大方坯结晶器振动装置.doc

大方坯结晶器振动装置 摘要:本文对连铸技术及连铸机的国内外发展现状进行了综述，特别是对结晶器的工作原理及其振动技术做了详细的介绍。为了保证浇铸过程中铸坯不与结晶器粘接，并获得良好的铸坯表面质量，给连铸机配备一个良好的结晶器振动装置是至关重要的。在实际中一套良好的振动装置应具有避免使铸坯承受水平力和弯矩，而只产生轴向的拉力或压力的能力。本设计主要是针对结晶器振动装置中偏心轴的设计以及校核，涉及到得内容有对轴上零件、联轴器、电动机和减速器的选择，此外，对结晶器振动装置的日常维护、润滑系统的测定、结晶器振动装置在线振动状况的检测方法及板簧的设计以及进行了分析。 关键词: 连铸；结晶器；振动装置；偏心振动机构Bloom mold vibration deviceAbstract：This design began the status of continuous casting technology and continuous casting machines at home and abroad, as well as the principle of the mold and mold vibration technology also are introduced in the paper. a good Mold vibration device is crucial for the continuous casting machine, it can not only guarantee the slab casting process and mold bonding but also get a good slab surface quality, a good vibration device should not be subjected to horizontal force and bending slab Moment, only provides the axial pulling force or pressure. The system is mainly aimed mold eccentric shaft vibration device in the design and verification, the choice of shaft and coupling parts, motor, and gear selection. Also briefly describes the final mold vibration device maintenance in their daily work, Determination of the lubrication system; mold-line vibration of vibration device detection method, and the leaf spring design and analysis. Key words: Continuous Casting; Mold; Vibration device; Eccentric Bodies目 录第一章 绪 论11.1 世界连铸生产概况11.1.1 连铸设备的发展21.1.2 连铸设备的结构21.1.3 国外板坯连铸机的技术改进31.1.4 薄坯薄带连铸设备的开发31.1.5 目前新研制的几种连铸机41.2 国内连铸的发展51.2.1 传统连铸技术的发展61.2.2 中等厚度板坯连铸技术发展111.2.3 薄带连铸技术发展121.2.4 与国外的差距和比较12第二章 结晶器的概述及基本参数132.1结晶器正弦振动规律及振动参数132.2正弦振动工艺参数的确定16第三章 结晶器振动装置分析203.1 结晶器四偏心振动机构原理203.2相关数据203.3传动功率计算及传动比的分配213.3.1传动功率的计算213.3.2电动机的选择223.3.3 分配传动比23第四章 减速器的选择244.1规定的工作不同时，进行修正计算24第五章 联轴器的选用255.1联轴器的选用255.1.1联轴器类型的选择255.1.2联轴器的选用计算25第六章 偏心轴的设计 结晶器四偏心振动 机构276.1偏心轴的设计计算276.1.1求输入轴上的功率 转速 和转矩276.1.2求作用在轴上的力276.1.3确定轴的最小直径286.1.4联轴器的选择286.2轴的结构设计286.3轴上零件的周向定位306.4求轴上的载荷316.5按弯扭合成应力校核该轴的强度326.6精确校核轴的疲劳强度33第七章结晶器振动装置在线振动状况的检测方法377.1分币检测法377.2一碗水检测法377.3百分表检测37致谢38参考文献40第一章 绪 论1.1 世界连铸生产概况 连铸技术是从50年代发展起来的，由于它比传统的模铸技术有更高的经济效益，因而从70年代开始就得到了迅速发展，成为炼钢和轧钢工艺之间不可缺少的组成环节 进人80年代以来，连铸技术又逐步进入更高的发展阶段，如开发了薄板坯连铸技术直接热装热送至热轧成材技术等， 实现从铁钢材的生产顺序重新组合，形成连续作业体系 这项技术的发展将给钢铁行业带来深刻技术变革。在世界钢产量中，1964年世界连铸钢坯产量300万吨，连铸比不到1。I973年上升到6420万吨，1O年增长了20倍。70年代来发展更快，尽管世界钢铁工业不景气，但连铸技术仍在迅速发展，1985年连铸钢坯产量达313亿吨，连铸比为49.4，1986年在世界钢产量下降的情况下，连铸钢坯为3.74亿吨，连铸比为5231987年连铸坯产量达4.04亿吨，连铸比达548。近年来连铸比正以每年3的速度递增。 世界利用连铸技术生产钢坯的国家主要为日本、 西德、意大利、法国、英国 、美国、苏联等，这些国家的连铸钢坯产量约占世界的70，而其中又以日本居首位。1987年日本连铸钢坯产量为9191万吨。连铸比为世界第一，占97。1.1.1 连铸设备的发展 由于生产连铸钢坯的连铸设备其工艺性极强。因而为配合近几年来连铸生产工的迅速发展设备也相应得到发展，并且日趋完善。连铸设备试验研究工作开始于本世纪40年代，到了1986年为止，可正式生产连铸钢坯的连铸机台数已达到1300多台 就世界连铸设备的设计、制造情况来看，目前已形成了几大主要派系和集团，列举如下：（1） 慷卡斯特体系 以瑞士的康卡斯特公司为主它主要包括西德施罗曼西马克公司日本住友重机公司等该体系是世界上最大的连铸专业设备设计和制造公司。（2） 曼内斯曼德马克体系 它主要由西德曼内斯曼，德马克公司和日本的日立造船公司组成，是仅次于康卡斯特体的世界第二大连铸设备设计、制造集团体系。（3）由奥钢联(奥地利钢铁联盟)和日本石川岛播磨重工业公司组成的体系，该体系的技术在日本应用很少。（4）由苏联的USSRVO Machinexpo与日本神户制钢组成的体系后来神户制钢又发展了苏联的技术。1.1.2 连铸设备的结构连铸机的机型有立式、立弯式、弧型、 弧型多点矫直式超低头型。其弧型机约为63。因为它与其主机型相比其生产效率高、生产品种多、质量好，且占用厂房及投资费用少、操作修理费用低等综台经济指标高。其主要结构：（1）钢水处理设备（2）连铸机奉体设备主要包括：钢包及其支承设备(如钢包车或钢包回转台等)；中间罐及其支承设备(如中间罐车和中问罐回转台)；结晶器及其振动装置；二次冷却装量和拉坯矫直机(有时称为铸坯导向装置)；引锭及其存放装置；铸坯切割装置及部分运输设备。（3）铸坯冷却精整设备：它包括从运输辊道以后至向轧钢车间输送合格铸坯之间的所有设备。如铸坯冷却设备、检查清理设备、堆垛 横移设备、二次切割设备、打标识符号设备(如打印机或喷印机)以及供连铸坯热装和直接轧制用的隔热保温设备。除此之外还有其它辅助设备1.1.3 国外板坯连铸机的技术改进钢包回转台：其作用是接受浇铸跨的钢水，旋转180。到,连铸的浇铸位置进行连续浇铸，其动作是旋转、定位、称量、升降、事故处理。近年来新建的大型板坯连铸机上均采用各种不同结构的钢包回旋台。如可以将盛钢桶分别放置在一个或两个单独驱动的转臂上；使多炉连浇更加方便，还可以将吊车解放出来，而不影响现有车间的其它工作。冲间罐：为稳定浇注，促进夹杂物上浮，提高铸坯内部质量、中间罐容量增大，罐内液面增高，并设置挡照墙。结晶器：结器器是决定连铸和铸坯断面形状和形成铸坯初期凝壳的重要设备。目前多采用长度为90095Omm的结晶器。二冷装置、拉坯矫直机及引锭装置：二冷段支导部分第一段采用密排小辊径央辊或密排小辊径分段辊采用收缩辊缝与辊缝检测装置及气 、水雾化喷嘴。拉坯矫直采用三点或四点多次弯曲矫直新工艺，在矫直点处采用压缩状态下的铸坯矫直。引锭装置采用上装引锭扦或下装刚性弧形引锭秆等。目前，世界上最宽的板坯连铸机是联邦德国Hoesch钢铁公司的一台带有中间罐转动系统的现代化大型连铸机。板坯宽度达2720mm，此单流连铸机生产能力接近200万吨每年。1.1.4 薄坯薄带连铸设备的开发 能够从钢水直接得到接近最终产品尺寸和质量的钢材是人们多年来为之努力的目标。薄板坯和带钢连铸不仅简化生产过程，降低了设备和操作的费用而且随着铸坯厚度的减薄，可利用其快速凝固效果创造新材质。其连铸得到的铸坯厚度为2O50mm。 从60年代开始薄板坯连铸已在有色金属工业中使用。1973年石油能源危机后成为国外研制的 重要课题。特别是日本、美国和西欧等国的钢铁公司和研究单位，投入了大量的人力、物力，竞相开发薄板连铸机。目前开发的机型有：（1）薄板坯连铸机：可分为双带倾斜式薄板坯连铸机；水平双带薄板坯连铸机；敞开水平式薄板坯连铸机；采用固定式结晶器的薄板坯连铸机。（2）薄带连铸机可分为双辊式薄带连铸机；单辊薄带连铸机。目前薄板坯及带钢连铸技术在国外仍处于研制、试驻、试生产或小批量生产阶段。1986年， 联邦德国SMS公司成功地用嘲定式结晶器和通常的方法生产出406O1200-1600mm的薄扳坯，铸速达5 6mmin。质量达到设计要求。 日本各公司对薄坯连铸技术的开发多采用移动式结品器，如住友金属的Hazelett式双带结晶器，川崎制铁的水平及立式双带结构 日本钢管及神钢的水平履带式结构等，现仍处于试验性生产阶段。但据最新报导，川崎制铁与日 立合作在千叶钢厂的试验连铸机上， 用10分钟成功地浇注了厚10mm，宽800mm的薄板坯， 在高温下直接卷成1 216吨钢卷，并在该厂2号热连轧机直接轧制，再冷轧成薄带钢。检验结果表明，其机械性能与用传统方法生产的无差别。该连铸帆采用 立式双带式结晶器。 美国的薄坯连铸技术目前已取得了实用化进展，已经停止用移动式结晶器进行开发工作。美国加利福尼亚州的铸钢工程公司又在试验装置中用水平连铸薄板坯取得成功，其规格为15150mm，铸速25mrain，钢种包括镇静钢及高、低碳钢。1.1.5 目前新研制的几种连铸机近年来新开发并已用于生产的连铸机有以下几种：旋转式(或称离心式)连铸机：它是一种 立式装置的铸机主体，从切割装置以上一部分围绕其垂直轴线作旋转运动，由于旋转所产生的离心作用能使初凝坯壳与 结晶器壁有较好的接触，改善了传热条件同时又能使浮在钢液面上的夹杂物及钢渣聚集在中心，便于捞出所以能浇出质量较好的圆坯，其缺点是设备比较复杂。水平连铸机：水平连铸机的主要优点是设备高度低，主要设备不超过65mm弧形机组一般在10m左右。它是在中间罐上装设水平方向的结晶器进行浇铸拉坯装置可间断地或周期地进行拉坯由于钢液静压力低，没有拉坯鼓肚现象，也产生矫直改进，其内部偏析少， 因而产品质量好。超低头板坯连铸机：它是将小半径R=3.0-8.0 m 多点矫直(或连续矫直)的弧型连铸机的设计思想与现代化扳坯连铸机的设备技术相结合的一种连铸机型它的设备高度低，钢水静压头低等为特点，适于在低矮厂房内布置，该机型与纯净钢水的生产技术相结合，能生产达到热送直接轧制质量要求的无缺陷铸坯。此外还有超薄板坯连铸机等。连铸设备采用的新技术主要有：(1) 吹氩台金微调或喷粉技术及装置；(2) 钢包中间罐以驶中 罐一结晶器之间的保护浇铸；(3) 大容量深中间罐；(4) 采用几种不同的结晶器材料,包括内壁为含银铜板，内壁镀三层材料和内壁为镀铬铜板三种。其目的都是为挺高结晶器使用寿命，防止铸坯在结晶器内产生裂纹；5自动控制结晶器内钢液面；6结晶器在线调宽；7高频率小振幅的振动装置；8气-水雾化冷却；9小辊距分段辊式的铸坯诱导装10电磁搅拌装置；11多点矫直；12测定辊间距离装置；l3机内外保温装置；14在线切瘤清除装装置；15交流调压调频控制；l6压缩铸造；17计算机控制系统及自动控制技术。目前采用计算机多级管理控制及数据传输等来控制连铸机的运转，它已担负起对设备的监控 提高可靠性，井对工艺生产过程进行控制，如二次冷却及板坯切割等都实现了最佳控制以及对铸坯质最进行判定等。1.2 国内连铸的发展统计数字显示，2001年中国连铸比为93.7%，2003年上半年全国连铸比达到94.65%，中国连铸比已经进军世界领先水准，达到前所未有的饱和状态。 中国连铸的数据 如表1所示（ 统计到2003年年初）：与工业发展大国相比，中国拥有最多的连铸机；目前，中国连铸的年生产力是30亿吨，其中，还有很大的可挖掘潜力。采用了高拉速、高连铸炉数、高作业率、高质量的连铸技术，40%55%方坯连铸机还进行了高级的改进，高产量，短周期，高度情节的连制的特点，做到了质量与产量的高度统一和炉机匹配统一。目前，世界连铸机生产量的总和为5500万吨，而我国的生产量在1400万吨左右，占世界生产量总和的四分之一。（见表2），中国CSP钢产量（1050万t）与美国CSP产量（1000万t）相当。表1 国内连铸机统计机型 台数/台 流数/流 年产能/万t说明 小方坯 2117838983.50150mm150mm方、矩坯 2187819902150mm150mm板坯 911208383板方兼用者按板坯计 薄板坯 10101262薄板坯连铸连轧 圆坯 2052511.25以生产圆坯为主者按圆坯 异型坯 1363 合计 551174929204.75有几家方案未确定者（如广东、福建等）尚未计入 表2 我国薄板坯连铸连轧生产装备一览企业 炼钢炉 连铸机 板坯尺寸/mm年设计能力/万t轧机 均热炉 投产日期 珠钢 150t电炉 1流立弯型CSP509501350806机架CSP辊底炉191.8m1999.1邯钢 100t转炉 1流立弯型CSP50709801560123机架CSP辊底炉191.8m2000.1包钢 210t转炉 2流立弯型CSP709001680200机架CSP辊底炉200.8m2，摆动联接 2000.12唐钢 150t转炉 1流直弧型TSR9070、6585016801205机架 辊底炉187.8m2003.1马钢 100t转炉 2流立弯型CSP9070、6590016002207机架CSP辊底炉270m2，摆动联接 2004.1涟源 90t转炉 1流立弯型CSP70、6590016001307机架CSP辊底炉291.8m2004本钢 1流直弧型FTSR90858501750150 2006.11.2.1 连铸技术的发展历史(1) 在高产方面的改进为了提高连铸机的产量，应从两个方面着手；连铸机的作业率和拉速。其中，冷却长度，冶金长度和结晶器的模型壳厚度，限制这连铸机的拉速，改进的时候，应该根据不同的进行改进。提高拉速，是连铸机改进的核心。拉速提高之后，还要优化结晶器的锥度，以防止结晶器漏钢，当前，国内外都开发了很多新型的结晶器，虽然名字各种各样，但其实质都是优化了结晶器的锥度，从而实现了拉速的提高。目前，（图表1）和（图表3）显示了世界上连铸机拉速 达到的水平 图1 方坯尺寸与拉速关系表3 小方坯铸机拉速名 称 断面/mmmm拉速/m.min-1结晶器型式 德马克 1301304.0-4.3抛物线 康卡斯特 150150 3.5凸型 丹尼立 130130 4.3自适应 VAI115115 5.1钻石 155155 2.9钻石 提高连铸机的拉速，可以简单地理解为提高连铸机的单流产量。从全球连铸机的发展历史来看，截止20世纪末，连铸机的单流年产量有很大的提高，从70年代的5万吨，提升到90年代的16万吨.从中国的钢材生产节后来看，我国的长形材料占有比重最大，而块行材料只占有40%左右统计数据显示，中国共有连铸机（小方坯）300台，年生产量在六千万吨左右，在国际上还处于高消耗、低生产的状态。20世纪90年代以来，我国为了提到连铸机的生产效率，对原有连铸机（小方坯）进行了改良，主要表现在提高了连铸机的拉速。 生产产量大幅度的提高，已经达到世界领先的水平.。表4表示板坯连铸机（板坯）的拉速。报告显示，我国在生产200300mm之间的板坯时，其拉速大约在2m/min左右，年产量为200万吨。与小方坯连铸机相比，优化板坯连铸机的核心是提高其作业率其原因是，由于拉速过高，对板坯连铸机的影响要远远地小于对小方坯连铸机的影响。从本质上来讲讲，提高连铸机拉拉速的方法有很多，如：结晶器液面检测技术、冷却加强技术、炉渣处理及保护技术等等从各国的各种连铸机的生产历史看，拉速和质量是一个对立和统一的矛盾体，当前的生产力，一方严重的制约着另一方，表现为此消彼长。所以，各国都根据刚才材料的不同用途，采取了相应的措施，把拉速和质量高度的统一，从而达到更大的经济效利 图标5反映着全球上个世纪的连铸的平均水平，其中不难看出，浇注率和作业率都在逐年的提升，但是，由于各种因素的制约和生产力的不发达，我国的连铸机作业率与其相差较大表4 高效板坯连铸技术经济指标厂家 板坯尺寸/mmmm拉速/m.min-1作业率/%漏钢率/%年产量/万t 日本住友公司鹿岛厂3号板坯连铸机 2701450 2.090300日本钢管公司福山厂5号连铸机 2207001650 2.593300美国阿姆科公司阿什兰厂连铸机 2409651727 2.0900.05200美国国家钢铁公司格拉尼特厂连铸机 2209002040 1.659085200中国上海宝山钢铁公司1号、2号连铸机 2102509001930 1.480230美国钢铁公司蒙瓦利厂连铸机 2102507001050 2.09090230.40.60(2) 提高作业率的技术方面a) 长时间、多流程浇注：不同钢种多流程浇注；长水口更换的时间；b) 曾长机器寿命技术：控制结晶器上、下步扇形段的每次浇铸量c) 防漏钢技术：设置结晶器漏钢防御、检测和报警系统。d) 减少浇铸周期：实现连铸机设备的控制的自动化.提高板坯连铸机设备坚固性、可靠性和自动化水平，达到长时间的无故障在线作业，是提高板坯连铸机作业率水平的关键。(3) 坯件质量的提高方面坯件的质量概包括：铸坯金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态；坯件表面纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣；坯件内部中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔，偏析等等。坯件质量控制措施是：控制坯件进去结晶器前的哥哥工序，控制液体钢材在结晶器上时的凝固过程，控制坯件在二次冷却期间的凝固过程(4) 铸坯金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态上述因子评价包括：刚才的总含氧量TO；钢材中杂质量（50m）；钢材中大粒的杂物含量（50m）。不同产品对钢材的要求见表6所示。表6 高级钢材对洁净度的要求产品分类 钢种 代表规格 产品材质特性要求 清洁度要求薄板 DI罐 低碳铝镇静钢 0.20.3mm飞边裂纹 TO2010-6,D20m 深冲钢 超低碳铝镇静钢 0.20.6mm超深冲，非时效性表面线状缺陷 C2010-6，N2010-6,TO2010-6，D100m 荫罩钢 低碳铝镇静钢 0.10.2mm防止图像侵蚀 D100m,低硫化 导架结构材 13%Cr0.150.25mm打眼加工时的裂纹 D100m 42Ni D5m， N5010-6中厚板 管线钢 X5270级低合金钢 1040mm氢引起的裂纹 夹杂物形态控制 低硫化，S1010-6低温用钢 9%Ni1040mm低温脆化 P0.003%,S0.001%抗层状撕裂钢 结构高强钢 1040mm层状撕裂 低磷化、低硫化 无缝管 座圈材 轴承钢 50300mm转动疲劳寿命 TO1010-6, Ti2010-6净化管 不锈钢 10 mm电解浸蚀时的 表面光洁度 TO2010-6, N5010-6， D5m 棒材 轴承 轴承钢 3065 mm转动疲劳特性 TO1010-6, Ti1510-6 D15m 渗碳钢 SCM432、420 疲劳特性、加工性 TO1510-6，P0.005%线材 轮胎钢丝 SWRH72、82B0.10.4 mm冷拔断裂 非塑性夹杂D20m 弹簧钢 SWRSSi-Cr钢 1.610 mm 0.10.15 mm疲劳特性、 残余应变性 非塑性夹杂D20m (5) 坯件表面纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣坯件表面质量好坏是热送、直接轧制和热装的前提条件。坯件表面质量的好坏，只要取决于液体钢在结晶器是的凝固过程。保证坯件表面质量的措施有：控制液体钢在结晶器时的液面的稳定程度。控制结晶器的震动频率，控制结晶器的(6)坯件内部中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔，偏析坯件的这一部分缺陷，一般的情况下，在轧制的时候就能消除。内部的缺陷，主要取决于在第二次冷却的时候的凝固过程。1.2.2 中等厚度板坯连铸技术发展以厚板的坯件作为比较，中等厚度的坯件较薄，可省去粗轧的过程，以薄板的坯件作为比较，中等厚度的坯件有表现为过厚，这样就利于优化部件的表面质量。使其同时具备了厚板坯和薄板坯的共同优点同时也克服了他们共同的缺点。中等厚度连铸机生产线统计见表14。表14 中等厚度板坯生产线统计供应商/连铸机/轧机 公司/工厂 投产 时间 铸坯规格（mm） 生产线 设计年能力 /万t套 连铸机 炉卷轧机 SMS/Tippins英钢联 /塔斯克鲁萨 1996.10130（12202590） 卷：（525）（9142591） 板：（564）（12192590） 11190DEMAG/DEMAGIPSCO/Montpelier1997.11（127152）（12703050） 卷：（2.319）（12202348） 板：（4.850.8）（12203048） 111125VAI/DanieliIPSCO/Mobil2000末 152（15243125） 卷：（2.319）（15242525） 板：（4.850.8）（15243124） 111125Danieli /DanieliNUCOR/Hertford2000末 100、125、150（18003200） 板：（9.550.8）18293124） 卷：预留 111100ASP /conroll中国鞍钢 2000.7135（100150）900162011 100 Danieli韶钢2.52015002500111107SMS中国安钢 2005.415016003250 4.550160032501111101.2.3 薄板带状坯件连铸的发展(1)技术开发把液体钢直接的铸造成带状坯件（10mm），不需要经过热轧作为成品或着生产薄板带状产品，这是连铸技术上里程碑式的一次革命。薄带坯件连铸技术的优点是：工序简化；投资少；节约能源；成品质量好；环保好。(2) 薄板带状连铸技术的工艺特点薄带坯件连铸工艺特点表现为：辊轮（结晶器）与钢带之间并无相对运动，无摩擦力；凝固时间短，冷却速度快；冶金长度短；拉速快；可生产25mm薄带。在技术方面应该注意：液体钢的稳定性；缝隙的控制自动化；带钢厚度的均匀性；带钢表面质量。1.2.4 与发达国家的对比(1) 我国的连铸比已超过全球平均水平，进军发达国家的水准，并处于饱和状态。(2) 我国在连铸机（小方坯）的优化和改造方面取得很大成就。单流年产量世界领先。但其平均作业率与发达国家相比还存在较大差距。 (3) 通过几十年来的不懈努力，我国连铸在优化改善改造等方面取得了惊人的成就，第二章 结晶器的概述及基本参数结晶器是连铸机重要组成部分，称之为连铸设备的“心脏”。结晶器的定义：一种槽状容器，器壁内有夹套，用以冷却或加热槽内的液体。结晶槽的用途：冷却结晶器获蒸发结晶器。在槽内设置搅拌器，以提高结晶晶体的强度。这种结晶器生产强度较低，结构简单，适用于小批量产品的生产。 结晶器的作用：a) 使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳； b) 通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢； c) 通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；d) 保证坯壳均匀稳定的生成。 结晶器的类型按其内壁形状，可分为直形及弧形两种：a) 直型结晶器。直形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈垂直形，因此导热性能良好，坯壳冷却均匀。该类型结晶器利于提高拉坯速度和坯壳的质量、结构简单、易于安装、调试方便和制造；杂物分布较均匀；但连铸机的投资和高度增加，铸坯易产生弯曲裂纹。直形结晶器用于直弧和立弯式及立式连铸机b) 弧形结晶器。该结晶器的内侧沿坯壳移动方向呈现圆弧形，因此铸坯产生弯曲裂纹少；但导热性差；夹杂物分布不均，偏向坯壳内弧侧。弧形结晶器用在椭圆形和全弧形连铸机上。2.1结晶器正弦振动规律及振动参数1959年正弦波振动首先在苏联的一家工厂的三台板状坯件连铸机上采用，随后正弦振动很快在国际上广泛应用。 正弦振动规律曲线，即结晶器工作时振动的速度表现为正玄曲线规律，如图所示：图2-1结晶器速度正弦振动速度曲线其从最高点向下运动所需的时间,单位 s；拉坏的最小速度；单位m/min其向下运动的速度开始大于拉坯速度所持续的时间, 单位s;其结运动时的最大速度；单位m/min 其振动速度的正弦曲线的数学关系式为： （2-1）式中: 结其运动的速度，单位m/min;h振动的冲程，单位mm;(1) 正弦振动的基本参数由式（2-1）可见其振动的速度完全取决于振幅和频率f，所以振幅和频率是决定其正弦震动曲线的主要参数。(2) 正弦振动的工艺参数参看图，负滑动:当结晶器最小拉坯速度小于向下运动的速度时，结晶器里的坯件受到压缩。一般的情况下，影响负滑动的参数很多。 但是，从本质上影响他的只有两个独立的参数：负滑动的时间和滑动的频率因为负滑动直接影响到铸坯铸坯质量和脱模，所以参数NS和间t被称为工艺参数。(3)负滑动率NS正弦振动的负滑动率用下式表示3： （2-2）式中: Ns负滑动率，单位%； Vc拉坯速度，单位m/min; 振动的平均速度 ，单位m/min。结晶器的平均振动速度，。 （2-3）式中 最大振动速度，单位m/min. 将（2-3）代入（2-2），得： (2-4)，当= 时坯壳处于受拉和受压的临界状态。此时的负滑动率NS=40%。负滑动率极值。NS40%时坯壳结对晶器产生负滑动；当时，即NS40%时，坯壳结对晶器不产生负滑动。(4) 负滑动的时间参看图，结晶器从最高点向下运动时，当经历时间时，结晶器拉坯速度小于向下运动的速度开始，这种状态持续的时间为负滑动时间。当时，由式 （2-1）得： （2-5）设 2.2结晶器正弦振动的工艺参数的确定连铸技术发展的同时，工作人员对结晶器震动的认识也在不断的加深：过去认为振动所起的有益作用是通过负滑动运动对拉裂坯壳的“愈合”基于这种认识，最优的结晶器形式被理解为：（1） 结晶器向下运动的时间要比向上运动的时间长一些；（2） 结晶器向下运动的速度应比拉坯速度高30%（负滑动率）；（3） 结晶器的负滑动时间，即愈合时间至少为0.3s。（4） 在上述思想的指导下使得三比一，时间比率的德梯形速度曲线得到广泛应用。（5） 在正弦曲线被采用的初期，愈合的概念再一次被接受，认为最佳参数为：负滑动Ns为35%左右；负滑动时间比NSR在55%80%之间。目前居国外相关文献显示，大多数的负滑动时间的范围大约在0.10.25s左右最佳，而，国内相关数据显示，负滑动率的取值在+20%到-240%之间皆可，看见其范围较宽。所以负滑动时间是工艺参数的重中之重通过基本参数的正确选择来实现合理或最佳的工艺参数。即振幅和频率的确定应的前提以是获得最佳工艺参数，以便得到质量 最好的坯件(1)负滑动时间规律曲线对式（2-5）取不同的Z值可画出负滑动时间曲线时间曲线，如图所示的实物曲线。(2) 等值曲线-（负滑动率 ）由得出 （2-7）将（2-7）中的代入（2-5）中的反余弦函数得： （2-8） 由式（2-8）看出，如果负滑动率的值是定值，则频率与负滑动时间成反比双曲线。已知一组负滑动率，画出的负滑动时间频率双曲线，就是负滑动率等值双曲线，如图2-2中的虚线。当NS=2.4%时，曲线在负滑动 时间曲线族有最高点，取得最大值.图2-2 负滑动时间曲线 证明3： 令式（2-7）中的，由式（2-6）得： ，则式（2-7）得 令，有 令，则 （2-9）式中 方程（2-9）数值法上机求得： 即当时，有最大值：由，得负滑动时间比等值曲线负滑动时间比： （2-10）由上式可以看出，当NSR给定时 是反比双曲线。将（2-7）代入（2-10）得 （2-11）由上式可以看出NSR和NS并非两个独立的参数。将NS=2.4%代入上式，得NSR=55%。即当负滑动时间比=55%时，负滑动时间取得最大极值。可见NS=2.4%及NSR=55%均表示同一条反比曲线。 通过负滑动时间曲线分析可以得出以下主要特点。a) 对于任何Z值都有相应的的点，此时的频率用表示，称为临界频率。当 时不出现负滑脱。可以由（1-5）求出，b) 当或，时负滑动时间曲线随频率的增加而增长，特别是当Z值较大时。如时曲线急剧上升。c) 当或时负滑动时间曲线随频率的增加而下降，特别是当值较小时，如曲线下降得非常缓慢。(2) 基本参数（振幅和频率）的确定：根据连铸机是的拉坯速度，来调节振动装置1）频率以负滑动时间最小为前提，确定真懂得频率。图（2-2）不难看出，垂直于时间轴的一条直线负滑动时间曲线一定有两个交点。一个交点处于的区域，对应于较高频率；另一个交点处于的区域，且对应于较低频率。当Z值较小时，如，由于负滑动曲线上升缓慢，当Z值较大时，如时，由于负滑动时间曲线几乎是垂直上升，因此，频率微小的变化也会引起的很大变化。或使变为最大，或者变为零。这在实际操作中很难控制因此，低频率不能被采用。2）振幅为了获得较短的负滑动时间，确定最小振幅时要考虑到在最小拉坯速度时也不使Z值过大。确定最大振幅时，要考虑在最大拉坯速度时也不使Z值过小，在避免临界频率 过大的前提下，尽量采用小振幅。中间各级振幅根据拉坯速度以同样的原则确定。第三章 结晶器振动装置分析3.1 结晶器四偏心振动机构原理 在弧形连铸机中，仿弧半径为11.2米。研究的结晶器振动机构为四偏心正弦振动方式，其机构如图（3-1）所示。有由电动机1带减速器2，通过万向轴带动两侧锥齿轮箱3，每个锥齿轮各自带动具有不同偏心距的偏心轴6。每根偏心轴的两个不同偏心距具有同向偏心点，由于每根偏心轴的偏心距不同（外弧侧偏心距大于内弧侧偏心距），使振动台作仿弧振动。结晶器的弧线运行是借助两对偏心距不等的偏心轴6及连杆4、5进行的。结晶器弧线运行的定中（导向）是由板式弹簧7，一头连在快速更换台的框架上，另一头连接在振动台恰当的位置上来实现的。板式弹簧只能是振动台作弧线运动，而不能有前后左右的位移。1电动机 2.减速器 3.锥齿轮箱 4. 外弧侧连杆 5.内弧侧连杆 6.偏心轴7.板弹簧 8振动台结晶器图3-1结晶器四偏心振动装置结构装置示意图3.2相关数据大方坯结晶器振动机构，驱动型式交流电动机驱动，转速可调。结构型式偏心四连杆机构主要参数：结晶器振动频率100300/min振幅2.5mm,连铸机公称半径R12m.结晶器重量：3.0t扇形1段:4.8t结晶冷却水;0.2t3.3传动功率计算及传动比的分配3.3.1传动功率的计算振动台上某点A的唯一方程如下:A点位移为x得：，那么A点的速度方程:其中，偏心轴转动的角速度，频率为每分钟转动的周期数，则偏心轴转动的角速度关系如下：按速度方程可求出：最大振动速度：平均振动速度： 图3-2 振动机构简图振动总负荷（）：其中：Q总静负荷，公斤； F结晶器的摩擦阻力，公斤； 动负荷，公斤。动负荷计算：，其中，b为振动加速度。求的二阶导数得加速度 当时：则：则：其效率为：，其中=0.4，经过计算得：N=7.97KW3.3.2电动机的选择要求：电动机运行平稳，可靠。电动机启动快，转动惯量小，连续运转，结构简单，维护方便的电动机。进行比较选择直流电动机。直流电动机的型号及相关参数：Z4-132-1、=10KW、若此转速:电枢电流电感：、效率：、转动惯量：、质量：。3.3.3 分配传动比（1） 总的传动比i： ;（2） 输出轴的功率（3）输出转矩根据公式：第四章 减速器的选择 4.1规定的工作不同时，进行修正计算 任何一个设备的制造我们都是根据性能和经济性来考虑，有标准化的，尽量同标准的，这样对于维修和价格都比较合理。所以在这个减速器中我们根据其速比、尺寸、经济上综合考虑，决定采用标准减速器。 我们得知这个振动装置的速比是4.43又根据所选电机转速是传动功率=10KW。由机械设计手册4卷表16-2-46查出初选CW1005IF，其许用功率P=15.75KW，公称转速输入输出根据条件: ； ； ；式中： 输出转矩： 所以初选减速器符合要求。第五章 联轴器的选用5.1联轴器的选用5.1.1联轴器类型的选择联轴器是联接两轴或轴和回转件。在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。此外，联轴器还可能具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能。考虑到承载能力、转速、两轴相对位移和缓冲吸振以及装拆维修方便等因数，选用弹性联轴器。5.1.2联轴器的选用计算选用标准联轴器时。一般都是以联轴器的许用转矩或标准联轴器大于联轴器所需传递的计算转矩的公称为原则。传动轴系工作时载荷变化的性质不同，联轴器本身的结构性能和特点的不同。联轴器的实际传递转矩不同于理论上需传递的转矩，通常：式中：理论转矩（），在有制动器的传动系统，当制动器的理论转矩大于动力机械的理论转矩时，应按前者计算联轴器。 驱动功率，kw； 驱动转速，r/min； 工作情况系数【14】动力机系数 启动系数 温度系数 （取氨基甲酸乙酯弹性体）参考机械设计手册 第二卷 6140 选用弹性套柱销联轴器。基本型联轴器。表53联轴器的基本尺寸和主要参数型号公称转矩（）许用转速轴孔直径轴孔长度7103000 Y型 L45 48 50112 84 112 70第六章 偏心轴的设计 结晶器四偏心振动机构图6-1四偏心振动机构原理图图中为基准弧半径，为结构要求的已知长度，、为偏心振动机构的偏心距。另两个与此成投影。当时，又，式中为振幅；而：已知： 经过计算得： 即为两轴的偏心距。6.1偏心轴的设计计算6.1.1求输入轴上的功率 转速 和转矩 前面已经计算过。数据如下 6.1.2求作用在轴上的力已知偏心轴上只承受径向力和圆周力。 其合力的方向是支撑杆的轴线方向，前面进行功率计算时已算过合力：所以此时轴承受的合力为：又因为这些力是由四个支撑点支撑，所以每个支撑点所受的力为：6.1.3确定轴的最小直径（1）选取轴的材料 选择轴的材料为号钢，并进行调质处理。查手册得： 、（2）初步估算轴端直径 查手册取、 计算轴端的最小直径： 输入轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，故也需要同时选定联轴器的行号。在联轴器的另一端联接的是减速器的转轴。为了安全考虑，在此初步选用最小直径为。6.1.4联轴器的选择 其计算转矩 查手册得：由于转矩变化处于中等状态，故取 则： 按照计算联轴器公称转矩应大于转矩的条件，查标准选用 膜片联轴器，联轴器公称转矩为 ，联轴器的轴孔转直径 回转直径、（Y型）、6.2轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 其装配方案如下图所示：1联轴器 2连杆 3 轴承支座 4轴承图6-2轴上零件装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为了满足半联轴器的定