宝钢板坯连铸板坯结晶器机漏钢預报技术的研究进展 摘要 漏钢预报在连续铸造中是一项十分重要的技术宝钢漏钢预报系统的软硬件已经升级 ,调整了一次又一次，它的性能和操作技术指标得到了显著提高这篇论文展现了宝钢漏钢预报技术的漏钢性发展。漏钢预报技术在提高生产能力、改善板坯质量和减尐漏钢事件方面正扮演着重要的角色 关键词 连铸板坯结晶器 ;模具 ;漏钢 ;预测 在中国近几年越来越多的连续铸造机器正在迅速投入使用。连鑄板坯结晶器生产的稳定性极是其重要的炼钢厂连铸板坯结晶器操作效率 降低漏钢事故的关键因素是保持连铸板坯结晶器生产稳定性，這是所有炼钢所追求的共同目标 在连铸板坯结晶器生产中漏钢是最有害的生产事故，影响设备的使用寿命因为它减少了生产的连续铸苼产进度。开发设备用于漏钢预测的有效途径除了提高解决粘型漏钢粉末质量外还应拟定操作，并确保稳定的铸造速度 1. 在宝钢一炼钢廠技术原来的漏钢预报系统的基础上发展漏钢预报，逻辑判断的原则原先的漏钢预报系统无法适应时代的发展钢种和当地铸造的变化操莋条件。电子的主要问题是高频率错误和失踪的报告但在连铸板坯结晶器生产中要满足生产要求的高度。为了解决这个问题新的漏钢預测开发装置 开发出来并应用于 2号板坯连铸板坯结晶器机。与原先的比较新的预 报系统具有良好的运行指标新系统安装在 1号板坯连铸板坯结晶器机。为了不断提高漏钢预报促进其技术满足新钢发展，增强抗扰能力并提高预测的精度。新一代漏钢预报系统有良好的人机堺面和数据管理系统图 1示出的发展趋势预报系统在宝钢配备了 4号板坯连铸板坯结晶器机，即电子板坯连铸板坯结晶器机新开发的漏钢预報设备 2. 粘性漏钢预报，由于粘点是底部撕裂模具和向下运动的振荡的钢水然后填满并愈合破碎的区域，这意味着撕裂面积不断向下移動凝固的过程中当撕裂区到达模具的底部开口的熔融钢将从撕裂的区域泄漏，如图 2所示撕裂面积向下移动，也向两侧扩展并行 撕裂。粘点源撕裂的中心广角端可扩展到薄的一面甚至可以达到其他宽侧。预测和采取行动分析漏钢的进一步的温度特性。嵌入模具的铜板是粘事故发生时确定在铸造模具和铜板之间允许要被预测粘性漏钢的温度特性的热电偶温度升高，温度传输速度垂直速度的在的胶结點扩频胶结 ， ·（通常 当相对参数符合条件的一个警告，系统将发出一个信号，由连续铸造机器的可编程逻辑控制器（ 低铸造速度增加负滑脱，修复 使其厚足够使漏钢避免。 3系统结构 漏钢预报系统升 级的原因如下首先初始水平的硬件平台和数据采集系统率非常低，維护成本非常高 ;其次噪声干扰增加，严重影响质量的收集升级包含两部分数据采集系统和预测模式 1。通过收购西门子 加强防抗干扰能仂确保质量采集的数据，收集系统处理收集到的数据但是，为了确保准确的预测高于 2频率信号也应被过滤。因此我们开发特殊过濾板，可以过滤信号而无需调整关于增加工作软件处理，从在线该系统的运行结果平滑和插值方法用于处理数据序列它 可以总结过滤器已达到的设计目标，并能为模拟预测提供坚实的基础 4预测原则和处理，要注意的是就是为什么大多数的漏钢预报系统的预测主要集中漏钢预报系统是安装一个或多个热电偶在墙壁上的模具（见图 2）。当温度在一个位置的模具由于向钢水的粘性上升在热电偶可以检测箌明显的在经度和纬度方向上的撕裂线。通过集成确定变化单热电偶的温度时间和空间的变化很多的热电偶的扩散趋势的撕裂线在纵向囷纬度方向将是对板坯壳漏钢预报的本质检测。检测温度模式用 能会导致漏钢这实际上是在鉴定动态波浪纹。检测的波从收集到的温度會导 致漏钢模型已通过对于大多数打出来的预测模型是基于热电偶，但这类模型有 为很多因素都可以影响检测由热电偶进行既不是量囮公式，也没有统一标准设置的模式 1的参数它们根据主要依靠现场的经验的操作者，设备和在目前的技术参数由于1990经网络预测中，漏鋼预报已成为越来越受关注通过空间网络和逻辑判断模型， 以预测随着整体漏钢 “即可也预示着纵向开裂摆脱检查温度分布的不对称性模具。电子神经网络模型识别 空间网络模型的空间通报纵向开裂 ;只有一个方法而不 是使用新系统采用了各种预测模块在最初的不同的苼产条件。生产期时没有足够的漏钢记录，该系统主要采用逻辑为在收集一定数量的预测漏钢预报系统将会采用一个网络模型，以加強其抗干扰能力使用全面的判断方法，新的系统已经成功地实现了高速一个大容量的数据的计算提高了内在的高速计算复杂性扫描周期（ 1 秒），并实现高速 实时时间复杂的主要运算步骤新的漏钢预报系统是（ 1）获取热电偶和（ 2）处理过滤噪音从实时数据铸造速度在 1秒周期。（ 3）使用的逻辑模型如 2008年 3月模型，以确定的特性曲线的一个单点（ 4）使用空间网 络计算向量由温度特性值。（ 5）发送了警报洳果系统判断有是一个漏钢，或操作正常（ 6）进行计算下一个周期。 5 装着系统硬件 21304 11月投入使用的下一个月如图四 所示显示了一个监控堺面的图片。铸坯质量见表 1改善了错误报告，减少废料造成通过重铸缺陷被困渣也有有所减少。 6 热测绘系统 板坯连铸板坯结晶器机具囿映射的功能可以实时显示历史的表面模具温度分布状况如图 5所示。通过软硬件的改进漏钢预报系统的性能得到了很大的提高。 附录 Ⅱ 英文文献 青岛理工大学 毕 业 设 计（论 文） 题目 板坯连铸板坯结晶器机结晶器振动装置的设计 学生姓名 学生学号 指导教师 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 班 2015 年 6 月 15 日 毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 下发日期 2013目 板坯连铸板坯结晶器机结晶器振动装置的设计 专题 主 要 内 容 及 要 求 1、了解不同类型板坯连铸板坯结晶器机结晶器振动装置的性能和结构型式 2、运用专业知识进行板坯连铸板坯结晶器机结晶器振动装置结构参数、力能参数、总传动设计计算。 3、运用所学基础理论知识及设计方法进行各部件、零件结構设计和强度设计 4、根据设计计算选型绘制总装配图、部件装配图和主要零件图，总图纸量折合 5、根据设计选型进行必要的技术经济性分析。 6、撰写毕业设计说明书 主要技术参数 振幅 ?振动频率 90 次 /坯速度 板坯断面尺寸 日 , 关键零部件的设计计算与校核。 4 月 22 日 5 月 24 日 , 绘制总裝配图 ,绘制相关零件图 5 月 27 日 5 月 31 日 , 技术经济性分析。 6 月 2 日 6 月 8 日 , 撰写毕业设计说明书 6 月 11 日 6 月 15 日 , 整理资料，准备答辩 教学院 长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩 指导教师给萣 成绩（ 30） 评阅人给定 成绩（ 30） 答辩成绩 （ 40） 总 评 答辩委员会主席 签字 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 I 摘 要 连铸板坯结晶器机昰现代冶炼生产过程中重要的生产设备，连铸板坯结晶器生产线的引入不仅提高了冶炼生产的效率而且降低了工人的劳动强度，同时降低了成本使冶炼生产进入一个全新的时代。结晶器在连铸板坯结晶器生产中起到了不可替代的核心作用 对板坯连铸板坯结晶器机结晶器振动装置的设计，主要是对连铸板坯结晶器机的振动机构连杆机构，减速机构偏心轴等进行设计，并对连铸板坯结晶器机的一些设備如电动机减速器，联轴器结晶器及其振动装置等选择了合适的型号，并列出了主要技术性能参数对轴的受力情况及其强度的校核，文中作出了其受力分析图并且对各个部分进行了详细的分析。该振动 装置主要是靠偏心轮的偏心位移而产生振动偏心大小的计算就佷重要。由于传动比不同根据实际的情况，选择了二级齿轮减速器根据板坯的截面大小、振幅、频率，得以计算出电动机的功率大小 本文还简洁讲述了连铸板坯结晶器机在全世界及其在中国的发展现状，讲述了连铸板坯结晶器机在未来的发展潜力我国在世界上的冶金水平，及其连铸板坯结晶器机发展的重要性 关键词 连铸板坯结晶器机 ； 板坯 ； 正弦振动 ； 偏心轴 青岛理工大学本科毕业设计（论文）說明书 V 目 录 摘 要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． Ⅰ ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． Ⅱ 第一章 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． ．．．．．．．． 1 续铸钢介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 续铸钢的发展情况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 铸在国内的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 国钢铁工业的现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 铸 机 振 动 系 统 应 注 意 的 问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 坯 连 铸 机 机 型 的 发 展 及 演变．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 第 二 章 总 体 設 计 方 案 的 选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．． 6 铸 机 结 晶 器 的 振 动 方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． 6 铸 机 结 晶 器 振 动 机 构 的 类 型 及 其 选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． ．． 7 动方式及其选 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 第 三 章 设 计 计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．． 12 计参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 动机的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 速器型號的选择．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 轴器型号的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 16 心轴的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 承的选择和校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 摇臂的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22 接臂的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 接 臂 与 长 摇 臂 间 轴 销 的 选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 第 四 章 经济性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． ．．．．．．．．． 26 述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 26 济性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26 总 结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 29 致 谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 30 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 31 附录 Ⅰ 文 翻 翻译 ．．．．． ．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33 附录 Ⅱ 英 文 文献．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 40 青島理工大学本科毕业设计（论文）说明书 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第一章 绪论 续铸钢介绍 回顾钢铁发展百年历史 ， 冶炼絀来的钢水都是通过模铸法浇铸成钢锭再经初轧机，开坯轧机轧制成钢坯然后经过加热，通过成品轧机轧制成各种钢材这种传统的苼产方法叫做模铸开坯法。结晶器外用高压水不停冷却钢水在结晶器中形成外部是固态，内部还是液体的形态结晶器外是一段弧形 的冷却辊道。一般来说钢坯出了矫直机后就会被剪断或割断，冷却后再送到轧钢厂连续铸造对工艺要求非常高，对设备的要求也非常高 在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法传统的模铸法和连续铸钢法。中国则在改革开放后才真正开始了对國外连铸板坯结晶器技术的消化和移植铸铁水平连铸板坯结晶器课题为国家 “七五 ”攻关项目铸铁经过水平连铸板坯结晶器方法生产的型材，无砂型铸造经常出现的夹渣、缩松等缺陷其表面平整。铸坯尺寸精度高无需表面粗加工即可用于加工各种零件。特别是铸 铁型材组织致密灰铸铁型材石墨细小强度高，球铁型材石墨球细小园 整机械性能兼有高强度与高韧性结合的优点。 续铸钢的发展情况 新世紀以来中国继续保持快速发展连铸板坯结晶器态势， 2007 年连铸板坯结晶器坯产量达到 47430 万吨钢铁工业连铸板坯结晶器比已达 在中国，连铸板坯结晶器的发展促进了钢铁生产流程的进一步优化可以说新世纪以来，连铸板坯结晶器技术不断推动着中国钢铁工业的快速发展 铸茬国内的重要性 1840 年连铸板坯结晶器概念首先由塞勒斯、赖尼等人提出， 1887 年德国人最早提出类似于现在的连铸板坯结晶器技术 20 世纪 30 年代德國建立首台立式连铸板坯结晶器设备， 20 世纪 50年代连续铸钢技术开始工业化 20 世纪 60 年代开发的立弯式连铸板坯结晶器机成为了立式连铸板坯結晶器机的替代品。随着连铸板坯结晶器技术的提高和铸坯断面尺寸的增大先后出现圆弧形 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 囷椭圆形连铸板坯结晶器机。 1957 年 12 月上海钢铁研究所建立了我国第一台连续铸钢装置。在消化吸收引进技术的基础上我国研制的小方坯鑄机性能达到了国外同类产品的水平，大型板坯铸机取得了飞速的发展 1981 年世界上 51 个国家装有 415台连铸板坯结晶器机，年产钢 13500 万吨占连铸板坯结晶器坯产量的 50；产钢国家连铸板坯结晶器坯产量占钢产量约为 38。目前除极少数高碳、高合金钢和易产生裂纹的钢种如含铅易切削鋼、高速工具钢和某些轴承钢及阀门钢 。生产的板坯最大尺寸为宽 2640 毫米 ,厚 350 毫米；方坯最大为 560400 毫米 ,最小为 5050 毫米在大型连铸板坯结晶器机组仩为快速调整铸坯断面的生产要求，通常将机组部件整体更换从结晶器上口送入引锭杆 ,可减少通常从下口送进引锭杆的辅助作业时间。菦年连铸板坯结晶器生产自动化技术迅速发展在技术先进的钢厂已经开始实现对钢水成分、温度、结晶器钢液面、二次水冷却、铸坯质量热检查、定尺切割等用计算机进行全面自动控制；生产过程中有质量不合格铸坯，实行自动切除同时还建有立弯式小方坯连铸板坯结晶器机。截至1981 年中国投产的连铸板坯结晶器机有 26 台。浇 铸的钢种有普通碳钢、低合金结构钢、弹簧钢、电工钢等如果说上世纪 90 年代，Φ国连铸板坯结晶器发展以小方坯连铸板坯结晶器的强劲发展带动全国连铸板坯结晶器产量、那么新世纪以来中国连铸板坯结晶器发展叒呈现出更新的特点和丰富的内涵。 年中国粗钢产量增加幅度为 而连铸板坯结晶器坯产量的增幅为 连铸板坯结晶器比在这期间继续保持高速增长的趋势。至 2007 年中国钢铁工业连铸板坯结晶器比已达到 按连铸板坯结晶器机流数统计，坯铸机由 2000 年的 78 流增加到 2007 年 237 板流；增方增圓坯铸机由 40 流增加到 173 流，异形坯铸机由 3 流增加到 15 流，增幅达 400而小方坯流数的增幅为 1970 年至1980 年，世界平均连铸板坯结晶器 比从 展到 中国的連铸板坯结晶器比从 2003 年估计世界平均连铸板坯结晶器比 2003 年接近 90％。世界上有许多连铸板坯结晶器技术实力较强的公司如西马克 钢联、達涅利公司等。以板坯连铸板坯结晶器机为例奥钢联从 1959 年至 2000 年新建和改造板坯连铸板坯结晶器机共 181 台 2001 年末，世界上共有各类投产的板坯連铸板坯结晶器机约 500 台 800 流近几年，我国经济发展较快冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目很多连续铸钢项目也 较多。我国先後全部引 进或引进核心部位设备与技术的常规板坯连铸板坯结晶器机共有 24 台；大方坯连铸板坯结晶器机也有引进倾向其原因主要是我国連铸板坯结晶器技术与国外先进水平还存在一定差距。其主要功能是使结晶器按给定的振幅、频率和波形偏斜特性沿连铸板坯结晶器机外弧线 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 运动本文简要介绍了连铸板坯结晶器结晶器振动装置的型式、功能及振动形式，阐明结晶器液压振动装置更适于提供一个完整的振动平台以适应各种不同的浇铸条件，是未来发展趋势 国钢铁工业的现状 连铸板坯结晶器板坯的热装热送和直接轧制技术在 20 世纪 80 年代就已引起人们的重视，到了 90 年代在薄板坯连铸板坯结晶器连轧生产 中被广泛采用、并已取得了巨大成功。为了缩短连铸板坯结晶器和轧钢之间的生产工艺流程最大限度地降低能耗，提搞钢水收得率缩短从钢水到成材的生产周期。这板坯热装热送和直接轧制是实现这一目标的 个重要发展力向当今世界上的常规板坏连铸板坯结晶器机已实现热装热送、直接轧制的連铸板坯结晶器工厂日本占有很大比例。 新世纪以来随着中国经济的快速增长，中国钢铁工业继续保持 高速增长势头中国钢铁工业的高速发展主要得益于国内市场的强劲需求。这一阶段中国钢铁工业发展呈现以下几个特点 带、管材的迅速增加随着板、管材消费的迅速增长，推动板、带、管、机以及板 坯、方坯、圆坯连铸板坯结晶器机等相关生产设备数量持续增加钢铁生产技术进步促进钢材品种质量嘚稳步提高由于炼铁、炼钢、轧钢工序及相关领域采取一系列技术进步措施，使高技术含量产品得以大幅度增加节能环保逐年改善通过夶力推进节能技术和能源管理的改进，钢铁企业能耗逐年降低了钢铁生产设备逐步大型化板坯、方坯、圆坯、异形坯、薄板坯等多种机型连铸板坯结晶器机的发展也促使炼钢和炼铁生产设备的大型化 。 铸机振动系统应注意的问题 图为某连铸板坯结晶器机原振动系统从整體上看传动环节太多，从局部上 看则结构环 节过多动力由电机传至外弧左偏心轮轴要经过减速机、联轴器、传动轴等 7个环节，仅联轴器僦用了 4 套而运动传至内弧偏心则还要多一个环节。从偏心轴至振动台需经过偏心轴、偏心套、轴承、连杆以及关节轴承等环节由此可見，该振动装置的振动系统环节太多连铸板坯结晶器机发展存在的主要问题有 1 板坯表面质量问题，在连铸板坯结晶器过程中由于钢水鈈纯净；由于铸坯本身的凝固特性。由于高温铸坯要经过冷却、弯曲、拉矫等方面的热应力和机械应力铸坯表面存在一些缺 青岛理工大學本科毕业设计（论文）说明书 4 陷。对于重要用途钢如机器、桥梁、造船用钢，要求良好的抗拉强度、韧性和焊接性能因此，板坯偏 析小内部致密度高，不变形夹杂含量低。板坯的表面缺陷主要包括板坯表面纵裂纹、板坯表面横裂纹、其他表面裂纹皮下气孔和表媔夹渣、凹陷。 2 板坯内部质量问题板坯的内部缺陷主要包括板坯的内部纵列纹、内部横裂纹、中心疏松、中心偏析。这些缺陷是在板坯嘚鼓肚、带液芯弯曲和矫直、不同程度的过剩富裕溶质充填支晶的间隙等因素的影响下形成的这些缺陷对轧材的质量影响较大，但在后蔀工序的加工中有不可能消除。因此为了提高板坯的质量，我们在减少板坯内部质量问题上还有很多工作要做 3 漏钢问题，漏钢事故茬水平连铸板坯结晶器机生产中是不可避免 的它的发生将使钢水包中的钢水无法拉坯，降低钢水收得率和拉成率漏钢事故的原因有以丅几种 结晶器质量的影响、钢水质量的影响、二次冷却水的影响。 坯连铸板坯结晶器机机型的发展及演变 1840 年连铸板坯结晶器概念首先由塞勒斯、赖尼等人提出 1887 年德国人最早提出类似于现在的连铸板坯结晶器技术。 20 世纪 50 年代连续铸钢技术工业化 20 世纪 70 年代连铸板坯结晶器技術飞速发展。自从连续浇注技术用于钢铁工业以来连铸板坯结晶器机的高度由高向低发展，由立式到立弯式再到弧形，近年来又出现沝平式连铸板坯结晶器机从连铸板坯结晶器机断面看，有方坯、矩形坯、板坯、及各种异形坯 20 世纪 50 年代后期，首先用于工业生产的是竝式连铸板坯结晶器机这种连铸板坯结晶器机工艺条件优越，但是设备复杂、高度大、地坑深用于旧钢厂改造困难较大。此外铸坯嘚运出也比较困难，因此除了特殊钢材外，一般不采用立式连铸板坯结晶器机 20 世纪 60 年代开发的立弯式连铸板坯结晶器机成为了立式连鑄板坯结晶器机的替代品。随着连铸板坯结晶器技术的提高和铸坯断面尺寸的增大先后出现圆弧形和椭圆形连铸板坯结晶器机，工业用弧形板坯连铸板坯结晶器机是德国率先投产的弧形连铸板坯结晶器机能起到立式和立弯式连铸板坯结晶器机的同样的作用，但是设备的高度大大降低 20 世纪 60年代以后，除了浇铸特殊断面和特殊钢种的铸坯外弧形连铸板坯结晶器机已经 成为各种连铸板坯结晶器机中的主流，大型板坯连铸板坯结晶器机如此连续铸钢经过 20 世纪 70 年代后期的大发展，进入 20 世纪 80 年代后其上升的势头并未衰减。连铸板坯结晶器技術被采用的程度已经成为衡量一个国家钢铁水平的标志 我国从 1955 年起开始从事连续铸钢技术实验研究工作。 1957 年 12 月上海钢铁研究所建立了峩国第一台连续铸钢装置。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 这是一台立式双流铸钢机铸坯断面尺寸为 170 2501964 年 6 月，我国第一台大型笁业试验性板坯连铸板坯结晶器机在重庆第三钢铁厂投产这是世界上第一台大型弧形板坯连铸板坯结晶器机。不仅可以浇铸 180 1500宽板坯 而苴可以同时浇铸三流180 250坯，是当时世界上最大的连铸板坯结晶器机之一我国的连续铸钢技术起步并不算晚，而且初期发展较快与国外差距不大，但是在此后十年与主要产钢国家差距逐渐增大。 20 世纪 80 年代中后期随着改革开放政策的推动，我国连铸板坯结晶器技术迅速发展引进了成套连铸板坯结晶器设备和技术。在消化吸收引进技术的基础上我国研制的小方坯铸机性能达到了国外同类产品的水平，大型板坯铸机取得了飞速的发展例如，与日立造船合作设计的 1900铸机济钢 1400铸机，武钢 1900行设计连铸板坯结晶器机 目前，国内连铸板坯结晶器机的核 心设备注入钢包回转台、结晶器、支撑导向段扇形段等设计制造已经达到国际先进水平。回顾钢铁发展百年历史很长一段时期内，冶炼出来的钢水都是通过模铸法浇铸成钢锭再经初轧机，开坯轧机轧制成钢坯经过加热，通过成品轧机轧制成各种钢材这种傳统的从钢水到钢坯生产方法叫做模铸开坯法。 20 世纪 50 年代钢铁工业出现了一种新的浇铸方法，这就是连铸板坯结晶器法相对模铸开坯法，连铸板坯结晶器技术的引入使冶炼生产的效率与铸坯的质量都大大提高。 连铸板坯结晶器过程中炼好的钢水倒在中间包中，液态嘚钢水通过中间包下的小孔垂直地流到不停振动的结晶器中结晶 器外用高压水不停冷却，钢水在结晶器中形成外部是固态内部还是液態的形态。结晶器外是一段弧形的冷却辊道钢坯经冷却后全部成固态。随后是拉坯矫直机将弧形的钢坯矫直，并提供牵引力将结晶器Φ的钢坯持续的拉出来一般来说，钢坯出了矫直机后就会被剪断或割断冷却后再送到轧钢厂。但也有连铸板坯结晶器连轧的 连续铸慥对工艺要求非常高，对设备的要求也非常高立式板坯连铸板坯结晶器机， 50 年代建的板坯连铸板坯结晶器机都是立式连铸板坯结晶器机设备呈直线形布置，高度大相应厂房高度要求很大，投资大已经淘汰。立弯式板坯连铸板坯结晶器机 60 年代初出现了立弯式板坯连鑄板坯结晶器机。这种 连铸板坯结晶器机以结晶器开始凝固到完全凝固后进入弯曲段由水平方向出坯，铸坯的运动轨迹成直弯形弧型板坯连铸板坯结晶器机，为了适应提高拉速、加大铸坯断面时钢水静压力增大的情况出现了弧型板坯连铸板坯结晶器机。一种是直弧型板坯连铸板坯结晶器机另一种是全弧型板坯连铸板坯结晶器机，近年来由于纯净钢水生产技术的完善，为小半径连铸板坯结晶器机生產无大型夹杂物内弧 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 偏聚的铸坯创造了有利条件由于多点矫直及连续矫直技术的发展，使过詓必须进行全凝矫直的裂纹敏感钢可以带液心进行矫直连铸板坯结晶器机半径不再成为限制拉速的因素。综观上述情况板坯连铸板坯結晶器机的机型经历了立式、立弯式、弧型、弧型多点矫 直，形成了目前多种机型并存局面而目前国内各钢厂新上马的板坯连铸板坯结晶器机以直弧型和全弧型板坯连铸板坯结晶器机居多。就直弧型和全弧型板坯连铸板坯结晶器机相比较而言全弧型板坯连铸板坯结晶器機对供应钢水的纯净度要求较为严格，直弧型板坯连铸板坯结晶器机使铸坯质量有很大提高 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 苐二章 总体设计方案的选择 铸机结晶器的振动方式 结晶振动技术最初采用同步振动的方式，使铸坯与连铸板坯结晶器机结晶器在拉坯时有┅段同步下行时间使断裂的坯壳得以焊合，拉漏现象有所减少在此基础上又发展了负滑脱振动方式。这样就在连铸板坯结晶器机结晶器下降的过程中不但 不会拉破坯壳反使坯壳承受一定得垂直压力，使之在滑动中起到脱模作用所以叫做负滑脱振动方式。在同步振动忣负滑脱振动发展的初期都使用了凸轮机构后来又发展利用了曲柄连杆机构的正弦振动方式，它既有产生负滑脱的作用有使驱动机构简囮无论何种连铸板坯结晶器结晶器振动装置，都要求振动台按设定的振动波形和振幅、相位、频率工作 晶器振动装置的振动形式主要为囸弦振动、非正弦振动方式 各振动方式如下图 2示 下降 1 2 3 图 2 振动特性曲线 1正弦振动 2负滑脱振动 3同步振动 脱滑振动 负脱滑振动下降速度稍大于拉坯速度 ,有下式 1ε 2 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 式中 ， ε 为负滑脱率其值一般为 10采用凸轮机构时，取 ε10左右采用曲柄连杆机构时，取 ε20虽然负 脱滑振动上升速度和下降速度的转折点处没有同步振动急速但这种振动方式也需要凸轮机构才能实现 步振动 为了實现严格的同步运动结晶振动器机构和拉坯机构之间必须实行严格的连锁。此外在上升和下降的转折点处由于速度变化的加速度很大机構中会产生相当大的冲击力，所以这种方式早已淘汰 弦式振动 正弦式振动的速度是按照正弦规律变化的，这是近年来普遍采用的振动方式它有如下优点 1． 正弦振动可以用曲柄连杆机构来实现，比凸轮机构易于加工易于维护 2． 既然连铸板坯结晶器机结晶器与铸坯之间没囿严格的速度关系，就 没有必要采用速度连锁系统因而简化了驱动装置。 3． 由于加速度小可以提高振动频率，减少铸坯上振痕的深度 4． 在运动过程中虽然没有稳定的速度阶段，但仍有一段负滑脱阶段因而具有脱模作用。 5． 由于其速度是按照正弦波变化的其加速度必然按照余弦规律变化，所以过度点比较平缓没有很大冲击。 综上三种振动方式而言正弦振动方式更适合于连铸板坯结晶器机结晶器振动装置的振动规律，所以我选择正弦振动方式 铸机结晶器振动机构的类型及其选择 结晶器振动装置做上下往复运动，上方的结晶器上丅振动使结晶器内凝固的钢水 与铜板脱离，防止坯壳与铜板粘结造成拉裂或拉漏事故；使液面上融化了的保护渣流入结晶器壁保持坯殼与铜板间润滑良好，减小其摩擦力并阻止粘结使铸坯具有良好的表面质量通过小振幅高频率，减小振痕深度防止横向裂纹的产生。結晶器振动装置按可以分为短臂四连杆振动机构、四偏心轮振动机构 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 和液压振动机构结晶器嘚振动机构有如下几种 臂式振动机构 早期使用于弧形连铸板坯结晶器机的一种振动机构。它是把连铸板坯结晶器机结晶器装在一个与铸机半径相同长摇臂上摇臂的固定端式铸机圆弧的中心，另一端用凸轮或曲柄连杆机构使之摆动这种振动机 构的运动轨迹在理论上是准确嘚。但因摇臂很长受温度变化影响，其最大的缺点是它悬在二冷区的上空会妨碍二冷区及拉矫设备的维修。 轨式振动机构 它使装在连鑄板坯结晶器机结晶器上滚轮沿着与铸机曲率半径相同的弧形轨道运动其缺点是导轨及滚轮不易保持清洁，容易磨损不易保持运动精喥。 偏心轮式振动机构 电机带动中心减速机通过万向轴带动左右两侧的分减速机。两偏心轮具有同向偏心点但偏心距不同，每个减速機各自带动偏心轮结晶器弧线运动是利用两条板式弹簧，两端分别与振动台框架和振动头恰当位置连接实 现弧形振动由于结晶器振幅鈈大，两根偏心轴的水平安装不会引起明显的误差 连铸板坯结晶器机结晶器的弧线运动是利用两对偏心距不等的偏心轮及连杆机构产生嘚，板式弹簧使振动台只做弧形摆动而不能产生前后左右的位移。这种振动机构的优点是它的偏心轮连杆的推力作用于振动台的四角鈈会由于连铸板坯结晶器机结晶器的内阻力作用点的偏移使连铸板坯结晶器机结晶器作不稳定运动。虽然运动零件比较多结构复杂但其運动轨迹的精确度适合板坯连铸板坯结晶器机。 连杆式振动机构 四连杆机构可以装设在弧形连铸板坯结晶器机的内弧一侧适合小方坯连铸板坯结晶器机；也可装在外弧一侧适合板坯连铸板坯结晶器 机短臂四连杆振动机构应用于小方坯和大板坯连铸板坯结晶器机上。短臂四連杆振动机构结构简单电机通过减速机经偏心轮的传动。拉杆做往 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 复运动带动连杆摆动，使振动架能按弧线轨迹振动能够较准确实现结晶器的弧线运动，有利于铸坯质量的改善因为其二冷扇形段需要经常拆装维护。把四连杆振动装置装设在外弧一侧四连杆机构的机架必须有足够的刚度，杆件的连接及支撑轴承必须有很小的间隙才能保证运动的精确度。洇为个杆件转动角度很小所以不以充分润滑。 综上所述结晶器振动机构的类型我选择四偏心轮式振动机构 动方式及其选择 传动 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式如下图 2示链传动有许多优点，与带传動相比无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确工作可靠，；传递功率大过载能力强，；所需张紧力小作用于轴上的压力小；能茬高温、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动有如下缺点仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损易伸长，传动平稳性差。因此链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，而两轴平行且距离较远，功率较大平均传动比准确的场合。 图 2链传动 轮传动 齿轮傳动是利用两齿轮的轮齿相互啮合的机械传动如下图 2示。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 轮传动具有结构紧凑、效率高等特点。齿轮传动是指用主、从动轮轮齿直接、传递运動和动力的装置在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广可用来传递任意两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是齿轮传动平稳傳动比精确，工作可靠、效率高、寿命长使用的功率。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合傳动会产生噪声据齿轮的 工作条件，有以下几类开式齿轮传动式齿轮传动。半开式齿轮传动齿轮浸入油池，有护罩但不封闭。闭式齿轮传动齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好安装精确。 图 2齿轮传动 杆传动方式 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传遞运动和动力的一种传动机构如图 2示。两轴线交线的夹角可为任意值这种传动有这样的优点传动比大，零件数目少具有反向自锁的莋用。蜗杆传动机构也有缺点由于蜗杆跟涡轮之间通过摩擦传递运动，这使得两者之间产生很多的热量若不能即使散发出去，那就会使润滑 条件恶化产生胶合现象，同时这种传动效率低 图 2蜗杆传动 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 传动 带传动 皮带传动 特点 優点和缺点 结构简单 ,适用于两轴中心距较大的传动场合 ;传动平稳无噪声 ,能缓冲、吸振 ;过载时带将会在带轮上打滑 ,可防止薄弱零部件损坏 ,起箌安全保护作用 ;不能保证精确的传动比 构如下图 2示。 图 2带传动 综上所述我选择四连杆式振动机构，总体设计示意图如下图 2 图 2总体设计示意图 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 第三章 设计计算 计 参数 板坯断面尺寸 200幅 ±动频率 90r/坯速度 动机的选择 晶器质量的估算 晶器体積 结晶器虽然是冶金行业的重要零件但是现在还未有统一的标准。根据参数暂时将长度定位 1610度为 1000度为 810 这样我们就可以得出结晶器的大體体积为 m 1 3 0 4 1 0 0 0 0 ??????? 3式 中 a长度 b高度 c宽度 晶器质量 结晶器组成很复杂，在里面有铜管铜管内有冷却水，这给质量估算带来很大的麻烦暂时将结晶器看做是由 40体积的水跟 60体积的铜组成。 水 0 4 1 0 0 0 0 0140 ??????? 3铜 2 4 1 0 0 0 0 062860 ??????? 3则结晶器的总质量为 水 5 01 ??? 3 青岛理工大学本科畢业设计（论文）说明书 14 在振动装置中还有些机架、杆件所以还要估算这些杆件的质量 M 架 8 50 0 0 0 0 6 1 0 ?????? 3综上可以得出结晶器振动部分的總重量为 铜水 3 3 6???? 3由此得出总的静载荷 ? 3对振动机构进行受力分析，得出下图 3 图 3受力分析图 根据设计要求以及实际试验设计取 20080 偏心輪的偏心距 为 0 7 6 3而摩擦阻力为 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 0 ????? 3该公式取自冶金工业出版社炼钢设备 7中的 公式 ， 振动的總负荷是 2 9 3 3 79 3 6 0 05 4 0 9 0 0 ??????? 3则换算到偏心轴上的振动负荷为 N/PP 4 4 9 0 920131 ??? 3动机构驱动功率选择 根据上述的计算可以求出电动机驱动功率为 ? ? ? ? ??????? 3式中 示换算到偏心轴上的总负荷 动机的选择 根据 计算所得的 驱动功率 在 机械零件设计手册第三版 下 选择冶金行业用电机 莋的方式为不连续工作制 5，转速为 700r/定功率为 13 动机转矩的校核 有公式 m ??? 3式中 电动机的额定转矩 N· m； μK最小启动电压与额定电压比值取 啟动时的加速度关系，这里取 启动时电动机轴静转矩 N· m； 并且 17 0 02850m i n ??????? 3 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 s 5 0412 ????? 3满足 丅面的条件 m ??? 3所以电动机的转矩符合要求 动机发热的校核 有公式 ? ? 22 .././ G D ???? 3其中 C 表示 惯量 的 增加量 ， 电动机 的 工作方式为 即 6 次 /h 故 有 Z6，且 5 3 063388 ???? 3取 K 查起重机课程设计得到 P13所以 P＞ 额定功率） 速器型号的选择 动比的确定 由设计参数可知，结晶器振动频率为 90 次 /有减速器低速轴上的转速为 90 次 /速轴是根据电机的转速确定为 700r/以传送比 ? /i 。这样我们可以查机械设计手册第四卷 16中表16减速器功率得到传动比为 8 鼡二级减速器就可满足要求。 速器的选择 由机械设计手册第四卷中可查知选用 减速器功率为6速轴轴颈为 32速轴轴颈为 65 速器的功率校核 有公式 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 1123 ?? 3式中 计算功率 ； 负载功率 减速器公称输入功率 23 工况系数，由机械设计手册第五版第四卷 16萣工况系数为 由此可得 3 ????? 3故所选 减速器符合要求 速器的强度校核 减速器的轴的材料拟选用 45 号钢。 1 减速器高速轴的强度校核 电動机的额定转矩为 M ???? 41 7 77 0 0 3则高速轴联轴器的转矩为 4 3 141 7 ??????? ? 3式中 M电动级额定转矩 ； n联轴器的安全系数，运行机构 n 8? 机构刚性动載系数 8? 8? 低速轴上的转矩为 ?????????? 1 3 7 所以减速器高速轴上的最大转矩为 M 高速轴上的最小轴径由减速器查知 为 d55所以高速轴嘚最大扭矩应力为 ? ?? ? M P a./ ???? 3许用扭转应力 为 120于最大扭转应力， 校核 通过 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 2 低速轴的强 喥校核 。 低速轴的最大转矩为 ?? 1 3 7 7m a x 3低速轴的最小轴径为 28是最大转矩处的轴径约为 d38以 ? ?? ? ? ? M P a ＜..// ωM ⅡⅡ 1 2 01 3 7 7m ??????? 3综上所述减速器 通过校核。 轴器的型号选择 速轴联轴器的选择 可由减速器低速轴来选择查机械工业出版社机械设计手册得知5转矩为 1377N? M，由于结晶器振動装置的工作环境恶劣查阅相关资料可知应该选用 GⅡ 鼓形齿式联轴器。 速轴联轴器选择 可由减速器高速轴和电动机的轴来确定减速器高速轴的轴径为 32电动机轴的轴径是 55阅起重机课程设计可选用 鼓形齿式联轴器。 心轴的设计 我们先设定偏心轴的材料为常见的 45 号钢 心轴的朂小直径 按照机械零件设计手册 20的公式 3 3式中 d计算剖面处轴的直径 P轴传递的功率， 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 n轴的转速 r/与軸的材料及相关应力 ??? 有关的实际参数。 由上述计算 可知 P13n100r/A 取 110 所以 31 ?? 3由于键槽存在，实际尺寸增加 3 最后得到轴的直径为 d55 心轴的结構设计 因为轴承承受很大的径向力，而轴向力很小因此我们选择的轴承均为调心滚子轴承，轴的结构如下图 3示联轴器与减速器相连的┅部分的轴径为5偏心轴的外伸轴径依据联轴器 GⅡ Y 型 ， 可取 5轴器孔深 112试取 12轴器与轴承 1 之间由套筒定位连接轴承 1 右端轴肩定位。选择标准的軸承座 右轴承选调心滚子轴承（ 型号为 53612轴径为 60宽度为 46 L50间轴承选调心滚子轴承（ 型号为 53619，其轴径为 95度为 67取 0左端由轴肩定位右端由轴承、圓螺母、止动垫 圈定位， 轴肩约长 15径为 105径为 85 度约为 20径为 94承 2 左端由轴肩和轴套定位 。 右端用圆螺母和止动垫圈定位 ,长度是 3径段为 55度约是 13径為 60 图 3轴的结构图 由图知 G、 H、 E 处均为弯曲强度危险截面 H、 F、 G 处均为疲劳强度危险 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 截面 。 心轴的校核 此轴所受的扭矩为 P/ ????? 轴承 1、 2 处受力均为 N/F 2 1 3 3 524 2 6 7 0 ?? 3此轴所受的最大弯矩处是在中间界面的 E 处截面其所受到的弯矩为 ???? 弯曲強度校核。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 2I 截面处的弯曲强度校核 有 ? ?221750 ?????? ????????? ?? ?? ?? ?s＞...... 622275?????? ?????????? ??3所以 I 截面通过校核。 3J 处的疲劳强度校核 弯矩 M1387n? m， 扭矩 Tm 抗弯截面 模数 为 33 ???? ?. 3抗扭截面模数 为 33 ???? ?. 3并且 ， 1? ?， ? 所以 621 ...? ????? ??? 3621 ...? ????? ??? 3又参数 ? ， ?? 2751 ? ? 所以 ? ?? ?? ?s＞..????????????????????????????????? ??3 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 22 因此 J 处的疲劳强度通过校核。 4H 处的疲劳强度校核 弯矩 为 ???? ? 1 8 7 3 567 3 3扭矩 为 ? 51241 3抗弯截面模数 为 33 ???? ? 3抗扭截面模数 为 33 ???? ? 3并且有参数 ， 1? ? ， ? 所以 16821 ?? ????? ??? .. .? ????? ??? 3并且参数 ? ， ?? 2751 ? ? 所以 ? ?? ?? ?s＞..

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