拉矫机的相关参数计算.pdf

4 8 南钢科技与管理 2 0 1 2年第 4 期 拉矫机的相关参数计算 刘亚洲 杨 奕兵 ( 电炉厂 ) 摘 要： 详细分析拉矫机的拉坯力、 矫直力， 以确定传动电机功率、 减速箱的选型以及压下油缸的缸径， 得出简 化的计算方法。 关键词 ： 连铸拉矫机拉坯力矫直力 Ca lcula t io n o f Re la t iv e Pa r a me t e r s o f Te ns io n Le v e le r Liu Ya z ho u Ya ng Yib ing ( E l e ct r ic A r c F u r n a ce ) Ab s t r a ct ： P o w e r o f t r a n s mis s io n s mo t o r s ，r e d u ce r s e le ct io n a n d cy lin d e r b o r e o f s cr e w d o w n cy lin d e r ca n b e d e t e r min e d t h r o u g h a n a ly s is o n s la b d r a win g f o r ce a n d s t r a ig h t e n in g f o r ce o f t e n s io n le v e le r ，w h ich h a s o b t a in e d s imp lif ie d cal cu la t io n me t h o d K e y wo r d s ： co n t in u o u s ca s t in g ；t e n s io n le v e le r ；s la b d r a w in g f o r ce ；s t r a ig h t e n in g f o r ce 1 概 述 拉矫机是小方坯连铸机生产中不可缺少的设备 之一。对于弧形 连铸机 ， 生产 的产 品也 必须 是直 铸 坯， 当铸坯出拉坯机后还必须矫直。在实际生产中， 拉坯和矫直是在同一机组完成的， 称为拉坯矫直机 ( 简称拉矫机 ) 。连铸机 工艺对拉矫机 的技术 要求有 以下几点 ： 1 ) 克服结晶器和二冷装置对铸坯的阻力 ， 将铸 坯拉出 ， 并能将引锭杆送入结晶器下 口。 2 ) 具有良好地调速性能， 并能灵活地正反转 ， 以 适应不 同条 件下 拉 速 的变化 和快 速 上 引锭 杆 的需 求。 3 ) 拉矫辊上下辊之间要具有足够的开口度并能 调节， 以便生产不 同厚度的铸坯。采用刚性引锭杆 时应允许引锭杆通过 。 4 ) 上辊应有 足够 的压 下力 ， 以满 足拉坯 摩擦 力 和矫直铸坯的要求； 压力要能调节， 以适应不同断面 和不 同钢种 的要求 ； 要防止对铸坯 加压过量 ， 造 成铸 坯缺陷 ， 并能在开浇时从引锭杆过 渡到铸坯 时 ， 压力 应迅速转变， 以防止将高温铸坯压变形。 5 ) 结构应简单 ， 便于安装和维护， 并具有足够的 强度和刚度 。 2 参数选择 根据钢种 断面及 工艺 条件 ， 计 算 拉坯 力和 矫 直 力 ， 据此确定设备选型。它需要工艺条件确定后 ， 具 体考虑。 2 1 拉坯总阻力( F) 总的拉坯阻力应包括结晶器内的摩擦阻力， 二 冷装置中的摩擦阻力以及矫直时产生的矫直阻力。 2 0 1 2年第4期 南钢科技与管理 4 9 此外， 剪切设备 、 辊道 、 导板均产生对铸坯的运动阻 力， 但这些较难估计， 可以从安全余量中加以考虑。 2 1 1 结晶器阻力( ) 一铸坯在结晶器 内产生的 摩擦力， 一般均参照实测数据决定或按经验值。结 晶器周边阻力经验值为 1 01 5 1 0 m。 2 1 2 二冷装置阻力 ( F 2 ) 一铸坯在二冷装置中的 阻力 ， 应包括摩擦阻力 和下滑力 两部分。 阻力 ： F = 一F 式中 ： 一二 冷装置阻力 ， N； 一 铸坯与导辊间的摩擦阻力， N； F 一 下滑力 ， N 。 若按单元摩擦2 a f , 及下滑力 考虑 ， 则有下式： =R 。 A 。P 。g co s =R A P g s in a 则单元内二冷装置阻力 应为： = is 一 s 当铸坯长度为角度 0 对应 的弧长时， 上式两边 对 如 进行积分， 则二冷装置阻力 应为 ： = ( R a v g co s a R A p g。 s i n a ) d a = ( s in 一 1+ c0 s ) ( N ) 当 = v 4时， F 有最大值 ， 一般二冷段夹角 一7 r 4 ， 则 ： F =R A p g ( g一1 ) ( N) 式中： 一铸坯外弧半径， m m； 一 铸坯断面面积， A= BH m m ； p 一铸坯比重， P= 7 8 1 0 6 k g m m ； 一 二冷区摩擦系数， 因工作条件恶劣， 实 际上经常有辊子不转动， 按滑动摩擦 考虑取摩擦系数 = 0 3 ； g 一重力加速度 ， g= 9 8 m s 2 。 2 I 3 矫直 阻力( F 3 ) 一矫直铸坯时产生的阻力。 根据铸坯矫直属于弹塑性弯 曲理论， 则铸坯矫直力 矩 Mn应为： Mn= P 2 L 2 = B I -1 2 4 ( N m) 式中： P 2 4辊处的矫直力， N； 一 矫直辊至切点辊 的距离 ， m； 一 高温状态下铸坯 的屈 服极 限 ， M P a ； 对 于不 同的钢种， 同种钢种在不同的温度下 ， 均不同。 按力矩平衡原理， 见上图， 以 0点取力矩， 则有 尸 2 ( + L )= F 3 R 将 上式代入得 ： F 3 =( L 2 + L 3 ) B 4 舭 2 ( N) 式中 。 ， ， 由连续矫直理论给出或计算而来。 经上述计算 ， 在考虑安全余量的情况下 ， 拉坯总 阻力 ( F ) ： F= K( F + + F 3 ) ( N) 式中： 一安全系数， 通常 K=1 5 。 2 2 装引锭杆时拉坯辊的受力 ( F ， ) 装引锭杆时， 引锭杆 向上运行， 摩擦阻力 向下， 下滑力向下。参照铸坯的二冷装置阻力( F 2 ) 的计 算 ， 装引锭杆时拉坯辊应克服的阻力 F ： F r = R A P g ( s in a 一 c0 s + 1 ) ( N ) 式 中 ： A 一 引锭杆 断面面积 ， m m ； p 一引锭杆材料比重 ， k g m m ； 一 引锭杆夹角 ； 一般 一 2 3 拉坯辊传动功率计算 2 3 1 按拉热坯计算的传动功率( N 。 ) Nl =F 叼 式 中 ： 一 拉坯 总阻力 ， N； 一 与铸坯断面对应的拉坯速度， m s ； 叼 一拉矫机传动总效率。 2 3 2 按装引锭杆计算的传动功率( 2 ) N。=F 式中： n一装引锭杆时拉坯辊克服的阻力， N； 一 装引锭杆时速度， 一般为 0 1 m s 。 2 3 3 选电机功率并校核 5 0 南钢科技与管理 2 0 1 2 年第 4期 比较 与 2 ， 取最大值做为静功率来选择电 机 。由于拉坯速 度要 根据 铸坯 断面 大小 、 钢种 性 能 等其他一些因素而调节， 驱动电机选用交流变频电 机 ， 以适应不同拉 速 的需 要 。因 1 # ， 2 # ， 4 # 辊 为单独 驱动 ， 故 应 选 三 台 电机。设 所 选 电机 功 率 为 ( k W) ， 转速 为 n ( r m in ) 。则拉坯时 电机转速为 ： n =V P i T rD 式中： n 一与铸坯拉速对应的电机转速 ， r ra i n ； 一 减速箱速比； D 一拉矫机辊子直径 ， r n 。 三台电机在额定转速下 的输 出力矩之和 ： M =39 5 5 0 N n 在拉坯过程 中 ， 一般 情况下 n p m a x l， 2 2 4 减速箱的选取 减速箱的输出力矩之 和 ： T：F D 2 按两台减速箱出力考虑， 每台减速箱输出力矩 ： 每 台 = T 2 考虑安全系数 K X ， 则减速箱许用输出力矩： r每台 = T每台 按 每台 和 i 以及外形要求选择适合的减速 箱。 2 5 压下油缸缸径的计算 在计算矫直阻力( F ， ) 时， Mn=P2L2=BH2o - 4 则 4 辊处 的矫直力 ： P2=BH2 o 4 L2 为使拉坯辊能克服拉坯总阻力 ( F) ， 则必须在 1 # 辊上施加有一定的正压力 ： PI =F 式 中 ： 一拉 坯 辊 与 热 坯 间 的 摩 擦 系 数 ， ：0 3l 。 为简化结构 ， 比较 P 和 P ， 在考 虑油 缸压 下力 和 P ， P ： 之间 的杠杆 关系 ， 取 油缸 压下 力最 大值 计 算油缸缸径 。 3 计算结果的分析 1 ) 由于高温状态下铸坯的屈服极限 对于不 同的钢种 、 同种钢种在不 同的温度 下均不相 同， 所 以 相对应 的矫直 阻力 ( F ) 也应根据不同的 来确定 ， 相应 的拉坯 总 阻力 ( F ) 也 随着 不 同的钢 种 、 同种钢 种在不同的温度 、 铸坯断面的变化而变化。 2 ) 由于拉 坯 总阻力 ( F ) 的 不确定 化 ， 所 以拉矫 机电机功率随着铸坯断面、 铸坯钢种 、 铸坯出拉矫机 的温度变化而改变。但实际中拉矫机电机功率是一 个固定值 ， 所以在计算时应考虑实际生产 中的所有 情况， 经计算取一个最大值。 3 ) 由于拉 坯压 力 P 和矫 直 压力 P ： 的不 尽 相 同， 且随着铸坯断面、 铸坯钢种、 铸坯出拉矫机的温 度变化而改变， 而为简化结构， 前后两个油缸的缸径 是相