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7 6 重 型 机 械 大方坯连铸机拉矫机的设计计算 赵丽 ,张文玲 ,陈宏军 ( 1 鞍山市技师学院,辽宁鞍山1 1 4 0 1 0 ;2 鞍钢集团工程技术有限公司,辽宁鞍山1 1 4 0 2 1 ) 摘要:鞍钢大方坯连铸机是国内第 1 套国产化连铸拉矫机,本文介绍了该连铸拉矫机的设备组 成,分析了其结构特点;并对拉坯力、电机功率进行了计算 ,确定了拉矫机矫直段基本半径、铸坯最 大变形率、矫直变形次数等主要参数。 关键词 :拉矫机 ;矫直半径 ;拉坯力 ;油气 润滑 中图分 类号:T F 7 7 7 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 1 1 9 6 X( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 7 6 0 4 De s ig n a n d ca cula t io n f o r CC wit hdr a wa l- s t r a ig h t e n ing ma ch ine Z HA 0 L i , Z H A N G We n li n g , C H E N Ho n g in n ( 1 A n s h a n T e ch n ici a n I n s t i t u t e , A n s h a n 1 1 4 0 3 4 ,C h in a ; 2 A n s t e e l E n g i n e e d i n g T e ch n o lo g y C o , L t d , A n s h a n 1 1 4 0 2 1 , C h i n a ) Ab s t r a ct :T h e b ig s q u a r e b ille t co n t in u o u s ca s t in g mill is t h e fi r s t lo ca liz a t io n C C wit h d r a w a ls t r a ig h t e n in g ma ch in e a t h o meThe co mpo s it io n o f CC wit h d r a wa ls t r a ig h t e ning ma chin e is in t r o d uce d, a nd it s s t r uct u r e ch a r a ct e r is t ics a r e a n a ly z e d T he b ille t wit hd r a wn f o r ce a n d mo t o r po we r we r e ca lcu la t e d S o me ma in p a r a me t e r s( s u ch a s t h e b a s i c r a d iu s i n t h e s t r a i g h t e n in g s e g me n t o f t h e w i t h d r a w al s t r a i g h t e n i n g m a ch i n e ,m a x i m u m d e f o e ma t i o n r a t e o f b i l le t a n d d e f o r ma t i o n s t r a ig h t e n in g t i m e s )w e r e co n fir m Ke y wo r d s :wit h d r a wa l s t r a ig h t e n in g ma ch in e ;s t r a ig h t e n in g r a d iu s ;b ille t wit h d r a wn f o r ce;o il g a s lu b r ica t io n O 前言 为提高市场 占有率 ,满 足大 H型钢生产 的 需要 ,鞍 钢集 团建 设 了一条 大 方 坯 连铸 生 产 线 ,生产最 大 连铸 坯 的 断 面 为 2 8 0 m m 3 8 0 1 T I 1 T I ,年产量为 8 0万 t 。拉矫机是大方坯连铸生 产线上的关键设备 ,其设计参数 的选 择直接影 响其性能。 1 鞍钢拉矫机的结构 拉矫机 由以下几个 部分组 成 ,结 构如 图 1 所示 。 ( 1 ) 机 架。机架 为钳式 ,构件 均为箱 形结 构 ,内部通水冷却 ,以防机体在热状态下变形。 收稿 日期 :2 0 1 2 0 50 2 ;修订 日期 :2 0 1 2 0 51 3 作者简介 :赵丽 ( 1 9 7 3一) ,女 ,鞍山市技师学 院。 ( 2 ) 驱动装置。拉矫机主传动电机采用矢量 控制型变频电动机 ,有 四象限运行功能 ,适应连 续工作 、高温、频繁启动和制动要求 ,低速时转 矩平滑,无爬行现象。 ( 3 ) 辊子装置 。辊子装置可分为主动辊与从 动辊。拉矫辊 采用热疲劳强度 高的 2 5 C r Mn 4钢 制造 ,提高了使用寿命 。采用 自动调以双排滚子 轴承支承 ,辊子中心通水冷却 ,上下辊安装要求 严格 ,保证平行和对中。 ( 4) 冷 却系统 与液压 系统。为 了解 决拉矫 机长 时间处于高温辐射下 ,其构 件将发生高 温 蠕变 。该设 备使用 了大量 的水 冷构件 。上 、下 横梁、拉杆及辊子都采用内部通水冷却,传动 系统也采取了防热措施 。压下装 置 由一个 可绕 固定轴摆动的框架 和一个 固定在框架顶端 的液 压缸组成 ,压力 分冷压和热压两 种 :冷压用 于 各流拉矫机传动辊 压下缸送装引锭杆 和用 引锭 杆拉坯 ,为液压室 内机侧手动调 节 ;热压用 于 重 型 机 械 7 7 拉矫机传动辊 压下缸连续 铸造拉坯 ,可机侧 手 动调 节 ,也 可在 主控 室 内远程 电动 调 节 并 监 视 ,具有备用 的调压 回路 。为 了防止 由于管 路 泄漏造成事故 ,设 置旁路 安全 阀装置 ,保证 生 产顺利进行 。 l 2 ( 5 ) 油气润滑系统 。拉矫机处于高温、潮湿 的恶劣环境下 ,干油在高温下会很快碳化 ,根本 不能起润滑作用 。因此本设备采用了具有国际先 进水平 的德 国莱伯斯油气润滑技术用于轴承和链 润滑 。 4 5 1 下辊;2 上辊;3 下横梁;4 传动装置;5 拉杆;6 上横梁 图 1 拉矫机 F ig 1 W it hd r a wa l s t r a ig h t e n in g ma ch in e 2 拉矫机拉坯力计算 拉矫机的设计主要是计算拉坯力 ,如图 2所 示 。从弧形铸机的辊列 中拉出铸坯所受到的阻力 ( 包括 帮助拉 坯 的下滑力 ) ,统称 为拉坯 阻力 , 拉坯阻力是设计铸机驱动系统的基本依据 ,包括 结晶器内的阻力 、二次支撑装置的阻力 、铸坯矫 直阻力 、铸坯 自重下滑力和其它阻力。 二 P 节 审 1 9 节 , 审 - , 节 1 Rl ;2 R2;3 R3 图 2 拉坯阻力示意 图 Fig 2 Sk e t ch o f bille t wit h dr a wa l r e s is t a n ce 2 1 结晶器内的阻力 F 铸坯在结晶器 内的阻力主要包含铸坯与结晶 器 内壁的粘结力和铸坯运动的摩擦 阻力两部分 , 该阻力 的大小与结晶器 的内腔尺寸 、制造安装精 度 、变形情况 、润滑条件及振动方式有关 ,按式 ( 1 ) 计算。 F l =9 8 z T ( B +D) h 1 0 =1 1 0 9 3 N ( 1 ) 式 中, 为结晶器铜壁和热坯之间 的摩擦系数 , =0 5 ;y为钢水的密度 ,7 0 e m 。 ;B =3 8 e m;D为结 晶器厚度 ,D= 2 8 o n;h 。 为结 晶器 液面至下 口的垂直距离 ,h = 7 0 cm。 2 2 二次支撑装置的阻力 阻力 F : 包括 :铸坯坯壳与二次支撑装 置夹 辊问及夹辊轴承 中的摩擦 阻力 ,铸坯 “ 鼓肚 ” 或 冷却不均匀引起铸坯变形以及铸坯冷缩时产生的 阻力等。该阻力可按经验数据选取。 F 2 = K S 9 8=1 2 5 1 2 6 N ( 2 ) 式 中,K为系数 ,K=1 2 k g cm ;S为在二 次冷 却支承装置 内的铸坯断面积 ,S= 2 8 cm 3 8 cm。 2 3 铸 坯 的矫直 阻 力 当铸坯通过矫直区时受到矫直力 的计算方法 如下 。 ( 1 ) 矫直阻力 。在正常拉坯 条件下 ,铸坯所 受的矫直力对拉坯产生两方面的阻力 ,一是矫直 力在矫直辊处引起 的摩擦阻力 ,二是矫直力在铸 坯运动方向所产生的矫直阻力。 7 8 重 型 机 械 2 0 1 2 NO 4 F , =( 1 + co s O i ) z ( 3 ) 式 中,n为矫直辊数 ; 为矫直辊与铸坯 间的滚 动摩擦 系数 , =0 0 2 40 0 3 ;0 i 为 i 号矫直 辊与铸机水平 中心线的夹角 ;0 =7 2 6 2 6 4 。 ,0 : = 8 4 0 8 5 6 。 ,0 。 = 9 0 。 ;Z 。 为液压缸加在矫直辊 上的压力 ,z = 4 9 0 0 0 0 N。 将各值代人式( 3 ) 得 F = 2 1 1 5 0 5 N ( 2 ) 摩擦阻力的计 算。 F 3 2 = P ( 4 ) 式 中,n为矫直辊数 ,n=3 ; 为矫直辊 与铸 坯问的滚 动摩 擦 系 数 , =0 0 2 40 0 3;P 为 号矫直辊上 的矫直反力 ,P = = 2 7 0 3 3 5 N。 将 L =1 3 5 cm,o r =5 0 0 MP a ,B=3 8 e m, D= 2 8 cm各值代人式 ( 4 ) 得 F =8 1 1 0 ,N。 F3=F3 1 +F3 2 =21 9 61 5 N 2 4铸坯 自重下滑力 在二次冷却区内的铸坯因其 自重而下滑 ,这 有 助于 拉坯 。 根据诸力对 O 点力矩的平衡条件 ,铸坯 自重 产生的下滑力 为 - 6 6 7 9 8= 9 4 0 3 8 N( 5 ) 2 5 其他 阻力 其他阻力主要包括切割阻力和有关的辊道阻 力 ,计算时可按各种阻力之和的 1 0 选取。 综上所述 ,在正常拉坯条件下 ,从结晶器拉 出至铸坯被切断为止 ,总的拉坯阻力 F为 F=F 1 + F 2 + F 3 一F 4 + F 5 =2 8 7 9 4 4 N 3 拉矫机电动机功率的确定 3 1 拉坯功率 F N V p 5 2 k W ( 6 ) 式中,F为拉坯 阻力 ,; 。 为最大拉速 , = 1 m m in ; r 为总效率 , =9 0 由于受力不同,速度不同,传动辊在拉坯时 的功率和送引锭杆时的功率是不同的,应分别计 算 ,最后取 计 算 的最 大值 作 为 选 择 电动机 的 依据。 3 2 送引锭杆 的功率 P 7 7 7 7 k w ( 7 ) 式 中,P 为送引锭杆的阻力,包括传动辊的摩擦 力 、引锭杆 自重产生的下滑力、引锭杆 自重产生 的摩擦力 ;P =1 0 6 0 3 6 N;“ 为送引锭杆的最大 速度 , d = 4 m mi n ;叼为总功率 ,7 7 = 9 0 。 以上计算均为正常拉坯和正常送引锭杆时所 需 的 电 机 功 率。 如 果 考 虑 到 事 故 状 态 , F 事 故 ( 拉 坯 阻 力 ) =3 F,贝 0 N 1=3 N1 ,3辊传 动 ,贝 0 每辊 电机功率为 5 2 k W;考虑到送 引锭杆需要 点动控制 ,则 N 2 =2 N2 ,3辊传 动,则每辊 电 机功率为 5 1 k W。 由于现场还有许多未知因素,因此该拉矫机 的电动机功率值取为 6 6 k W,电动机转 1 0 0 r rai n 1 0 0 0 r m in 2 0 0 0 r min ;拉坯 时,电动机 转速在额定基础上 往下调 ( 恒转矩 ) ;送引锭杆 时,电动机转数在额定基础上上调 ( 恒功率) 。 4 拉矫机矫直段主要参数的确定 现代大方坯连铸机大部分采用带液相进行矫 直 ,为了保证铸坯质量 ,防止铸坯 内裂 ,采用的 主要方法是多点矫直技术。 4 1 基本半径的确定 连铸机的基本半径主要与铸坯厚度有关 ,根 据经验 ,一般合金 钢大方坯取铸 坯厚度的 4 0 5 0倍作为基本半径。也可用下式计算初定基本 半径。 R=( 1 21 4) a 0 S 3 u O ( 1 0) 式中,尺为初定 基本半径 ,计 算结果可取 为 5 0 的整倍 数 ,m m;a为铸 坯 厚度 ,a=2 8 0 m m; s为钢种系数 ,普碳 钢 S=1 ,高碳 钢 S=2 ,低 合金钢 S=3 ;t , 为拉坯速度 ,“=1 0 0 0 ra m ra in 。 4 2 铸坯最大变形率 为使大方坯连铸机在拉矫过程中的矫直变形 率降低 到 0 1 甚 至 0 10 2 ,因此 应进行多点矫直。 4 3 矫直变形次数计算 n= 1 0 0 =2 1 1 移 ( 1 0 ) 重 型 机 械 7 9 式中, =0 1 按产 品假设 每次的变形 率 0 1 是可以满足要求的。 计算结果应分 3次进行矫直 ,每次的变形率 为 0 0 6 5 左右。 4 4 矫直半径的计算 尺 = D 2 S 2若R D ( 1 1 ) , r 一 , l I 、 “ 一 ( 一 ) 一 ( 一 一 ) 式中, 为矫直点处坯壳的变形率,取0 0 6 5 ; s为矫直 区内凝固坯壳厚度 ,根据经验公式 ,取 S=0 1 1 00 1 2 0 m;D 为 铸 坯 厚 度 ,D = 0 2 8 IT I 。 将上述值代人式 ( 1 1 ) ,得 R 】 =1 6 2 5 6 m,取 R 】 = 1 6 1 1 3 R 2 =3 1 7 1 4 m,取 R 2 =3 1 m R3= 5 拉矫机的特点 ( 1 ) 采 用 了国际先进 的钳式结构 ,重量轻 , 使用 、调整 、维修方便 ; ( 2 ) 拉矫机主传 动减速机采用螺旋伞齿轮行 星减速机 ,采用外壳和内部 同时冷却新工艺 ,以 适应高温多尘的工作环境 ; ( 3 ) 三点矫直 ,铸坯经拉矫机后 ,不会产生 表面裂纹和内部裂纹 ; ( 4 ) 选用了德国莱伯斯油气润滑技术,减少 设备的故障率 ,大幅度提高轴承的使用寿命 ; ( 5 ) 主传动系统采用立式安装 电机和防热措 施 ,富有新意,得 当合理 ,效果显著 ; ( 6 ) 机架布置安装方便 ,检修容易 ,对弧准 确。更换备品时 ,只须打出定位销轴和拆开快换 接头 ,大大提 高 了作业率 ,降低 了工人 的劳 动 强度 ; ( 7 ) 冷却水系统最低点设置排水阀和空气吹 扫,以及冷却管路的保温防冻 ,使本机达到尽善 尽美的程度 。 6 结论 鞍钢第一炼钢厂大方坯 连铸 机 自2 0 0 0年 1 月 2日第一次热负荷试

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