炼钢厂板坯连铸结晶器在线调宽(调窄)装置.doc

毕 业 设 计 论 文题目：板坯连铸结晶器在线调宽（调窄）装置指导教师： 学 生： 年 月 日摘 要连铸技术在钢铁冶炼过程中有着广泛应用，是钢铁铸造的主要形式。从铸坯的形状可将连铸分为：板坯连铸，方坯连铸，圆坯连铸和异形坯连铸。板坯连铸是连铸生产的重要形式，占连铸产量的绝大部分。板坯连铸的宽度一般是可调的，以此来满足不同产品规格对铸坯的要求。如果要通过停浇来调整铸坯宽度，则会降低生产效率，不能满足高效生产的要求。为了保证生产的连续性，钢铁生产企业需要一种不停浇的调宽方式。国外一些钢铁企业开始应用多种的结晶器在线调宽技术，但在国内的钢铁企业应用还不多。在此，设计一种板坯连铸结晶器在线调宽装置，满足企业对连续生产的需求，提高经济效益。关键字：板坯连铸 在线调宽 学生签字：老师签字 目录1连铸的产生和发展 31、1连铸技术的产生 31、2连铸技术的优越性 31、4连铸技术的发展 42连铸设备 52、1连铸设备的组成 52、2板坯连铸设备 53、在线调宽装置 63、1结晶器及组成 63、2在线调宽装置 64、电机选择 94、1选择电机类型 94、2计算电机功率 95、圆锥齿轮传动计算 105、1齿轮计算 105、2齿轮轴计算 136、蜗杆传动的设计计算 177、滚动螺旋传动计算 198、结论 219、致谢 22参考文献 23绪 论结晶器是在连铸生产中最重要的部分。它与结晶器振动台连结在一起，从中间包滑动水口下来的钢水，注入到结晶器内，通过结晶器冷却使钢水结成一定规格强度均匀的极薄坏壳，通过结晶器振动装置的振动而脱模，被逐渐拉出的结晶器，面进入支承向段，可见结晶器的重要和关键的装置。结晶器主要由宽面装置，窄面装置，调宽装置，导向装置，夹紧装置，冷却系统组成。但是目前，中国连铸浇钢过程中在线调宽技术滞后于时代发展的要求，在线调宽整体水平软底，由于我国是钢铁生产大国，只有改进在浇钢过程中在线调宽，提搞生产效率才能满足未来钢铁生产的技术要求。1、连铸的产生和发展1、1连铸技术的产生连续铸钢技术最早出现于1866年，美国人亚瑟和德国土木工程师达勒恩最早提出了以水冷，底部敞口结晶器为特征的常规连铸概念。在20，30十年代连铸过程主要用于有色金属。本世纪40年代在美国建成了第一台工业试验性连续铸钢装置，并取得成功。50年代连续铸钢设备开始在苏联用于工业生产，而真正被人们所重视得到迅速发展的70年代1985年，日本和联帮德国的连铸比分别达到91.1%和79.5%，1987年世界平均连铸比达到54.8%，我国的连铸技术研究，开始于1956年，虽然起步不算晚，但经历了一段曲折的道路。1、2连铸技术的优越性连铸技术与模铸相比具有巨大的优越性，表现在：1）简化了工序，缩短了流程。省去了脱模，整模，钢锭预热，整模开坯等工序。由此可节省基建投资约40，减少占地面积30，劳动力节省约70。2）提高了金属受得率。采用模铸工艺金属受得率为8488，而连铸工艺为9194。极大提高了经济效益。3）降低了能源消耗。才有连铸工艺比传统工艺可节能2550。4）生产过程机械化，自动化程度高。设备和操作水平的提高，采用全过程计算机控制，从根本上改善了劳动条件，提高了劳动生产率。5）提高质量，扩大了品种。几乎所有的钢都可以采用连续浇铸，而且质量很好。1、3连铸技术在我国的应用。我国连铸技术研究，始于1956年，虽然起步不算晚，但经历了一段曲折的道路。1980年前，我国共建连铸机25台；连铸比只有6.2%，此后九年间，经多方协作努力，又新建连铸机87台，总计112台，1989年我国的连铸比达到16。39%，但与世界上发达国家相比，差距仍然很。2005年，我国连铸生产伴随着钢铁生产持续高速增长的形势，再次取得可喜的成绩。据不完全统计，2005年新诞生连铸机共81台、235流，年增产能7083万吨。其中，板坯（含扁坯）连铸机增加31台、45流，年增产能3351万吨；薄板坯连铸轧设备增加3台、4流，年增产能780万吨；大方坯、矩形坯连铸机增加11台、40流，年增产能598万吨；小方坯、矩形坯连铸机增加31台、129流，年增产能1994万吨；圆坯连铸机增加3台、11流，年增产能160万吨；异形坯连铸机增加2台、6流，年增产能200万吨。2005年新增连铸机平均单流年产能为30.14万吨。新增板（扁）坯连铸机和薄板坯连铸连轧设备年产能共4131万吨，占所有新增连铸机总产能的58.32%。截至2005年年末，全国正在生产的连铸机累计总台数达677台、2207流，年产能达到41077.75万吨，其中板（扁）坯连铸机和薄板坯连轧设备的年产能约占年总产能的41%。1、4连铸技术的发展自从连续浇注技术用于钢铁工业以来，连铸机的高度向低方向发展，即从立式到立弯式，再到弧形，近年来又出现了水平连铸机。从连铸坏断面来看，有方坯、矩形坯、板坯、圆坯及各种异形坯。50年代后期，首先用于工业生产的是立式连铸机。这种连铸机虽然工艺条件优越，但设备复杂、高大、地坑深，用于旧钢厂改造困难较大。此外，铸坯的运出也比较麻烦。因此，目前除了一些特殊钢生产外，一般不采用立式连铸机，作为替代立式连铸机的是60年代初开发的立弯式连铸机。首先采用立弯式连铸机的有联邦德国的迪林根厂和奥地利的本特勒厂。他们所采用的立弯式连铸机生产时，铸坯的弯由是完全凝固的状态下进行的。而后来美国钢铁公司和联邦德国克勒克内厂采用的，立弯式连铸机，则铸坯在到达弯曲部分时还未完全凝固，这对生产是有利的。随着连铸速度的提高和铸坯断面的增大，于1963年后开发了圆弧形和椭圆形连铸机。工业用弧形板坯连铸机是在联邦德国的曼内期曼公司首先投产的。弧形连铸机能起到立式和立弯式连铸机同样的作用，但设备的高 得多，一般还不到立式连铸机的一半。60年代以后，除了浇注特列断面和特殊钢种的铸坯外，弧形连铸机已成为各种连铸机中的主流，特别是大型板坯连铸机更是如此。近年来，有的钢厂采用了直结晶器弧形连铸机，对去除夹渣，生产最质量铸坯更为有利。70年代后期以来，进行试验和用于生产的水平式连铸机，是各种连铸机中高度最低的，但到目前为止，还没有在浇注大断面铸坯方面有所突破，产量比较低。如果水平式连铸机在技术、经济方面有新的突破，将可能取得进一步推广。此外，在连铸机的发展初期，还有人对倾斜式连铸机进行过试验研究。但是，由于夹渣偏析等问题难以解决没有投入工业生产。1968年，法国的瓦洛尔厂投产了世界上第一台生产圆坯的立式旋转连铸机。在旋转连铸中，圆坯一边旋转一边被压送出去。这种连铸法铸出的圆坯，夹渣多集中在中心，除去芯部后，好可轧制出优质的管材。近年来，日本、美国、西欧等国对薄板坯连铸机和薄带材连铸机发生了浓厚的兴趣，进行了多种机型试验。除了采用有色金属连铸常用的双带式、双辊式、单辊式连铸机进行试验外，联帮德国西克公司还在立弯式连铸机上成功地浇铸了薄板坯。 2 连铸设备2、1连铸设备的组成。 连铸设备主要由：大包，中间包，结晶器，结晶器震动装置，二次冷却和铸坯导向装置，拉坯矫直装置，切割装置，出坯装置组成（见下图）。图呢？2、2板坯连铸设备板坯连铸设备是由一系列单机组成的，随着连铸技术的发展，为了适应大规模、大型化的生产，设备构成项目不断增多，结构也日趋复杂,从炼钢炉炼出的钢水，经处理后装在钢包1中，用起重机吊装到钢包回转台上。钢包回转台将钢包转送到连铸机的浇钢位置，然后打开钢包塞棒或滑动水口，钢水便流入到中间包围2内。由于中间包深度与钢包深度小得多，中间包中的钢水静压力也较小，因此从中间包水口流出的钢水比较缓和，易于控制。用车将中间包运关到结晶器上方，为了准确无误地对准浇钢位，在中间包车上设有横向微调装置。拔出装在中间包下部的浸入式水口后，钢水便从中间包不断流过水冷结晶器5中。结晶器内部为钢板，外壳为钢板，中间通水冷却。钢水在结晶器凝结成坯壳，而内部仍为液相。板坯断面取决于结晶器内腔的形状和尺寸。为了使板坯与结晶器顺利脱开，保证连续浇钢的进行，结晶器支承在振动装置3、4。在浇钢过程中，振动装置使结晶器按一定规律不断地上、下振动。在结晶器内形成坯形的板坯，由拉矫机8通过引锭装置，以一定的速度不断地从结晶器中拉出。然后，通过二次冷却区（直接喷水或喷雾化水），使内部液态钢水逐渐完全凝固。在二次冷却区设有很多夹辊，以支承和导向铸坯，防止铸坯因内部未凝固的钢水静压力而产生鼓肚变形。当铸坯与引锭头部凝结的部分通过拉矫机后，用脱锭装置把引锭与铸坯脱开。引锭被送到预定的地点存放，以备下次开浇时再用，而铸坯不断延伸增长。完全凝固的铸坯经矫直后，用切割机切定尺长度的板坯。目前绝大部分板坯的切割，采用的火焰切割机对断面较小的板坯，也可以采用液压或机械式飞剪机进行切割。以上所述，主要是连铸机本体的主要设备构成及其简单工艺过程介绍宽面装置（外弧铜板，内弧钢板和宽面足辊）。 3、在线调宽装置 3.1 结晶器及组成结晶器是连续铸钢设备中一个非常关键的部分，在钢水注入结晶器逐渐形一定厚度坯壳的凝固过程中，结晶器一直承受着钢水静压、摩控力、钢水热量的转递，以及调宽时作用在结晶器上的力等诸因素的影中央委员，使结晶器同时处于机械应力和热应力的综合作用下，因面，工作条件极为恶劣，为了从结晶器中顺力拉出合格的铸坯，结晶器应满足以下基本要求：1、应具有良好的导热冷却能力和耐磨性能。2、结晶器的钢性要好，特别是在激冷激热、温度梯度变化大的情况下，变形要小。3、结构紧凑，便于制造，装卸主便，调整容易，冷却水路能自行接通，以满足快速更换的要求；4、为减少振动时的惯性力，在满足上述三个条件下，结晶器重量要轻，以减少振动装置的驱动电机动率并使振动平稳 一个完整的结晶器由内弧侧铜板及冷却箱、外弧侧铜板及冷却箱、窗边铜板及压板、冷却箱、调宽装置、宽面夹装置、宽边足辊和窄边足辊、导向装置。浇钢时，结晶器位于中间罐的下记，从中间罐注入的钢水在其中北固并形成的规定尺寸的外壳，在中心还是液态的情况下，铸坯就从结晶器中被拉出来。为了更好地支撑这薄的坯壳和减少鼓肚，有的紧靠结晶器下端的宽边布置有两对足辊，在窄边布置三对足辊。为了提高组合结晶器的刚性，将组合结晶器安装在支撑框架上，为在线安装提供了方便。3.2 结晶器调宽装置为了满足用户对不同宽度板坯的需要，目前世界上的一些钢铁厂，有的更换结晶器，有的采用在线调宽（有停产和不停产之分），也有的采用大压量的平立式三机架粗轧机来实现。用更换结晶器的方法生产不同规格的钢坯，一不利于组织生产，易造成产品积压；二会降低连铸机作业率，非生产时间较长。因此，现代化的板坯连铸机都有不采用这种方案。目前，在造铸机上采用较普遍的在线调宽技术，在连铸过程中变板坯宽度。3.2.1在线调宽技术的优点1.能连续浇铸出不同宽度的板坯，使产量增加，若采用在线停滞不前机调宽，每调一次宽度约需用1小时。2.采用在线调宽，可减少部分头、尾铸坯损耗，提高连铸的收得率。3.铸坯尺雨选择的自由增加，可连续浇铸相近似的钢水，而不用停机（在普通连铸机上，铸坯尺寸和钢水成份不同，不能一次连铸。然而在我们钢厂的连铸机浇钢生产中，由于某种原因，结晶器的调宽是采用完全停滞不产状态进行调宽，同时还是原始的方法，用手动调宽，这样大大降低了连续铸钢率，使生产效率下降，产量降低，从而增加了工人劳动强度。3.2.2 常用的调宽方法1.加模拟窗边的调宽方法加模拟窄边的调宽方法时，停止浇铸和拉坯，移出浸入水口，放入模拟窄边到结晶器下部时，开浇拉坯，此方法能调宽、调窄，但停浇时间长，操作不便。2.不停浇调宽方法；此方法刚开始采用时，需要根据不同的调宽速度，降低拉坯速度，如调宽速度为3mm/min，得将原拉速1.2/min降低到0.70.8m/min，即降低3341%，现在的在线调宽无须降低拉速，调宽有电动调宽和通过液压缸及脉冲马达调宽两种。后一种调宽方式调节精度高，但生较差，设备维修，技术要求高。电动调宽方式刚性好，但停止精度不如液压缸的好，须消除丝杆与螺母之间的间隙。电动调宽方式又可分为两种：一种是锥度调整和平行移动用一个电机，锥度调整通过窄面压板上的上下两个丝村来实现；另一种是调宽和调锥度各用一台电机，在调锥度时，调宽装置一起摆动（图3是调宽示意简图）。钢水调节方向锥度窄边图3 根据我厂的情况有时改动采用PLC控制系统。3.2.3 PLC控制系统它是由直流“伺服系统”为伺服电机来控制调整结晶整的调窄边装置（调宽来调窄）缓慢移动，从而来实现调宽、调窄，操作人员在操作控台上输入所需调宽的板坯尺寸，信息反馈到中控操作室，电脑自动算出所用电机所要转动圈数和行程速度，启动PLC系统，就自动打开结晶器的夹紧装置进行调宽功能。伺服电机后安装了一个测速电机起着测量电机的转速和控制平行移行程。从而保障在线调宽的顺利进行。伺服电机窄面装置丝杆千斤顶万向轴接手减速器 (图5)图5是改造后的结晶器调宽装置布置简图。调宽装置由PLC控制系统、伺服电机（4台）、减速机（4台）、万向轴（辊）、丝杠千斤顶（4台）组成。经过这样改造后，比原来的更加方便，最重要的大大提高生产率，降低成本，提高铸坯的成品率，节省了节机时间1个半小时以上。（先给出原设计图及方案，说出其特点，然后再给出现有设计图及方案进行比较。）调宽方式：在线调宽我们厂浇铸板坯断面尺寸 厚度为200mm宽度为7501350mm结晶器开口尺寸 上口（7701386）206mm下口（7601376）206mm结晶器长度为900mm外弧半径为9000mm调宽方式为：在线电动调宽4、 电机选择4、1选择电机类型 （首先画出传动方案简图后，再计算） 钢液在结晶器中冷却，形成初生坯壳。此时的坯壳非常薄，且受到多重应力的作用。在浇铸过程中调宽（或调窄）极易导致坯壳破裂漏钢，造成重大设备和生产事故。这就要求调宽时，侧面铜板装置运行要平稳，传递的力矩要均匀，调速范围要宽，位置控制要精确。基于以上要求，在设计上选用直流伺服电机来调整侧面铜板装置来完成调宽（或调窄）。直流伺服电机具有以下优点：直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。具有起动转矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性的线性度好，控制方便等优点，4、2电机功率计算4、2、1计算丝杆千斤顶的驱动功率1）工作时丝杆千斤顶的受力分析、侧面铜板装置的重力w=5000N窄边的钢液静压力。钢液的静压力很小可以忽略。宽窄边的铜板之间的摩擦力。宽窄面铜板为间隙配合，所以摩擦力为0。铸坯压入反力。由于窄边是按原锥度进行平移，所以宽度扩大时窄边平行移动的铸坯压入反力Fsn0。所以调宽（或调窄）时移动窄面所需要克服的是窄面铜板装置的重力。故 FW=5000N2）、计算丝杆轴上的扭矩T 螺纹升角 当量摩擦角 d2丝杆中径初选丝杆千斤顶由于要求传递精度高，所以选择滚动螺旋千斤顶。初选CDM5006-3型号的滚珠螺旋千斤顶。主要参数:d=50 d1=40 P=6 n=2 所以 （其值T=26677N） 3)、计算丝杆转速丝杆转速n=v/np 因为转速最高时所需要的驱动功率最大，所以V=200/min n=200/26=16.7r/min4） 丝杆所需要的驱动功率 （计算公式不对，若T为Nm、n为r/min、P为KW则系数为9550。T=9550P/n） 5）、计算电机功率 P=P1/ 传动装置总效率。查表取：（要写出资料名称、页数、表的编号。）滚动轴承的效率圆锥齿轮的效率蜗杆传动的效率弹性连轴器的效率万向连轴器的效率滚动丝杆千斤顶的效率总效率所以P=0、47/0、810、59kw6)选择电机 根据上述计算结果，并且参照其他钢厂板坯连铸机的经验，选择电机GYG142CC2-T2E型伺服电机。电机相关参数如下：输出功率P=1、4kw转速n=0752000r/min电压:320v 5. 圆锥齿轮传动计算板坯连铸结晶器在线调宽（调窄）装置传动比大，传动精度要求高，传递的力矩平稳。所以齿轮传动加蜗杆传动减速。齿轮传动布置在高速级，蜗杆传动布置在低速级。分配传动比：圆锥齿轮传动比i=47蜗杆传动比i=27 5、1齿轮计算 选择直齿圆锥齿轮传动，已知传递功率P=14KW，转速n=2000rpm，i=47，一轮悬臂布置，=900。设计步骤：1、 选择齿轮材料及精度等级（1）、齿轮材料 参考表10-1 P145；小轮 45 调质 HBS220250 大轮 45 正火 HBS170210 （你是设计的硬齿面，这是软齿面）（2）、精度等级 大小轮均采用7级精度 2、确定许用应力（1）、极限应力Hlim、Flim 插图10-11P158 Hlim1=560 MPa HLim2=530MPa 插图10-8P155 Flim1=190MPa Flim2=180MPa（2）、确定安全系数 查表10-9P155 SFmin=1.25 SHmin=1.1（3）、弯曲疲劳许用应力 、寿命系数YNT 应力循环次数N： N1=60ntj=60200010163001=576109 N2= =1226109 查图10-9P156 YNT1=0.85 YNT2=0.88 、应力修正系数YST 查P154 YST=2.0 、敏感系数YreT 查P154 YreT=1 、表面状况系数YRreT 查P154 YRreT=1 、尺寸系数YX 查P154 设mn5mm YX=1 （计算后m=9，则YX=0.96） 、弯曲疲劳许用应力 = =258 MPa F1=256MPa） =253 MPa (修正后F2=249MPa） 3、按弯曲疲劳强度设计（确定齿轮模数m） （1）、确定齿数Z 取 Z1=20 Z2=iZ1=2047=94 取Z2=45 （2）、计算实际传动比i （3）、齿宽系数d 由 P169 取R=0.3（4）、小轮转矩T1 （5）、载荷系数K 、使用系数KA 表10-4P148 KA=1 、动载系数KV 图10-3P149 估计V=4m/s 取KV=1.18（修正后KV=1.16） 、齿间载荷分配系数K P170 KF=1 、齿向载荷分配系数K 由P170 （一端支承） KF=1.88 （按9级精度查值） 、载荷系数K KF=KAKVKFKF=11.1811.88=2.2 （KF=2.18）（6）、齿形系数YFa，校正系数YSa 、计算齿轮分度圆锥角 2=780 1=900-2=900-780=120 、计算当量齿数ZV 、确定YFa、YSa查表10-7P153 YFa1=2.8 YFa2=2.06 Y1Sa=1.55 YSa2=1.97 、比较的值 故代入小轮的数值（7）、计算所需模数m m= 1。74 mm （修正后m=2mm） 由于是开式齿轮传动、将值增大10%20%。（注意，若为闭式齿轮，则不增大。） m=（1.11.2）1。74=1.912.08mm查表5-1P54 取m=2mm 4、确定齿轮其它参数 （1）、锥距R mm （2）、确定齿宽b b=RR=0.396=28.8mm取b=30mm （3）、计算分度圆d d1=220=40mm d2=mZ2=294=188mm （4）、计算齿轮圆周速度Vm dm1=d1-bsin1=40-30sin120=33.73mm s （与假设不符，应修正） 6、计算齿轮作用力 Fr1 =Ft1tancos1=396.38tan200cos120=141.13 N=-Fa2 Fa1=Ft1tansin1=396.38tan200sin120=29.99N=-Fr2 7、绘制齿轮工作图 5、2齿轮轴（一轴）的计算试设计已知圆锥齿轮减速器为高速轴，已知轴的转速n=2000r/min，传递功率为1.4KW，轴上齿轮参数为：齿数为20齿，法面模数m=2，齿宽及轮廓宽b=65mm。、选择轴的材料，减速器功率不大，又无特殊要求，故选最常的45钢并作正火处理，由表查得、按转矩估算轴的最小直径，应用估算由表查取A=118（因轴上受较大弯矩），于是得计算应是最小轴径（即安装联轴器）处的直径，该轴段因为键槽，应加大3%-7%。并圆整d=20mm、轴的结构设计 根据估算所得直径，轴的结构及尺寸可进行草图设计，如图所示，轴的输出端用TL7型弹性套柱联轴器，孔40 mm，孔长84mm，取轴肩高4mm，作定位用。齿轮两侧安装36，轴其宽度为20mm，在轴用套端盖定位，根据轴安装尺寸的要求，轴肩高度取为3.5mm，轴与齿轮、轴与联轴器均用平键联接，根据减速器的内壁到齿轮和轴承端面的距离以及轴承盖、联轴器装拆等需要，参考设计手册中的有关经验数据，将轴的结构尺寸初齿取字128mm ,由此可进行轴和轴承等计算。齿轮分度圆直径d=40齿轮所受转矩 齿轮作用力（图b）圆周力 径向力 轴向力 、轴承支承力(图c及图e)水平面垂地面、绘制弯曲图（图d）截面b： 垂直载面弯矩图f 合成弯曲短图g、绘制转短图，由前知查表得、绘制当量弯曲对于截面b：(图i)对于截面a和I、分别计算截面a和b处的直径两载面虽有键槽削弱，但结构设计所确定的直径分别达到24mm和30mm，所以强度足够。如所选轴承和键联接等计算，确认寿命和强度均能满足。 （ 图中无轴的结构尺寸，直径、长度等。）6. 蜗杆传动的设计计算设计驱动链运输机的蜗杆传动，已知：蜗杆输入功输P=1.4KW，转速成n=425/min，蜗轮转速n2=62r/min，传动比i=27。（1）、选择传动的类型，精度等级和材料考虑到传递的功率不大，转速较低，选用ZA蜗杆转动，精度8CGB10089-88蜗杆用35GrM。表面淬水，硬度为4550HRC，表面粗糙度，蜗轮转缘选用金属铸造。（2）、选用蜗杆、蜗转的齿数 参考表 取，（3）、确定许用应力由表查得 按图查得Vs=8m/s,再表采用浸油润滑得轮齿应力循环次数查表 （4）、接触强度设计载荷系数取K=1.2蜗轮轴的转矩（式中暂取）代入上式查表接近于的是2500相应查表i=27 m=6.3mm d=80mm其中a=400mm,蜗轮分度圆直径导程角（5）、求蜗轮的圆周速度，并核效率实际传动比蜗轮的圆周速度（6）、核蜗轮齿面的接触强度按表齿面接触强度验算公式查表得按表取，取，取蜗轮传递的实际转矩当时查图得将上述诸值代入公式