板坯連鑄機結晶器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　連鑄機是現代冶煉生產過程中重要的生產設備，連鑄生產線的引入能大大提高冶煉生產效率，降低工人的勞動強度，同時降低了成本，使冶煉生產跨進了一個嶄新的時代。結晶器在連鑄生產過程中起到了核心的不可替代的作用，組合式結晶器是結晶器進化過程中發(fā)展起來的一種，在現代連鑄工業(yè)中得到了廣泛的應用。</p><p>　　在本

2、說明書中，主要研究了直線式結晶器的組成、各部分工作原理，介紹了國內外結晶器的發(fā)展趨勢，找出了現在連鑄生產線中所使用的結晶器的不足和一些解決的辦法。</p><p>　　本文重點討論了直線式結晶器的調寬機構和夾緊機構，詳細介紹了直線式結晶器中中的調寬裝置的結構以及工作原理，進行了水箱的幾何形狀及主要構件的設計計算。</p><p>　　關鍵詞　結晶器；調寬裝置；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 結晶器概述5</p><p>　　1.2結晶器存在的問題8</p><p&

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

5、lt;/p><p>　　2.4本章小結14</p><p>　　第3章 結晶器調寬裝置的選擇計算15</p><p>　　3.1調寬裝置簡介15</p><p>　　3.2調寬裝置的確定和基本參數的選擇16</p><p>　　3.3調寬裝置驅動選擇18</p><p>　　3.4窄邊調

6、整機構的安裝18</p><p>　　3.5本章小結20</p><p>　　第4章 結晶器銅板及水箱的選擇計算21</p><p>　　4.1結晶器銅板的設計21</p><p>　　4.1.1結晶器長度的選擇21</p><p>　　4.1.2結晶器斷面尺寸和倒錐度23</p><p

7、>　　4.1.3結晶器銅板材質及表面鍍層的選擇24</p><p>　　4.1.4銅板厚度計算25</p><p>　　4.1.5小結25</p><p>　　4.2水箱設計26</p><p>　　4.3本章小結27</p><p><b>　　結論28</b></p&g

8、t;<p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 結晶器概述 </p><p>　　結晶器是連鑄設備中的鑄坯成型設備，人們稱它是連鑄機的心臟

9、。它的功能是將連續(xù)不斷地注入其腔內的高溫鋼液通過冷卻壁強制冷卻，到出其熱量，使鋼液在結晶器內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)的鑄坯不斷的從結晶器的下口被拉出，進入二次冷卻區(qū)。為保證坯殼不被拉漏以及不產生變形和裂紋等缺陷，結晶器的性能對連鑄機的性能對連鑄機的生產能力和鑄坯的質量都起到非常重要的作用。</p><p>　　結晶器是非常重要的設備，結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)的鋼水通過結晶器內部的銅板強制冷卻，逐步成型。這個過程是鋼水(坯殼)與結晶器之間連續(xù)相對運動下進行的。因此結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等因素的影響，使結晶器始終處在機械應力和熱應力綜合作用下，工作條件極為復雜。</p><p>　　結晶器在生產過程中，是否能夠保證均勻強化的冷卻，以及在機械應力和熱應力的作用下不致產生變形，保證豬皮質量，降低溢漏率，提高結晶器使用壽命

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

12、　　(4) 結晶器結構盡量簡單，可接近性好，便于制造安裝和調整。</p><p>　　(5) 冷卻水路能自行離合。</p><p>　　結晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設備，也是連鑄機心臟設備之一。它的功能是將連續(xù)不斷地注入其內腔的高溫鋼水通過水冷銅壁強制冷卻，導出共熱星，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)不斷地從結晶器下口拉出，為其在以后的

13、二次冷卻區(qū)域內完全凝固創(chuàng)造條件。一個組合式結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>　　板坯連鑄機早期的結晶器是一個固定的模子，即一個結晶器對應—“個板坯斷面。20世紀70年代四壁組合式結晶器出現后，在—個結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年代不停機在線調厚已經在日本鋼管公司福山6號機上實現。因此，組合式結晶器在連

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

15、當中的調寬采用伺服電機。奧鋼聯工程技術公司液壓缸伺服調寬結晶器，其最大特點也是沒有支撐框架，但調寬的驅功力為液壓缸:除此之外，還有幾個特點:即結晶器窄面有4對足輥；結晶器帶有支腳，存放時不用專門的存放臺架。另外奧鋼聯工程技術公司為了節(jié)約昂貴的鋼板，把傳統(tǒng)板坯連鑄機結晶器銅板背面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構背板上，使結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。這種結構又需

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>　　結晶器主要參數言:結晶器長度、調寬速度、結晶器水量和水流速、銅板厚度等。常規(guī)板坯連鑄機因拉速低于薄板坯和中厚板坯連鑄機，結晶器長度(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的結晶器長度在900一1200mm之間:澆鑄過程中每側的調寬速度一般為0—20mm／min。每側最高達

17、100mm／min.這是新日鐵鋼廠在80年代中期創(chuàng)造的。冷狀態(tài)每側調寬速度達200mm／min。結晶器水量為板坯斷面周長2．0一3.0L／(min·mm)。大多數方坯連鑄機的結晶器水量為板坯斷面周長2．0一3.0L／(min·mm)。大多數板坯連鑄帆的結晶器為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、)。板坯連鑄機結晶器的水流速度為7—10m／min。10m／5min的水流速度是2001年才出現的。新結晶器的銅板厚度在27—60mm之間，而多數在39—50mm之間，27mm的銅板厚度是奧鋼聯發(fā)明的銅板和鋼螺母焊接式結構中采用的。結晶器關鍵技術是:</p><p>　　(1)結晶器倒錐度；</p><p>　　(2)在線熱狀態(tài)調寬調錐度系統(tǒng)；</p><p>　　

19、(3)結晶器在線停機調厚；</p><p>　　(4)高速澆鑄時銅板冷卻水高流速均勻傳熱冷卻結構；</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)結晶器銅板熱面溫度控制系統(tǒng)及最低進水溫度控制；</p><p&

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

21、賴程度較大，關鍵部件如銅板鍍層，和精確調寬調后機構仍依賴于進口。大多數企業(yè)以生產為主，對于新技術的研究處于之后狀態(tài)。</p><p>　　(2) 連鑄生產過程中，鋼坯極易出現拉漏的情況，生產安全性較差，工人的工作環(huán)境較差，安全性較低。</p><p>　　1.3 結晶器使用前的安全檢查 </p><p>　　結晶器安裝上線前，在維護區(qū)應檢查結晶器的裝配、對中、運行、

22、泄露情況、正確的安裝和二次冷卻噴嘴的噴霧情況。在結晶器到達操作區(qū)前，檢查和結果都應被記錄下來，還應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) 檢查窄面錐度的調節(jié)和結晶器的的寬度</p><p>　　(4) 在窄面和寬面間檢

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

24、<p>　　(9) 通過調節(jié)機構的手動方式來檢查寬度調節(jié)裝置的運轉</p><p>　　(10) 檢查供應管線(氣體、液體)是否正確連接，包括密封性檢查</p><p>　　(11) 檢查結晶器蓋的正確位置、變形和耐火材料內襯的損壞</p><p>　　(12) 檢查供水軟管機檢查噴嘴位置和噴霧形式</p><p>　　(13) 檢

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

26、<p>　　(1) 檢查結晶器足輥到銅板下部邊緣是否道道設計值(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 </b></p><p>　　通過第二章的學習，我進一步加深了對連鑄機以及結晶器的了解。了解了結晶器的發(fā)展趨勢和目前應用在國內外主流結晶器上的技術。對結晶器的設計工作做好了鋪墊，為下一章的順利進行做好了準備工作。</p><p>　　第2章 結晶器夾緊裝置的選擇計算</p><p>　　2.1結晶器夾緊裝置簡介&l

28、t;/p><p>　　現代的板坯連鑄機結晶器都采用寬面壓窄面的結構，所以寬面板調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。原來使用的結晶器寬面調整裝置時純粹的電動機械調整裝置，這種裝置調整的精度較差，采用齒輪箱變速傳動，壽命較短。后來隨著液壓技術的不斷成熟，第二代結晶器跨面調整裝置采用的是螺桿加蝶形彈簧加液壓缸的形式，這種調整裝置較

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

30、晶器的設計，同時提高了工作人員的安全性，使結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 結晶器夾緊裝置</p><p>　　2.2結晶器夾緊受力分析及計算選擇</p><p>　　結晶器在連鑄生產過程中，受的力非常復雜，因為結晶器的寬邊鋼板是弧線的，因此受力是變化的，在結晶器的設計過程中

31、，工廠設計時遍采用的是計算機模擬結晶器內部受力情況。因此，我在本次畢業(yè)設計過程中只能通過簡單的力學計算來得到結晶器寬邊調整液壓缸的受力情況。</p><p>　　圖 3-3 結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取=0</p><p>　　則 = (3-5)</p><p>　　= (3-6)</p><p>　　上下各設置兩個液壓缸，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，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 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 取 =1.75</p><p>　　經過計算，上下兩組液壓缸的受力應該是</p><p><b>　　=2.91</b></p><p>&l

38、t;b>　　=3.53</b></p><p>　　經上述計算，查機械手冊，連鑄機使用的液壓缸是專用的液壓缸，手冊上沒有記錄，故上網聯系一液壓缸生產廠進行生產。撫順天寶重工液壓制造有限公司，該公司長期生產重型機械液壓設備，有著豐厚的生產經驗，能夠做出滿足我本次設計的液壓夾緊缸。配合液壓鎖緊回路，能夠完成寬邊的調整和夾緊動作。但是連鑄機結晶器在連鑄生產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)，利用微處理計算機進行調整，這在我本次設計的工作要求之外。</p><p>　　2.3結晶器寬邊調整機構的安裝</p><p>　　結晶器寬邊調整機構采用的是液壓缸調整和夾緊，在安裝過程中，因為結晶器的水箱和銅板以及窄邊調整機構等一系列組件都是通過銅板水箱兩側的螺栓和液壓缸直接懸吊起來的，一次，寬邊調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

40、晶器的強度，保證在連鑄生產過程中隨著結晶器的不斷振動，寬邊調整裝置不會錯位，依然能夠順利正常的工作。這次結晶器寬邊調整液壓缸的安裝比較特殊，首先在結晶器的框架上，在預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晶器框架上，這樣安裝，即保證了結晶器在連鑄生產過程中不會發(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晶器寬邊調整的精度。同時這樣的安裝方式，便于微計算機反

41、饋調整裝置的測量，又再一步提高了結晶器寬邊調整和夾緊裝置的穩(wěn)定性和精度。 </p><p><b>　　2.4本章小結</b></p><p>　　通過對本章的工作，完成了了寬邊調整的夾緊裝置這一重要部分，對結晶器的整體結構有了更深層次的認識。</p><p>　　本章工作還進行了液壓缸的選擇，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 結晶器調寬裝置的選擇計算</p><p><b>　　3.1調寬裝置簡介</b></p><p>　　對于板坯連鑄機來說，結晶器的寬度根據所要澆鑄的板坯的斷面不同時可以進行調節(jié)的。起調寬方法有在線停機調寬和澆鑄中調寬兩種。過去多采用前者，

43、但隨著連鑄技術的進步，尤其是對于80年代發(fā)展起來的熱傳送熱裝機連鑄-直接軋制工藝，更需要應用澆筑過程中的調寬技術。</p><p>　　而條調寬技術關鍵中的關鍵中的關鍵就是結晶器窄邊調整機構。結晶器窄邊調整機構從連鑄生產線誕生以來就一直是結晶器不可或缺的一部分。從最開始的手動機械調寬，到后來的電動機械調寬到現在的液壓調寬，經過一系列的變化，窄邊條款機構精度越來越高，性能越來越穩(wěn)定，越來越適應快速連鑄生產的要求。&

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

45、寬裝置，所以我選用的的是較為先進的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 錐度設定</p><p><b>　　a</b></p><p>　　寬度縮小 錐度設定 </p><p><

46、;b>　　b</b></p><p>　　圖4-3 結晶器窄邊調整過程示意圖</p><p><b>　　a 寬度變大</b></p><p><b>　　b 寬度變小</b></p><p>　　板坯調寬時的有關錐度設定和調寬速度選擇是由制造工藝確定的。以下是控制調寬過程的數學公

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

48、　　——結晶器高度； </b></p><p><b>　　——拉速。</b></p><p>　　根據經驗，調寬速度一般為:</p><p>　　寬度變大時，每側 0-10 mm/min</p><p>　　寬度變小時，每側 0-20 mm/min</p><p>　　我在本次設計中

49、借鑒寶鋼連鑄機工藝要求，選擇錐度位3～16 mm，澆鑄</p><p>　　時調寬速度:調寬用2～10mm/min ，調窄用2～20mm/min</p><p>　　3.3調寬裝置驅動選擇</p><p>　　在澆鑄中調寬時，機構處于帶熱負荷狀態(tài)下運轉。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，因此寬度調節(jié)的速度是在低速下進行

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

51、gt;　　(3)力矩穩(wěn)定性好；</p><p>　　(4)適應惡劣的工作環(huán)境。</p><p>　　過去一般采用的的機械驅動，這種驅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寬的方式。由于調寬裝置的設置環(huán)境和相當惡劣的工作條件，在電動調寬方式中，直流電子調速系統(tǒng)更不能滿足要求。就是一半的交流電機驅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加

52、上帶矢量控制的交流變頻調速系統(tǒng)，它的性能無論是動態(tài)還是靜態(tài)都是非常優(yōu)秀的，尤其是輸出恒轉矩性能良好。但是這套性能工作原理復雜，設備成本高昂，所以我在本次畢業(yè)設計中并沒有采用如此先進的驅動方式，而是采用的基本的液壓調整方式，只要滿足我設計所需要的工作精度就可以了。</p><p>　　本次設計，通過查找相關的資料，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100mm/min

53、。告訴調寬技術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窄邊調整機構的安裝</p><p>　　結晶器窄邊調整機構是固定在結晶器框架上的。因為窄邊調整機構的調整范圍比較大，我本次設計的調整范圍是960mm至1600mm。所以如果兩邊采用單桿液壓缸進行調整的過程中，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、響了結晶器的精度甚至導致窄邊卡死進而導致結晶器不能正常工作。</p><p>　　所以在這次設計中，我采用了四個步進液壓缸，一邊一對，分別固定在結晶器的窄邊銅板上，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。在寶鋼的結晶器窄邊機構中，已經出現了導向缸，即分別在每兩邊的一對液壓缸中間加上一組導向缸，這樣就完美的解決了活塞桿變形的問題。其機構如下圖所示。<

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

56、調整機構的拆卸和維修。</p><p>　　圖4-5 有加強肋板的結晶器框架</p><p><b>　　3.5本章小結</b></p><p>　　通過本章的工作，了解并進一步熟悉了結晶器的另一重要組成部分調寬裝置即窄邊調整裝置，理解了該機構的機械構造和工作原理，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。</p&g

57、t;<p>　　本章同上一張有共同之處，進行了相關的計算分析。對該機構個別部分進行了改進，將原來的機械結構替換為液壓機構，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 結晶器銅板及水箱的選擇計算</p><p>　　4.1結晶器銅板的設計</p><p>　　4.1.1結晶器長度的選擇</p&

58、gt;<p>　　連鑄機結晶器的長度是決定連鑄機工作的可靠性和鑄壞質量的最重要的參數之一。結晶器越長, 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力最小的合理的結晶器長度, 此長度可以取近似方坯斷面的鑄坯為例進行計算。</p><p>　　在計算時采用如下假設條件:</p><p>　　(1)鑄坯整個周

59、邊的結晶均勻</p><p>　　(2)當量應力根據強度的動力學理論進行計算。</p><p>　　在結晶器出口處具有足夠強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</b></p><p>　　——金屬在結晶器中存在的時間</p><p>　　——結晶器有效區(qū)段長度</p><p><b>　　——澆鑄速度</b></p><p>　　與液態(tài)金屬結晶的同時, 凝固殼便產生相變收縮, 鋼水靜壓力把凝固殼壓向結晶器壁, 而其收縮又阻止其向結晶

61、器壁靠近。在研究上述現象的過程中, 得出一個結論, 即在結晶器中存在若干區(qū)段:直接接觸區(qū), 間接(脈動)接觸區(qū)和在鑄坯和結晶器壁之間有一定間隙的區(qū)段?？梢约俣? 結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。</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</b></p><p><b>　　——鋼水比重</b></p><p><b>　　——鑄坯斷面周長</b></p><p>　　這時由拉坯力產生的拉應力:</p><p>　　

63、== (5-3)</p><p>　　由鋼水靜壓力產生的拉應力由下式算出:</p><p>　　=+=-() (5-4)</p><p>　　根據強度動力學理論，當量應力可有下式確定:</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>　　根據實驗數據, 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函數表示:</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</p><p>　　=127(1-) (5-10)</p><p>　　理想的是盡量增大F值。若代入數值，k=3厘米/ ，時，</p><p>　　F=127(1-)-1.17×× </p><p&g

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

68、t;</p><p>　　——結晶器的有效長度mm</p><p>　　——結晶器出口的坯殼厚度mm</p><p>　　——鋼液凝固系數mm</p><p>　　——拉坯機拉坯速度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>　　最終計算得到結晶器的長度1000mm</p><p>　　4.1.2結晶器斷面尺寸和倒錐度</p><p>　　結晶器下口寬度=冷板

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

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

72、成形的關鍵件，銅板的材質需滿足相應的要求，根據澆鑄時的工藝要求，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，所選用的材質也不同。</p><p>　　連鑄機最初采用紫銅板，紫銅板雖然導熱性好，但強度和硬度很低，耐磨性差，高溫下強度更低。為了提高結晶器的使用壽命，現在普遍采用銅合金板制作結晶器，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、西馬克結

73、晶器銅板的材質均采用銅銀合金、真空冶煉，冷加工成型。前者在銅銀合金內表面進行了鍍鉻。銅銀合金成分為99．5% ，0.07% ～0．1%(有的達到0．13%)，0．006% 左右。采用銅銀合金的目的，主要是提高銅板再結晶溫度。當含銀量為0.08% ～0.1% 時，再結晶溫度為318℃ ～326℃ ，比普通冷軋銅板的再結晶溫度約高出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℃。舞鋼板坯連鑄機結晶器用銅——銀

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

75、，一般窄邊銅板壽命比寬邊短。據國外資料報道，采用含銀的脫氧銅板，平均使用壽命為2000爐。結晶器的銅板要求有極好的熱傳導性，在室溫和高溫下能保持相當的強度。早期的連鑄機使用純銅作為銅板材質，經常發(fā)生變形。隨著材料科學的發(fā)展，我有了更好的選擇，這就是國外新近開發(fā)的材料，以滿足我設計惡劣的熱負荷條件。</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。這種技術已經能夠非常成熟的運用，使銅板修復一次平均過鋼時間提高到20萬t以上。上部要求導熱性，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</b></p><p>　　結晶器的使用壽命，主要是

78、銅板的使用壽命，其主要指標為銅板的耐磨性，耐磨性增加，使用壽命隨之增加，因此，尋找合適的材質及鍍層成為延長結晶器壽命的關鍵技術。根據不同的鑄機、不同的澆鑄速度，使用不同材質及鍍層可大大提高結晶器的使用壽命，降低維修費用提高生產率。</p><p><b>　　4.2水箱設計</b></p><p>　　結晶器是整條連鑄機的心臟設備，其主要作用是將鋼水形成最初結晶，以形

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

80、;p>　　(2) 利用流體力學及傳熱學知識以計算機為輔助工具對不同結構的冷卻水道的流場進行計算，掌握冷卻水在各種冷卻水道中的流動規(guī)律。</p><p>　　(3) 以冷卻強度我最大目標。</p><p>　　在這次設計中我的結晶器水箱是用鋼板焊接的結構，如下圖所示。因為不能像工廠一樣進行模擬，所以我盡量讓結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。如下圖所示:<

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

82、軋鋼專業(yè)的問題了，已經涉及到更多更廣的領域。所以我真正認識到了做一項設計的不易。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　為期兩個月的畢業(yè)設計最終結束了，在這兩個月中，我收獲很多，學到了很多。在老師的指導下，同學們的幫助下，一個板坯連鑄機結晶器的雛形誕生了。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>　　在這大學最后兩個月的學習生活中，我?guī)缀跤蒙狭宋以诖髮W學到的所有知識，同時在設計的過程中又學到了很多新的東西。就拿這次板坯連鑄機結晶器這個課題來說，從鋼板材料的選擇，液壓缸的選擇，到受力分析，到各種復雜的計算，整個過程設計理論力學、材料力學、高等數學、立體空間幾何、CAD、CAXA、SOLDWORKS 等軟件的使用、液壓與氣壓傳動、機電一體化等各個學科的知識。</p><p>　　通過這次畢

84、業(yè)設計，我學到了以下知識:</p><p>　　能夠熟練使用CAD、CAXA等繪圖軟件</p><p>　　熟練掌握了機械設計手冊的使用方法</p><p><b>　　學會了團隊合作</b></p><p>　　掌握了更多的關于冶煉、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>　　掌握了連鑄機的工作原理，并了解了各種先進的技術</p><p>　　總之，這次設計對我的學習和工作影響很大，將來不論我是去單位工作還是繼續(xù)上學，這次設計都給我提供了寶貴的經驗。大學兩年半年的時光隨著畢業(yè)設計的結束也接近尾聲了，這次設計為我的大學生活畫了一個完美的句號。</p><p><b>　　參考文獻</b></p

86、><p>　　1 高德成.寶鋼1450毫米板坯連鑄機.齊齊哈爾:一重技術,1990.4:22-28.</p><p>　　2 文石斧.我國連鑄大發(fā)展面臨的形式和若干問題.連鑄技術研討會論文</p><p>　　北京.1991,11:13-9.</p><p>　　3 鄒家祥.鋼鐵機械.北京:冶金出版社.2007.3:14-26 </p>

87、;<p>　　4 鄭沛然.連續(xù)鑄鋼工藝及設備.北京:冶金出版社.1991.9:23-67</p><p>　　5 陳家祥.連續(xù)鑄鋼手冊.北京:冶金出版社.1991.5:34-87</p><p>　　6 羅振才.煉鋼機械.北京:冶金出版社.2008.4:87-90</p><p>　　7《連續(xù)鑄鋼原理》翻譯組.連續(xù)鑄鋼原理(蘇).上海:人民出版社. 1

88、977.4:32-96</p><p>　　8 曹廣疇.現代板坯連鑄【M】.北京:冶金出版社.1994.3:23-130</p><p>　　9 黃志堅,姚良挺.板坯連鑄機液壓震動技術原理與實例.機械設計</p><p>　　造.2001.3:13-56</p><p>　　10 方克明,張宏杰,陳增琪.連鑄機結晶器銅板材質極其鍍層的優(yōu)化與應

89、</p><p>　　【J】.鑄造設備研究,2004(4):28-40.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次設計是在張軍紅導師的悉心指導下完成的，我在此要鄭重向老師道謝。張軍紅老師嚴謹求實的科學態(tài)度，精湛的學術造詣，使我裨益終生。在跟老師學習的過程中，得到了老師指點、幫助和教誨，設計過程中導師給予了我極大的幫助，