應(yīng)—“個板坯斷面。20世紀(jì)70年代四壁組合式結(jié)晶器出現(xiàn)后，在—個結(jié)品器上澆鑄的扳坯寬度可以任意改變，而厚度可有級變化。在澆鑄過程中可改變板坯寬度是8u年代的事情。到80年代不停機(jī)在線調(diào)厚已經(jīng)在日本鋼管公司福山6號機(jī)上實現(xiàn)。因此，組合式結(jié)晶器在連

14、鑄機(jī)發(fā)展史上具有重要意義。</p><p>　　組合式結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)又可分為帶支撐框架和不帶支撐框架兩大類。后者由于結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，也有的廠家稱為緊湊式結(jié)品器，近年來應(yīng)用逐漸增多。結(jié)晶器主要由內(nèi)、外弧冷卻水箱與銅板的裝配件，內(nèi)、外弧足輥，左、右窄面水箱與銅板裝配件，窄面足輥，調(diào)寬裝置，支撐框架緊裝置，設(shè)備冷卻水、二冷噴水及于油潤滑配管等主要部件組成。帶支撐框架的結(jié)晶器典型的是德國西馬克公司生產(chǎn)的結(jié)晶器。在澆鑄過程

15、當(dāng)中的調(diào)寬采用伺服電機(jī)。奧鋼聯(lián)工程技術(shù)公司液壓缸伺服調(diào)寬結(jié)晶器，其最大特點(diǎn)也是沒有支撐框架，但調(diào)寬的驅(qū)功力為液壓缸:除此之外，還有幾個特點(diǎn):即結(jié)晶器窄面有4對足輥；結(jié)晶器帶有支腳，存放時不用專門的存放臺架。另外奧鋼聯(lián)工程技術(shù)公司為了節(jié)約昂貴的鋼板，把傳統(tǒng)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器銅板背面20一26mm深的水槽變?yōu)闇\而寬的水槽并移至支撐銅板的鋼結(jié)構(gòu)背板上，使結(jié)晶器傳熱冷卻更加均勻且銅板厚度出45mm 減薄到27mm，從而降低了材料成本。這種結(jié)構(gòu)又需

16、要在銅板后焊接幾百個鋼螺母以固定銅板。這樣在—定程度上又增加了加工成本。</p><p>　　結(jié)晶器主要參數(shù)言:結(jié)晶器長度、調(diào)寬速度、結(jié)晶器水量和水流速、銅板厚度等。常規(guī)板坯連鑄機(jī)因拉速低于薄板坯和中厚板坯連鑄機(jī)，結(jié)晶器長度(均指冷卻銅板長度)一般為700—950mm，大部分為900mm，而薄板坯和中厚飯坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器長度在900一1200mm之間:澆鑄過程中每側(cè)的調(diào)寬速度一般為0—20mm／min。每側(cè)最高達(dá)

17、100mm／min.這是新日鐵鋼廠在80年代中期創(chuàng)造的。冷狀態(tài)每側(cè)調(diào)寬速度達(dá)200mm／min。結(jié)晶器水量為板坯斷面周長2．0一3.0L／(min·mm)。大多數(shù)方坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器水量為板坯斷面周長2．0一3.0L／(min·mm)。大多數(shù)板坯連鑄帆的結(jié)晶器為20L／(min·mm)，而福山6號饑寬面銅板為2．41L／(min·mm)。300mm厚度的窄面銅板為2．88L／(min·mm

18、)。板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的水流速度為7—10m／min。10m／5min的水流速度是2001年才出現(xiàn)的。新結(jié)晶器的銅板厚度在27—60mm之間，而多數(shù)在39—50mm之間，27mm的銅板厚度是奧鋼聯(lián)發(fā)明的銅板和鋼螺母焊接式結(jié)構(gòu)中采用的。結(jié)晶器關(guān)鍵技術(shù)是:</p><p>　　(1)結(jié)晶器倒錐度；</p><p>　　(2)在線熱狀態(tài)調(diào)寬調(diào)錐度系統(tǒng)；</p><p>　　

19、(3)結(jié)晶器在線停機(jī)調(diào)厚；</p><p>　　(4)高速澆鑄時銅板冷卻水高流速均勻傳熱冷卻結(jié)構(gòu)；</p><p>　　(5)渦流式、電磁式、同位素式、浮子式、激光式、超聲波式等各種；</p><p>　　(6)漏鋼頂報及熱成僚系統(tǒng)；</p><p>　　(7)結(jié)晶器銅板熱面溫度控制系統(tǒng)及最低進(jìn)水溫度控制；</p><p&

20、gt;　　(8)結(jié)晶器電磁攪拌和電磁制動；</p><p>　　(9)一個結(jié)晶器燒多流鑄坯的插裝式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2-1組合式結(jié)晶器俯視圖</p><p>　　圖 2-2 組合式結(jié)晶器左視圖</p><p>　　1.2結(jié)晶器存在的問題 </p><p>　　(1) 研發(fā)能力較低，對關(guān)鍵技術(shù)掌握較差，進(jìn)口依

21、賴程度較大，關(guān)鍵部件如銅板鍍層，和精確調(diào)寬調(diào)后機(jī)構(gòu)仍依賴于進(jìn)口。大多數(shù)企業(yè)以生產(chǎn)為主，對于新技術(shù)的研究處于之后狀態(tài)。</p><p>　　(2) 連鑄生產(chǎn)過程中，鋼坯極易出現(xiàn)拉漏的情況，生產(chǎn)安全性較差，工人的工作環(huán)境較差，安全性較低。</p><p>　　1.3 結(jié)晶器使用前的安全檢查 </p><p>　　結(jié)晶器安裝上線前，在維護(hù)區(qū)應(yīng)檢查結(jié)晶器的裝配、對中、運(yùn)行、

22、泄露情況、正確的安裝和二次冷卻噴嘴的噴霧情況。在結(jié)晶器到達(dá)操作區(qū)前，檢查和結(jié)果都應(yīng)被記錄下來，還應(yīng)該完場下面的檢查和操作:</p><p>　　(1) 檢查銅板表面的磨損、損傷和平整</p><p>　　(2) 檢查窄面和寬面間的縫隙</p><p>　　(3) 檢查窄面錐度的調(diào)節(jié)和結(jié)晶器的的寬度</p><p>　　(4) 在窄面和寬面間檢

23、查結(jié)晶器的邊緣縫隙，并使用硅橡膠正確密封</p><p>　　(5) 檢查結(jié)晶器的水密封性能</p><p>　　(6) 檢查結(jié)晶器蓋是否在結(jié)晶器的正確位置</p><p>　　(7) 在調(diào)節(jié)后，檢查夾緊裝置的功能和夾緊結(jié)晶器</p><p>　　(8) 檢查結(jié)晶器液面?zhèn)鞲衅鞯奈恢貌⑿ｒ?，為傳感器安裝保護(hù)蓋和接通冷卻水</p>

24、<p>　　(9) 通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的手動方式來檢查寬度調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p>　　(10) 檢查供應(yīng)管線(氣體、液體)是否正確連接，包括密封性檢查</p><p>　　(11) 檢查結(jié)晶器蓋的正確位置、變形和耐火材料內(nèi)襯的損壞</p><p>　　(12) 檢查供水軟管機(jī)檢查噴嘴位置和噴霧形式</p><p>　　(13) 檢

25、查結(jié)晶器足輥和側(cè)面鑄坯導(dǎo)向輥固定的緊密配合</p><p>　　(14) 檢查結(jié)晶器足輥和側(cè)面鑄坯導(dǎo)向輥的旋轉(zhuǎn)</p><p>　　(15) 檢查結(jié)晶器與振動裝置接觸面的正確位置以及是否損壞</p><p>　　(16) 檢查結(jié)晶器固定螺栓可能的損傷</p><p>　　在結(jié)晶器更換后，還要在結(jié)晶器上完成以下的檢查和操作</p>

26、<p>　　(1) 檢查結(jié)晶器足輥到銅板下部邊緣是否道道設(shè)計值(視覺檢查，用一個直尺定位在寬面)</p><p>　　(2) 通過過渡直尺來檢查結(jié)晶器足輥到彎曲段第一個輥的對中</p><p>　　(3) 檢查第一個窄面足輥到銅板下部邊緣的對中</p><p>　　(4) 用結(jié)晶器錐度測量儀檢查寬面錐度的對稱性。</p><p>

27、<b>　　1.4 本章小結(jié) </b></p><p>　　通過第二章的學(xué)習(xí)，我進(jìn)一步加深了對連鑄機(jī)以及結(jié)晶器的了解。了解了結(jié)晶器的發(fā)展趨勢和目前應(yīng)用在國內(nèi)外主流結(jié)晶器上的技術(shù)。對結(jié)晶器的設(shè)計工作做好了鋪墊，為下一章的順利進(jìn)行做好了準(zhǔn)備工作。</p><p>　　第2章 結(jié)晶器夾緊裝置的選擇計算</p><p>　　2.1結(jié)晶器夾緊裝置簡介&l

28、t;/p><p>　　現(xiàn)代的板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器都采用寬面壓窄面的結(jié)構(gòu)，所以寬面板調(diào)整裝置不能采用固定的支撐防止。因為窄邊面板在澆鑄過程中會受熱膨脹，款面板對債面板即要有一定的事呀，防止接縫處漏鋼，又要允許膨脹。原來使用的結(jié)晶器寬面調(diào)整裝置時純粹的電動機(jī)械調(diào)整裝置，這種裝置調(diào)整的精度較差，采用齒輪箱變速傳動，壽命較短。后來隨著液壓技術(shù)的不斷成熟，第二代結(jié)晶器跨面調(diào)整裝置采用的是螺桿加蝶形彈簧加液壓缸的形式，這種調(diào)整裝置較

29、第一種有了質(zhì)的飛躍，液壓裝置的引入大大提高了調(diào)整精度，但是蝶形彈簧在高溫的工作條件下，很容易到達(dá)疲勞極限，因此這只能夠?qū)捗嬲{(diào)整裝置出現(xiàn)了自身無法突破的瓶頸。</p><p>　　現(xiàn)如今，第三代寬邊調(diào)整裝置已經(jīng)投入使用，如下圖3-1所示?，F(xiàn)在主要使用的是純粹的液壓調(diào)整裝置。這種裝置的引入大大提高了寬邊調(diào)整的精度，調(diào)整裝置的使用壽命大大延長，同時這種裝置免去了機(jī)械調(diào)整和螺桿蝶形彈簧調(diào)整時所需要的潤滑管路，大大精簡了結(jié)

30、晶器的設(shè)計，同時提高了工作人員的安全性，使結(jié)晶器的可接近性大大提高。</p><p>　　圖 3-1 加緊裝置</p><p>　　圖 3-2 結(jié)晶器夾緊裝置</p><p>　　2.2結(jié)晶器夾緊受力分析及計算選擇</p><p>　　結(jié)晶器在連鑄生產(chǎn)過程中，受的力非常復(fù)雜，因為結(jié)晶器的寬邊鋼板是弧線的，因此受力是變化的，在結(jié)晶器的設(shè)計過程中

31、，工廠設(shè)計時遍采用的是計算機(jī)模擬結(jié)晶器內(nèi)部受力情況。因此，我在本次畢業(yè)設(shè)計過程中只能通過簡單的力學(xué)計算來得到結(jié)晶器寬邊調(diào)整液壓缸的受力情況。</p><p>　　圖 3-3 結(jié)晶器夾緊裝置受力示意圖</p><p><b>　　鋼水靜壓力計算</b></p><p>　　= （3-1)</p><

32、;p>　　式中 ——最大鋼水靜壓力 </p><p>　　——結(jié)晶器壓面到足輥中心線的距離 </p><p><b>　　——鋼水密度 </b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中 ——受壓面積 </p><p>　　——結(jié)晶器壓面

33、到足輥中心線的距離 </p><p><b>　　——板坯寬度 </b></p><p>　　= (3-3)</p><p>　　= (3-4)</p><p><b>　　——鋼水靜壓力 </b></p>

34、<p>　　——結(jié)晶器壓面到足輥中心線的距離 </p><p><b>　　——板坯寬度 </b></p><p><b>　　——鋼水密度 </b></p><p>　　設(shè)定作用力作用在距底面(最大壓力足輥處)1/3 高度上。</p><p>　　上下部液壓缸受力及窄面板壓緊力計算&l

35、t;/p><p>　　對上部液壓缸作用點(diǎn)取=0</p><p>　　則 = (3-5)</p><p>　　= (3-6)</p><p>　　上下各設(shè)置兩個液壓缸，故每個液壓缸受力1/2與1/2。實際上由于考慮到一定的安全系數(shù)，則上下部液壓缸受力為 <

36、/p><p>　　= (3-7)</p><p>　　式中 ——上下部每股液壓缸的實際受力 </p><p>　　——上下部每個液壓缸的計算受力</p><p>　　——安全系數(shù) 取 =1.75</p><p>　　= (3-8)</p>

37、<p>　　式中 ——上下部每股液壓缸的實際受力 </p><p>　　——上下部每個液壓缸的計算受力</p><p>　　——安全系數(shù) 取 =1.75</p><p>　　經(jīng)過計算，上下兩組液壓缸的受力應(yīng)該是</p><p><b>　　=2.91</b></p><p>&l

38、t;b>　　=3.53</b></p><p>　　經(jīng)上述計算，查機(jī)械手冊，連鑄機(jī)使用的液壓缸是專用的液壓缸，手冊上沒有記錄，故上網(wǎng)聯(lián)系一液壓缸生產(chǎn)廠進(jìn)行生產(chǎn)。撫順天寶重工液壓制造有限公司，該公司長期生產(chǎn)重型機(jī)械液壓設(shè)備，有著豐厚的生產(chǎn)經(jīng)驗，能夠做出滿足我本次設(shè)計的液壓夾緊缸。配合液壓鎖緊回路，能夠完成寬邊的調(diào)整和夾緊動作。但是連鑄機(jī)結(jié)晶器在連鑄生產(chǎn)過程中是不斷振動的，因此液壓缸的受力還受到振動

39、的影響，這就需要反饋系統(tǒng)，利用微處理計算機(jī)進(jìn)行調(diào)整，這在我本次設(shè)計的工作要求之外。</p><p>　　2.3結(jié)晶器寬邊調(diào)整機(jī)構(gòu)的安裝</p><p>　　結(jié)晶器寬邊調(diào)整機(jī)構(gòu)采用的是液壓缸調(diào)整和夾緊，在安裝過程中，因為結(jié)晶器的水箱和銅板以及窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)等一系列組件都是通過銅板水箱兩側(cè)的螺栓和液壓缸直接懸吊起來的，一次，寬邊調(diào)整裝置在安裝時就不能和普通的液壓缸一樣采用尾部耳環(huán)連接。為了保證結(jié)

40、晶器的強(qiáng)度，保證在連鑄生產(chǎn)過程中隨著結(jié)晶器的不斷振動，寬邊調(diào)整裝置不會錯位，依然能夠順利正常的工作。這次結(jié)晶器寬邊調(diào)整液壓缸的安裝比較特殊，首先在結(jié)晶器的框架上，在預(yù)先計算好的中心線上打出和液壓缸同等直徑的通孔，然后將液壓缸穿過通孔，通過尾部法蘭，用螺栓將液壓缸固定在結(jié)晶器框架上，這樣安裝，即保證了結(jié)晶器在連鑄生產(chǎn)過程中不會發(fā)生軸向躥動，也不會發(fā)生徑向振動，這樣的安裝方式大大提高了結(jié)晶器寬邊調(diào)整的精度。同時這樣的安裝方式，便于微計算機(jī)反

41、饋調(diào)整裝置的測量，又再一步提高了結(jié)晶器寬邊調(diào)整和夾緊裝置的穩(wěn)定性和精度。 </p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　通過對本章的工作，完成了了寬邊調(diào)整的夾緊裝置這一重要部分，對結(jié)晶器的整體結(jié)構(gòu)有了更深層次的認(rèn)識。</p><p>　　本章工作還進(jìn)行了液壓缸的選擇，選擇了液壓缸的的型號，對液壓缸的行程，運(yùn)動速度，

42、工作原理等方面也有了了解，掌握了液壓缸的分類，安裝方式和實際工作的注意事項。</p><p>　　第3章 結(jié)晶器調(diào)寬裝置的選擇計算</p><p><b>　　3.1調(diào)寬裝置簡介</b></p><p>　　對于板坯連鑄機(jī)來說，結(jié)晶器的寬度根據(jù)所要澆鑄的板坯的斷面不同時可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的。起調(diào)寬方法有在線停機(jī)調(diào)寬和澆鑄中調(diào)寬兩種。過去多采用前者，

43、但隨著連鑄技術(shù)的進(jìn)步，尤其是對于80年代發(fā)展起來的熱傳送熱裝機(jī)連鑄-直接軋制工藝，更需要應(yīng)用澆筑過程中的調(diào)寬技術(shù)。</p><p>　　而條調(diào)寬技術(shù)關(guān)鍵中的關(guān)鍵中的關(guān)鍵就是結(jié)晶器窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)。結(jié)晶器窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)從連鑄生產(chǎn)線誕生以來就一直是結(jié)晶器不可或缺的一部分。從最開始的手動機(jī)械調(diào)寬，到后來的電動機(jī)械調(diào)寬到現(xiàn)在的液壓調(diào)寬，經(jīng)過一系列的變化，窄邊條款機(jī)構(gòu)精度越來越高，性能越來越穩(wěn)定，越來越適應(yīng)快速連鑄生產(chǎn)的要求。&

44、lt;/p><p><b>　　圖4-1 調(diào)寬裝置</b></p><p>　　圖 4-2 結(jié)晶器調(diào)寬裝置</p><p>　　3.2調(diào)寬裝置的確定和基本參數(shù)的選擇</p><p>　　結(jié)晶器在澆鑄生產(chǎn)過程中的調(diào)寬方法有兩種。第一種是T型變化，第二種是Y型變化。T型變化時早期結(jié)晶器的變化方式，因為我本次設(shè)計采用的新型的液壓調(diào)

45、寬裝置，所以我選用的的是較為先進(jìn)的Y型變化，其變化的示意圖如下圖所示。</p><p>　　變錐度 寬度變大 錐度設(shè)定</p><p><b>　　a</b></p><p>　　寬度縮小 錐度設(shè)定 </p><p><

46、;b>　　b</b></p><p>　　圖4-3 結(jié)晶器窄邊調(diào)整過程示意圖</p><p><b>　　a 寬度變大</b></p><p><b>　　b 寬度變小</b></p><p>　　板坯調(diào)寬時的有關(guān)錐度設(shè)定和調(diào)寬速度選擇是由制造工藝確定的。以下是控制調(diào)寬過程的數(shù)學(xué)公

47、式:</p><p>　　= (4-1)</p><p><b>　　式中: </b></p><p>　　——窄面頂部和底部的調(diào)整速度差； </p><p><b>　　——加速度；</b></p><p><b>

48、　　——結(jié)晶器高度； </b></p><p><b>　　——拉速。</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗，調(diào)寬速度一般為:</p><p>　　寬度變大時，每側(cè) 0-10 mm/min</p><p>　　寬度變小時，每側(cè) 0-20 mm/min</p><p>　　我在本次設(shè)計中

49、借鑒寶鋼連鑄機(jī)工藝要求，選擇錐度位3～16 mm，澆鑄</p><p>　　時調(diào)寬速度:調(diào)寬用2～10mm/min ，調(diào)窄用2～20mm/min</p><p>　　3.3調(diào)寬裝置驅(qū)動選擇</p><p>　　在澆鑄中調(diào)寬時，機(jī)構(gòu)處于帶熱負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證正常澆鑄，窄邊必須與初期凝固的坯殼保持良好的接觸面，窄邊的倒錐度必須適當(dāng)，因此寬度調(diào)節(jié)的速度是在低速下進(jìn)行

50、的，而且移動速度要穩(wěn)定。調(diào)寬素的機(jī)錐度的調(diào)節(jié)量必須與所澆鑄的鋼種、澆鑄速度等參數(shù)相對應(yīng)。且寬度、錐度的變化時相互配合的，可見，調(diào)寬裝置的驅(qū)動要求比較特殊。西歐那個上所屬，調(diào)寬裝置的驅(qū)動要滿足以下要求:</p><p><b>　　(1)調(diào)速范圍寬;</b></p><p><b>　　(2)調(diào)速精度高;</b></p><p&

51、gt;　　(3)力矩穩(wěn)定性好；</p><p>　　(4)適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。</p><p>　　過去一般采用的的機(jī)械驅(qū)動，這種驅(qū)動方式剛度剛性很好，但是因為絲桿的螺母之間總是存在間隙，所以停止精度就比不上液壓調(diào)寬的方式。由于調(diào)寬裝置的設(shè)置環(huán)境和相當(dāng)惡劣的工作條件，在電動調(diào)寬方式中，直流電子調(diào)速系統(tǒng)更不能滿足要求。就是一半的交流電機(jī)驅(qū)動也不能滿足工作要求，寶鋼采用的交流鼠籠型異步電動機(jī)加

52、上帶矢量控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，它的性能無論是動態(tài)還是靜態(tài)都是非常優(yōu)秀的，尤其是輸出恒轉(zhuǎn)矩性能良好。但是這套性能工作原理復(fù)雜，設(shè)備成本高昂，所以我在本次畢業(yè)設(shè)計中并沒有采用如此先進(jìn)的驅(qū)動方式，而是采用的基本的液壓調(diào)整方式，只要滿足我設(shè)計所需要的工作精度就可以了。</p><p>　　本次設(shè)計，通過查找相關(guān)的資料，我采用的是日本新日界廠的系統(tǒng)，下面是這套系統(tǒng)的工作原理圖。條款是，單邊的移動速度可達(dá)100mm/min

53、。告訴調(diào)寬技術(shù)將更利于連鑄直接軋制的鑄坯尺寸配合以及提高鑄坯的成品率。</p><p>　　3.4窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)的安裝</p><p>　　結(jié)晶器窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)是固定在結(jié)晶器框架上的。因為窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整范圍比較大，我本次設(shè)計的調(diào)整范圍是960mm至1600mm。所以如果兩邊采用單桿液壓缸進(jìn)行調(diào)整的過程中，在惡劣的工作環(huán)境和不斷的震動過程中，液壓缸的活塞桿可能發(fā)生撓度變形。這樣，很大程度上影

54、響了結(jié)晶器的精度甚至導(dǎo)致窄邊卡死進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)晶器不能正常工作。</p><p>　　所以在這次設(shè)計中，我采用了四個步進(jìn)液壓缸，一邊一對，分別固定在結(jié)晶器的窄邊銅板上，這樣就在很大程度上解決了活塞桿撓度變形的問題。但是很可能在不正常的工作條件下，活塞桿依然會發(fā)生變形。在寶鋼的結(jié)晶器窄邊機(jī)構(gòu)中，已經(jīng)出現(xiàn)了導(dǎo)向缸，即分別在每兩邊的一對液壓缸中間加上一組導(dǎo)向缸，這樣就完美的解決了活塞桿變形的問題。其機(jī)構(gòu)如下圖所示。<

55、/p><p>　　圖4-4 寶鋼的結(jié)晶器窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)(帶導(dǎo)向缸)</p><p>　　在安裝時，不能僅僅把窄邊調(diào)整系統(tǒng)通過法蘭固定在結(jié)晶器框架上，考慮到肋板的強(qiáng)度不夠，在結(jié)晶器框架上加上兩個縱向的三角形肋板，這樣，從理論上經(jīng)過論證完全能夠承受住窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)在工作時所需要的軸向力。我的設(shè)計如下圖所示。將窄邊調(diào)整機(jī)構(gòu)用螺栓固定在加強(qiáng)之后的肋板上，這樣不僅有更好的強(qiáng)度，而且更加便于安裝，更加便于窄邊

56、調(diào)整機(jī)構(gòu)的拆卸和維修。</p><p>　　圖4-5 有加強(qiáng)肋板的結(jié)晶器框架</p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p><p>　　通過本章的工作，了解并進(jìn)一步熟悉了結(jié)晶器的另一重要組成部分調(diào)寬裝置即窄邊調(diào)整裝置，理解了該機(jī)構(gòu)的機(jī)械構(gòu)造和工作原理，同時指出了該部分的不足之處，并提出了自己的合理化建議和嘗試改進(jìn)。</p&g

57、t;<p>　　本章同上一張有共同之處，進(jìn)行了相關(guān)的計算分析。對該機(jī)構(gòu)個別部分進(jìn)行了改進(jìn)，將原來的機(jī)械結(jié)構(gòu)替換為液壓機(jī)構(gòu)，節(jié)省了空間，方便操作，提高了工作效率，同時也節(jié)省了成本，便于自動控制。</p><p>　　第4章 結(jié)晶器銅板及水箱的選擇計算</p><p>　　4.1結(jié)晶器銅板的設(shè)計</p><p>　　4.1.1結(jié)晶器長度的選擇</p&

58、gt;<p>　　連鑄機(jī)結(jié)晶器的長度是決定連鑄機(jī)工作的可靠性和鑄壞質(zhì)量的最重要的參數(shù)之一。結(jié)晶器越長, 在其出口處的鑄坯的凝固殼就越厚越堅固, 但拉坯力和拉應(yīng)力也同時增大。對于各種尺寸規(guī)格的鑄坯都存在一個在鑄坯凝固殼中應(yīng)力最小的合理的結(jié)晶器長度, 此長度可以取近似方坯斷面的鑄坯為例進(jìn)行計算。</p><p>　　在計算時采用如下假設(shè)條件:</p><p>　　(1)鑄坯整個周

59、邊的結(jié)晶均勻</p><p>　　(2)當(dāng)量應(yīng)力根據(jù)強(qiáng)度的動力學(xué)理論進(jìn)行計算。</p><p>　　在結(jié)晶器出口處具有足夠強(qiáng)度的鑄坯凝固殼的厚度可按式式計算:</p><p>　　= = (5-1)</p><p><b>　　式中:</b></p><p>&

60、lt;b>　　——凝固系數(shù)</b></p><p>　　——金屬在結(jié)晶器中存在的時間</p><p>　　——結(jié)晶器有效區(qū)段長度</p><p><b>　　——澆鑄速度</b></p><p>　　與液態(tài)金屬結(jié)晶的同時, 凝固殼便產(chǎn)生相變收縮, 鋼水靜壓力把凝固殼壓向結(jié)晶器壁, 而其收縮又阻止其向結(jié)晶

61、器壁靠近。在研究上述現(xiàn)象的過程中, 得出一個結(jié)論, 即在結(jié)晶器中存在若干區(qū)段:直接接觸區(qū), 間接(脈動)接觸區(qū)和在鑄坯和結(jié)晶器壁之間有一定間隙的區(qū)段?？梢约俣? 結(jié)晶器與鑄壞之間的摩擦是發(fā)生在有效區(qū)段全長范圍內(nèi)。</p><p>　　拉坯力可由下式確定:</p><p>　　= (5-2)</p><p><b>

62、　　式中:</b></p><p><b>　　——摩擦系數(shù)</b></p><p><b>　　——鋼水比重</b></p><p><b>　　——鑄坯斷面周長</b></p><p>　　這時由拉坯力產(chǎn)生的拉應(yīng)力:</p><p>　　

63、== (5-3)</p><p>　　由鋼水靜壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力由下式算出:</p><p>　　=+=-() (5-4)</p><p>　　根據(jù)強(qiáng)度動力學(xué)理論，當(dāng)量應(yīng)力可有下式確定:</p><p><b>　　(5-5)</b></p><p>　　把有

64、(3)(4)公式得到的代入得到:</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　(5-6)</b></p><p>　　根據(jù)實驗數(shù)據(jù), 鑄坯表面溫度按波狀曲線變化，這條曲線可以修直，并可以用下面的指數(shù)函數(shù)表示:</p><p><b>　　(5-7)</b&g

65、t;</p><p>　　鑄坯凝固殼的平均溫度是</p><p>　　=250(5+) (5-8)</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——鋼水溫度(大約1500℃)</p><p><b>　　(5-9)</b></p&g

66、t;<p>　　把(8)的溫度規(guī)律率考慮在內(nèi)</p><p>　　=127(1-) (5-10)</p><p>　　理想的是盡量增大F值。若代入數(shù)值，k=3厘米/ ，時，</p><p>　　F=127(1-)-1.17×× </p><p&g

67、t;<b>　　(5-11)</b></p><p>　　對于可根據(jù)結(jié)晶器長度，由于曲線與橫坐標(biāo)軸橡膠而受限制。在曲線上能夠辦證最大安全系數(shù)的最大值，通過微分法不難算出相當(dāng)于這個最大值的結(jié)晶器長度。</p><p>　　經(jīng)過計算，結(jié)晶器的長度應(yīng)該是600mm到1200mm。</p><p><b>　　結(jié)晶器的長度計算</b&g

68、t;</p><p>　　——結(jié)晶器的有效長度mm</p><p>　　——結(jié)晶器出口的坯殼厚度mm</p><p>　　——鋼液凝固系數(shù)mm</p><p>　　——拉坯機(jī)拉坯速度mm</p><p><b>　　(5-12)</b></p><p><b>　

69、　取mm</b></p><p><b>　　20mm</b></p><p><b>　　=20mm</b></p><p>　　最終計算得到結(jié)晶器的長度1000mm</p><p>　　4.1.2結(jié)晶器斷面尺寸和倒錐度</p><p>　　結(jié)晶器下口寬度=冷板

70、坯寬度×1.013 (5-13)</p><p><b>　　(5-14)</b></p><p>　　T是結(jié)晶器的錐度，按經(jīng)驗取1%</p><p><b>　　得 =1637mm</b></p><p><b>　　=8.10mm</b></

71、p><p>　　結(jié)晶器上口寬度1620.8+2×8.10=1637mm (5-15)</p><p>　　圖 5-1 結(jié)晶器窄邊銅板示意圖</p><p>　　4.1.3結(jié)晶器銅板材質(zhì)及表面鍍層的選擇</p><p>　　4.1.3.1銅板材質(zhì)</p><p>　　銅板是鋼水凝固期間進(jìn)行熱交換并使之

72、成形的關(guān)鍵件，銅板的材質(zhì)需滿足相應(yīng)的要求，根據(jù)澆鑄時的工藝要求，銅板與鋼液面接觸的最高溫度不得超過400℃。寬邊銅板與短邊銅板因其使用部位不同，所選用的材質(zhì)也不同。</p><p>　　連鑄機(jī)最初采用紫銅板，紫銅板雖然導(dǎo)熱性好，但強(qiáng)度和硬度很低，耐磨性差，高溫下強(qiáng)度更低。為了提高結(jié)晶器的使用壽命，現(xiàn)在普遍采用銅合金板制作結(jié)晶器，如銅銀合金、銅-鉻-鋯-砷合金、銅-鎂-鋯合金、銅-鉻-鋯-鎂合金等。奧鋼聯(lián)、西馬克結(jié)

73、晶器銅板的材質(zhì)均采用銅銀合金、真空冶煉，冷加工成型。前者在銅銀合金內(nèi)表面進(jìn)行了鍍鉻。銅銀合金成分為99．5% ，0.07% ～0．1%(有的達(dá)到0．13%)，0．006% 左右。采用銅銀合金的目的，主要是提高銅板再結(jié)晶溫度。當(dāng)含銀量為0.08% ～0.1% 時，再結(jié)晶溫度為318℃ ～326℃ ，比普通冷軋銅板的再結(jié)晶溫度約高出50% 。一般與鋼水液面接觸的銅板表面溫度在正常冷卻條件下為250℃～320℃。舞鋼板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器用銅——銀

74、合金制作，化學(xué)成分為+>99．9% ， 0．07% ～0．12% 。導(dǎo)電率≥98%I．A．C．S(20℃)。機(jī)械性能為≥200MPa，≥40MPa，≥45。為了更有效地提高銅板的使用壽命，在設(shè)計和制造中采用了在銅板表面鍍層的方法。</p><p>　　結(jié)晶器的窄邊銅板不僅在液面附近有熱裂和剝離現(xiàn)象，而且由于熱膨脹受寬邊夾緊力的制約，使窄邊銅板受壓應(yīng)力的影響而出現(xiàn)蠕動變形，在其下部由于調(diào)錐度，磨損更嚴(yán)重。因此

75、，一般窄邊銅板壽命比寬邊短。據(jù)國外資料報道，采用含銀的脫氧銅板，平均使用壽命為2000爐。結(jié)晶器的銅板要求有極好的熱傳導(dǎo)性，在室溫和高溫下能保持相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。早期的連鑄機(jī)使用純銅作為銅板材質(zhì)，經(jīng)常發(fā)生變形。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，我有了更好的選擇，這就是國外新近開發(fā)的材料，以滿足我設(shè)計惡劣的熱負(fù)荷條件。</p><p>　　4.1.3.2 銅板鍍層</p><p>　　為了提高耐磨性和耐腐蝕性，

76、常用電鍍和熱噴涂方法。我這次設(shè)計依然采用熱鍍層和熱噴涂的方法。在寬邊銅板上鍍，窄邊銅板上噴涂。這種技術(shù)已經(jīng)能夠非常成熟的運(yùn)用，使銅板修復(fù)一次平均過鋼時間提高到20萬t以上。上部要求導(dǎo)熱性，鍍層0.2-0.5下部要求耐磨性，鍍層1.2-1.5。</p><p>　　4.1.4銅板厚度計算</p><p>　　圖 5-2 結(jié)晶器銅板示意圖</p><p>　　=

77、 (5-16)</p><p>　　式中 ——銅板水槽深度(取10mm)</p><p>　　——銅板有效厚度(取10mm)</p><p>　　——銅板加工余量(取15mm)</p><p><b>　　4.1.5小結(jié)</b></p><p>　　結(jié)晶器的使用壽命，主要是

78、銅板的使用壽命，其主要指標(biāo)為銅板的耐磨性，耐磨性增加，使用壽命隨之增加，因此，尋找合適的材質(zhì)及鍍層成為延長結(jié)晶器壽命的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)不同的鑄機(jī)、不同的澆鑄速度，使用不同材質(zhì)及鍍層可大大提高結(jié)晶器的使用壽命，降低維修費(fèi)用提高生產(chǎn)率。</p><p><b>　　4.2水箱設(shè)計</b></p><p>　　結(jié)晶器是整條連鑄機(jī)的心臟設(shè)備，其主要作用是將鋼水形成最初結(jié)晶，以形

79、成坯殼。由于該設(shè)備在高溫區(qū)使用，鋼水接觸到水會產(chǎn)生爆炸等事故，因此對結(jié)晶器的密封性控制相當(dāng)嚴(yán)格。結(jié)晶器水箱是該設(shè)備的關(guān)鍵零件，</p><p>　　在本次設(shè)計中我參考了寶鋼結(jié)晶器水箱的設(shè)計思路:</p><p>　　(1) 水道的內(nèi)套選用導(dǎo)熱性較好的材料，內(nèi)外套所使的材料都需要有足夠的抗壓能力及工藝性。裝配好的結(jié)晶器需要進(jìn)行水壓測試。確認(rèn)密封無滲漏，水道暢通。</p><

80、;p>　　(2) 利用流體力學(xué)及傳熱學(xué)知識以計算機(jī)為輔助工具對不同結(jié)構(gòu)的冷卻水道的流場進(jìn)行計算，掌握冷卻水在各種冷卻水道中的流動規(guī)律。</p><p>　　(3) 以冷卻強(qiáng)度我最大目標(biāo)。</p><p>　　在這次設(shè)計中我的結(jié)晶器水箱是用鋼板焊接的結(jié)構(gòu)，如下圖所示。因為不能像工廠一樣進(jìn)行模擬，所以我盡量讓結(jié)晶器水箱中間的水流量很大，這樣就基本能完成水箱的冷卻任務(wù)。如下圖所示:<

81、/p><p>　　圖4-3 結(jié)晶器水箱示意圖</p><p><b>　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　通過本章的任務(wù)，我真正認(rèn)識到了結(jié)晶器最關(guān)鍵部位設(shè)計的難度，銅板的設(shè)計及冷卻水箱的設(shè)計。這些簡單外形的部件著實讓人費(fèi)盡了心思。銅板材質(zhì)的選擇和表面鍍層技術(shù)是經(jīng)歷一一代又一代的發(fā)展才到達(dá)了今天的水平，而水箱內(nèi)部流場的模擬已經(jīng)不僅僅是冶煉

82、軋鋼專業(yè)的問題了，已經(jīng)涉及到更多更廣的領(lǐng)域。所以我真正認(rèn)識到了做一項設(shè)計的不易。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　為期兩個月的畢業(yè)設(shè)計最終結(jié)束了，在這兩個月中，我收獲很多，學(xué)到了很多。在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們的幫助下，一個板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的雛形誕生了。盡管這個過程很漫長，但是我們從來沒有覺得無聊過，整個過程充滿著快樂。</p>

83、<p>　　在這大學(xué)最后兩個月的學(xué)習(xí)生活中，我?guī)缀跤蒙狭宋以诖髮W(xué)學(xué)到的所有知識，同時在設(shè)計的過程中又學(xué)到了很多新的東西。就拿這次板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器這個課題來說，從鋼板材料的選擇，液壓缸的選擇，到受力分析，到各種復(fù)雜的計算，整個過程設(shè)計理論力學(xué)、材料力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、立體空間幾何、CAD、CAXA、SOLDWORKS 等軟件的使用、液壓與氣壓傳動、機(jī)電一體化等各個學(xué)科的知識。</p><p>　　通過這次畢

84、業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了以下知識:</p><p>　　能夠熟練使用CAD、CAXA等繪圖軟件</p><p>　　熟練掌握了機(jī)械設(shè)計手冊的使用方法</p><p><b>　　學(xué)會了團(tuán)隊合作</b></p><p>　　掌握了更多的關(guān)于冶煉、軋鋼行業(yè)的知識</p><p>　　掌握了液壓系統(tǒng)的工作原理&

85、lt;/p><p>　　掌握了連鑄機(jī)的工作原理，并了解了各種先進(jìn)的技術(shù)</p><p>　　總之，這次設(shè)計對我的學(xué)習(xí)和工作影響很大，將來不論我是去單位工作還是繼續(xù)上學(xué)，這次設(shè)計都給我提供了寶貴的經(jīng)驗。大學(xué)兩年半年的時光隨著畢業(yè)設(shè)計的結(jié)束也接近尾聲了，這次設(shè)計為我的大學(xué)生活畫了一個完美的句號。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p

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89、</p><p>　　【J】.鑄造設(shè)備研究,2004(4):28-40.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次設(shè)計是在張軍紅導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，我在此要鄭重向老師道謝。張軍紅老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，精湛的學(xué)術(shù)造詣，使我裨益終生。在跟老師學(xué)習(xí)的過程中，得到了老師指點(diǎn)、幫助和教誨，設(shè)計過程中導(dǎo)師給予了我極大的幫助，