【正文】 ........................46 III附錄 2 文獻(xiàn)綜述 .................................................................................................51附錄 3 外文文獻(xiàn)和翻譯 .....................................................................................56燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論 選題及主要研究?jī)?nèi)容早在 19 世紀(jì)中期美國(guó)塞勒斯，賴尼和英國(guó)人貝塞麥就提出了連續(xù)澆鑄液體金屬的初步設(shè)想，并用于低熔點(diǎn)有色金屬澆鑄。但類似現(xiàn)代澆鑄設(shè)備的建議是由美國(guó)人亞瑟（1886）和德國(guó)人戴倫（1887）提出來(lái)的。當(dāng)時(shí)是用于銅和鋁等有色金屬的澆鑄。結(jié)晶器振動(dòng)的實(shí)現(xiàn)不僅可以提高澆鑄速度，而且使鋼液連鑄生產(chǎn)成為可能，因此容漢斯成為現(xiàn)代連鑄技術(shù)的奠基人。因此 20 世紀(jì)50 年代連鑄進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)階段。60 年代弧形連鑄機(jī)問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了連鑄技術(shù)的一次飛躍，此后至今，連鑄發(fā)展迅速，不斷出現(xiàn)新工藝和新設(shè)備，如盛銅桶煉鋼，電磁攪拌，小方坯多級(jí)結(jié)晶器，結(jié)晶器液面檢測(cè)和漏鋼預(yù)報(bào)，粒狀保護(hù)渣的使用和加入，中間罐冶金，結(jié)晶器在線調(diào)寬等。2022 年，中國(guó)的連鑄比攀升為 92．5％，高于全球平均水平 4 個(gè)百分點(diǎn)；2022 年上半年已達(dá)到 96．36％，超過(guò)國(guó)際的 89．70％平均水平的 6．66 個(gè)百分點(diǎn)。但是在連鑄的發(fā)展中也存在著不足。連鑄技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已成為一個(gè)國(guó)家鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。結(jié)晶器振動(dòng)裝置可以防止鑄坯與結(jié)晶器發(fā)生粘結(jié)，使鑄坯形成良好的表面并在銅坯拉裂時(shí)實(shí)現(xiàn)鋼坯的焊接。目前國(guó)內(nèi)連鑄機(jī)振動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多的又短臂四連桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)，四偏心輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)，差動(dòng)齒輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)。并且不是鑄坯承受水平力和彎矩，只產(chǎn)生軸向的壓力或拉力。結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄機(jī)的主體設(shè)備，是連鑄機(jī)中的重要組成部分。結(jié)晶器振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)所要解決的主要問(wèn)題是如何選擇和實(shí)現(xiàn)速度振動(dòng)規(guī)律，如何實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器按一定的振動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。關(guān)于振動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)主要靠合理設(shè)計(jì)振動(dòng)機(jī)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)建參數(shù)。 連續(xù)鑄鋼工藝流程簡(jiǎn)介連鑄是把液態(tài)鋼用連鑄機(jī)澆注，冷凝，切割而直接得到鑄坯的工藝。連鑄生產(chǎn)的正確與否，不但影響到煉鋼生產(chǎn)任務(wù)的完成，而且也影響到軋材的質(zhì)量和成才率。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2圖 11 帶有直線段多半徑弧形連鑄機(jī)連鑄是把液態(tài)鋼用連鑄機(jī)澆注，冷凝，切割而直接得到鑄坯的工藝。連鑄生產(chǎn)的正確與否，不但影響到煉鋼生產(chǎn)任務(wù)的完成，而且也影響到軋材的質(zhì)量和成才率。 鑄坯成行熱工過(guò)程結(jié)晶器內(nèi)高于液相線溫度的鋼水，在不斷的強(qiáng)制冷卻中經(jīng)結(jié)晶器內(nèi)壁導(dǎo)出過(guò)熱的熱量，逐漸沿結(jié)晶器內(nèi)壁形成初生的坯殼。 （圖 12）隨著冷卻的繼續(xù)進(jìn)行，坯殼逐漸增厚和收縮，企圖離開(kāi)結(jié)晶器內(nèi)壁。在繼續(xù)冷卻向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中坯殼進(jìn)一步增厚，直到坯殼本身的強(qiáng)度和剛度能完全承受其內(nèi)鋼水的靜壓力時(shí)，坯殼才能脫離結(jié)晶器內(nèi)壁，形成氣隙。實(shí)踐證明，鑄坯的寬厚比對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼水的凝固速度有顯著的影響。隨著寬厚比的減少，使冷卻條件趨于一致，則坯殼厚度和氣隙也隨之趨于均勻。在結(jié)晶器里通過(guò)冷卻水帶走的熱量占結(jié)晶器總散熱量的 98%以上。當(dāng)坯殼脫離結(jié)晶器內(nèi)壁形成氣隙后，導(dǎo)熱系數(shù)將急劇的減少為 8361673KW/。根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算可得出，由鋼水和冷卻水各層間熱阻所占的百分比為：坯殼占 26%，坯殼與器壁間的氣隙占 71%，結(jié)晶器壁占 1%，結(jié)晶器與水的界面占 2%。顯然，氣隙的存在對(duì)結(jié)晶器的熱工條件非常不利，對(duì)延緩坯殼的增厚起決定性作用。）時(shí)，直到坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁脫離前，結(jié)晶器所導(dǎo)出的熱量，可由下式表示：Qh=Smα(t1t2)(kw)α—結(jié)晶器內(nèi)壁總導(dǎo)熱系數(shù)kw/m 178。近者在鋼液面以下 50mm 處，遠(yuǎn)者在鋼液面以下200mm 處?！妫?坯殼脫離內(nèi)壁導(dǎo)出的熱量 Qhˊ顯著減小，可由下式表示：Qhˊ= Smαˊ（t1t2） （kw）αˊ—有氣隙時(shí)結(jié)晶器內(nèi)壁總導(dǎo)熱系數(shù)α3, α4—分別為坯殼對(duì)氣隙﹑氣隙對(duì)冷卻水的導(dǎo)熱系數(shù) 結(jié)晶器的振動(dòng)原理由于結(jié)晶器的振動(dòng)，使其內(nèi)壁獲得良好的潤(rùn)滑條件，減少了摩擦力又能防止鋼水與內(nèi)壁的粘結(jié)，同時(shí)還可以改善鑄坯的表面質(zhì)量。如在結(jié)晶器內(nèi)坯殼被拉斷，因振動(dòng)又可結(jié)晶器與鑄坯的同步振動(dòng)中使其得到愈合。 ????????bkw/m 178。如在 A 點(diǎn)發(fā)生粘結(jié)，若結(jié)晶器以速度 Vm 向下振動(dòng)，且 Vm 大于拉坯速度 V，則振動(dòng)起強(qiáng)制脫模作用，可消除 A 點(diǎn)發(fā)生粘結(jié)，如圖中 a,b 所示。這時(shí)結(jié)晶器向下振動(dòng)，若 Vm＞V 時(shí)，可將斷裂的坯殼部分壓合（如圖中 e 所示） 。當(dāng)結(jié)晶器再次向上振動(dòng)時(shí)，如新的坯殼有足夠的強(qiáng)度，就能將粘結(jié)部分拉離結(jié)晶器內(nèi)壁，從而實(shí)現(xiàn)脫模。因此，靜止不振動(dòng)的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化。容漢斯開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器振動(dòng)裝置，并成功地應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄。容漢斯的合作者美國(guó)的艾爾文勒德隆鋼公司 Watervliet 廠得一臺(tái)方坯連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動(dòng)結(jié)晶器。容漢斯振動(dòng)的結(jié)晶器在這兩臺(tái)連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用使其在鋼連鑄中迅速得到了廣泛應(yīng)用。 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的作用結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄機(jī)的主體設(shè)備。這一工藝過(guò)程的突出特點(diǎn)是：液態(tài)鋼水和具有一定厚度坯殼的鑄坯經(jīng)引錠，再與結(jié)晶器連續(xù)不斷地相對(duì)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆注。 結(jié)晶器的振動(dòng)方式結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律即結(jié)晶器振動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)中最基本的內(nèi)讓那個(gè)，因此從連鑄發(fā)展的歷史上看每當(dāng)結(jié)晶器采用了一種較過(guò)去更為合理的振動(dòng)規(guī)律時(shí)，都對(duì)連鑄坯的澆鑄、表面質(zhì)量及拉坯速第 2 章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置 7度的提高產(chǎn)生了重大的影響。它的主要特點(diǎn)是：結(jié)晶器在下降時(shí)與鑄坯做同步運(yùn)動(dòng)，然后以三倍的拉坯速度上升，生產(chǎn)實(shí)踐表明，這種振動(dòng)方式對(duì)鑄坯的脫模是有效的，早起得到應(yīng)用但此種振動(dòng)方式所存在的主要問(wèn)題是。為了保證嚴(yán)格的同步運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間要實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的電氣連鎖；在上升和下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處速度變化很大加速度在理論上等于無(wú)窮大。這對(duì)鑄坯的質(zhì)量和振動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是不利的，因而也不便于采用高頻振動(dòng)。它的主要特點(diǎn)是：結(jié)晶器在向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中有較長(zhǎng)一段時(shí)間其速度銷大于拉坯速度。從而在坯殼中產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以使結(jié)晶器里斷裂的坯殼壓合，使粘結(jié)的坯殼強(qiáng)迫脫模；結(jié)晶器在上升和下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，速度變化比較緩和，有利于提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。后來(lái)才被正弦振動(dòng)規(guī)律所取代。選擇這種速度規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)是：打破結(jié)晶器與鑄坯之間要有一定的速度關(guān)系的框框，著重發(fā)揮它的脫模作用；用偏心輪取代凸輪。 （2）由于速度是按正弦曲線變化，所以加速度是按余弦曲線變化的。 （3）由于加速度較小，可以采用較高頻率振動(dòng)，有利于消除坯殼的粘結(jié)，提高脫模作用 （4）正弦振動(dòng)是用偏心機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，比采用凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)越：加工制造容易，潤(rùn)滑密封方面，運(yùn)動(dòng)精度高，易于采用高頻振動(dòng)。它在方坯，板坯及薄板坯連鑄機(jī)上都有最廣泛的應(yīng)用。在結(jié)晶器按正弦波振動(dòng)中，結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)速度按下式變化：V=Vm sin t?式中：V—結(jié)晶器振動(dòng)速度（m/min）。f—振動(dòng)頻率， （1/min）。結(jié)晶器的振動(dòng)頻率，通常情況下等于偏心輪的轉(zhuǎn)數(shù)。從改善鑄坯質(zhì)量出發(fā)，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始采用 f=400 次/min 或更高振動(dòng)頻率的振動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中：Sm=2A從工藝角度看，振幅小，結(jié)晶器內(nèi)的鋼液面波動(dòng)小，澆鑄較容易控制而且能減少拉裂。國(guó)外已有取 2~4mm。也就是說(shuō)，只有當(dāng) V≧Vm 時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)負(fù)滑動(dòng)。在澆鑄過(guò)程中，為保證具有一定的負(fù)滑動(dòng)，需不斷改變振動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)頻率，以適應(yīng)拉坯速度的需要，廣泛采用的控制負(fù)滑動(dòng)，調(diào)整振動(dòng)頻率與拉坯速度的關(guān)系：近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外廣泛采用偏心機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的振動(dòng)，均系正弦振動(dòng)。其振動(dòng)中的頻率應(yīng)隨著拉坯的變化而變化。 非正弦振動(dòng)非正弦速度規(guī)律其速度變化規(guī)律是近幾年出現(xiàn)的一種新型振動(dòng)方式。這種振動(dòng)方式在告訴澆鑄中發(fā)揮了重大作用。然而，高速澆鑄卻降低了結(jié)晶器和鑄坯間的潤(rùn)滑性能。作為改善潤(rùn)滑的主要措施有兩個(gè)。目前已有多個(gè)國(guó)家的公司相繼開(kāi)發(fā)出了這種新型的振動(dòng)方式，并收到了令人矚目的效果。結(jié)晶器對(duì)振動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要要去有兩點(diǎn)：一個(gè)是使結(jié)晶器按以帝國(guó)的速度規(guī)律振動(dòng)，另一個(gè)是使結(jié)晶器準(zhǔn)確地沿著一定的軌跡振動(dòng)。 長(zhǎng)臂振動(dòng)機(jī)構(gòu)在弧形連鑄機(jī)中，它是把結(jié)晶器安裝在相同的振動(dòng)臂上，如圖 23 所示。但如果振動(dòng)臂較長(zhǎng)，則因?yàn)榧庸ぶ圃煺`差，受熱膨脹，受力變形而使結(jié)晶器產(chǎn)生較大的振動(dòng)軌跡誤差。第 2 章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置 13在連珠發(fā)展的初期這種機(jī)構(gòu)被用于生產(chǎn)，但隨著連鑄機(jī)圓弧半徑的增大而被其它振動(dòng)機(jī)構(gòu)所代替。由于導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu)避免了長(zhǎng)振動(dòng)臂，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，因此早期應(yīng)用較多。圖 24 弧形導(dǎo)軌振動(dòng)機(jī)構(gòu) 差動(dòng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)差動(dòng)齒輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)是我國(guó) 60 年代中期開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)的弧形軌跡振動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖 26 所示。振動(dòng)框架的內(nèi)外弧側(cè)面，裝有齒條 6，分別與節(jié)圓半徑相等的小齒輪 2,4 相嚙合。反應(yīng)在振動(dòng)框架兩側(cè)的齒條上，其上下運(yùn)動(dòng)的線速度也不一樣，因而可是結(jié)晶器產(chǎn)生弧線運(yùn)動(dòng)，由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪和導(dǎo)向件磨損較嚴(yán)重等原因而未能得到推廣。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14圖 25 差動(dòng)齒輪式振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1振動(dòng)框架；2,4齒輪；；6齒條；7彈簧；8凸輪或偏心輪；9,11振動(dòng)連桿；10結(jié)晶器 四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)是從國(guó)外發(fā)展起來(lái)的一種仿弧形振動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是一種雙搖桿機(jī)構(gòu)，它的兩個(gè)搖桿可以裝設(shè)在連鑄機(jī)的內(nèi)弧側(cè)，如圖 26a 所示，也可裝設(shè)在外弧側(cè)，如圖 26b 所示。前者適用于小方坯連鑄機(jī)，后者適用于板坯連鑄機(jī)，便于拆裝二冷區(qū)的扇形段。第 2 章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置 15圖 26 四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)不論是裝在鑄機(jī)的內(nèi)弧側(cè)還是外弧側(cè)，四連桿機(jī)構(gòu)中的連桿在某一瞬間的運(yùn)動(dòng)是繞瞬心的轉(zhuǎn)動(dòng)。一般在給定鑄機(jī)圓弧半徑、結(jié)晶器振幅及四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的合理約束條件下，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠使板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)誤差ΔR≤ mm，小方坯的ΔR≤ mm。是本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容。該機(jī)構(gòu)如圖27 所示。結(jié)晶器的弧線運(yùn)動(dòng)是利用兩對(duì)偏心距不同的偏心輪及連桿機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的。彈簧板一端固定在振動(dòng)臺(tái)上，一段固定在支架上，板式彈簧使結(jié)晶器只作弧形擺動(dòng)，而不能產(chǎn)生前后左右的位移。振動(dòng)臺(tái)架是鋼結(jié)構(gòu)件。更換時(shí)間不超過(guò)l h。通軸中心線的延長(zhǎng)線通過(guò)鑄機(jī)圓弧中心。在偏心輪連桿上端，使用了特制的球面橡膠軸承，壽命較長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件較多，機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。首先，導(dǎo)向臂采用彈簧鋼板代替，并且傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)裝在二冷室外，改善了電動(dòng)機(jī)和傳導(dǎo)裝置的環(huán)境條件。這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要使彈簧板只承受拉應(yīng)力。導(dǎo)向臂保持原態(tài)，原振動(dòng)臂可能承受擠壓雙向力。同時(shí)沒(méi)有導(dǎo)軌的磨損，壽命長(zhǎng)。 半板簧四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)建模四連桿數(shù)學(xué)模型的建立，有不同的設(shè)計(jì)方案，下圖是一種布置方案 圖 32 四連桿數(shù)學(xué)模型 這種布置方案有如下特點(diǎn)：1，ABCD 是一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，桿長(zhǎng)分別為 L1,L2,L3, L1 為主動(dòng)桿，在 P 的作用下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2 結(jié)晶器布置在板簧上方，結(jié)晶器高出板簧的距離為 H，設(shè)計(jì)弧形連鑄機(jī)半第 3 章 半板簧式結(jié)晶器振動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 21徑 。3，振動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，主動(dòng)桿 L1 就隨著上下擺動(dòng)一次。當(dāng)主動(dòng)桿向上或向下擺動(dòng)的距離為 φ 時(shí)，結(jié)晶器?的振動(dòng)行程為振幅的 2 倍。在數(shù)學(xué)建模過(guò)程中，我們以結(jié)晶器的外弧側(cè)為研究對(duì)象。α=arcsinH/R。aLrctg??1? )(22OD 。(2????OD )2s11 ???LLA 。2(2PLC?r???。)(12SHRae??燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 短臂擺動(dòng)角度 φ2，圓弧半徑誤差為?用同樣的方法建立外弧中點(diǎn) K 下口 E’的誤差計(jì)算公式。1 設(shè)計(jì)變量的確定a,弧形連鑄機(jī)的圓弧半徑 R，它與澆鑄的鑄坯厚度的關(guān)系是 )(1mDK??D鑄坯厚度（mm）K與坯殼的高溫性能由關(guān)系的系數(shù)（一般取 ） 。c,四連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)晶器與搖桿的傾角它取決于連鑄機(jī)的總體結(jié)構(gòu)布置，用 α，β 表示。構(gòu)成RaAEe???2第 3 章 半板簧式結(jié)晶器振動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 23四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變量構(gòu)成一個(gè) 6 位歐式空間。b,行程 S 對(duì)于小方坯連鑄機(jī)行程應(yīng)為正負(fù) 6mm?！?S≤2Sc,桿件的傾角幾何條件：a＞0，α＞0β＞0，R＞0d,機(jī)構(gòu)構(gòu)成的限制條件：L3＞L1，R＞a L3≤800mm，L2≦300mmL1≥500mm e,參數(shù)的約束條