【正文】 ........................................... 50 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 1 第一章 緒論 連鑄 的含義 連鑄即為連續(xù)鑄鋼（英文， Continuous Steel Casting）的簡稱。同時(shí)本文還簡潔的講述了連鑄機(jī)在全世界及其在中國的發(fā)展現(xiàn)狀，講述了連鑄機(jī)在未來的發(fā)展?jié)摿?。根?jù)板坯 的截面大小，振幅，頻率得以計(jì)算出電動機(jī)的功率大小。本次設(shè)計(jì)的振動裝置主要是靠偏心輪的偏心位移而產(chǎn)生的震動，所以對偏心大小得計(jì)算顯得尤其重要。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) IV 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) I 摘要 本次設(shè)計(jì)的是板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器震動裝置，主要對連鑄機(jī)震動機(jī)構(gòu)， 連桿機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)，偏心軸等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對連鑄機(jī)的一些設(shè)備： 電動機(jī)， 減速器， 聯(lián)軸器，結(jié)晶器及振動裝置、 等進(jìn)行了選擇計(jì)算并列出了主要技術(shù)性能參數(shù)。 對軸的一些受力情況，及其強(qiáng)度的校核，文中形象的畫出了其受力分析圖， 并且對各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 同時(shí)由于減速器種類的不 — ， 還有傳動比的不同，根據(jù)實(shí)際的情況本設(shè)計(jì)選擇二級齒輪減速器。 另外對板坯連鑄連軋技術(shù)工藝特點(diǎn)和正弦振動在板坯連鑄機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行專題論述。我國在世界上的冶金水平，及其連鑄機(jī)發(fā)展的重要性。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術(shù)具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質(zhì)量，節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢。 從上世紀(jì)八十年代，連鑄技術(shù)作為主導(dǎo)技術(shù)逐步完善，并在世界各地主要產(chǎn)鋼國得到大幅應(yīng)用，到了上世紀(jì)九十年代初，世界各主要產(chǎn)鋼國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 90％以上的連鑄比。 WAM 公司作為中國最早的一家民營專業(yè)化連鑄技術(shù)公司，從 1992 年成立起就致力于中國連鑄技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，為推動國內(nèi)連鑄鋼鐵業(yè)的迅速發(fā)展，提高國內(nèi)連鑄比貢獻(xiàn)自己的一份力量。特別是鑄鐵型材組織致密，灰鑄鐵型材石墨細(xì)小強(qiáng)度高，球鐵型材石墨球細(xì)小園整，機(jī)械性能兼有高強(qiáng)度與高韌性結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。在汽車、內(nèi)燃機(jī)、液壓、機(jī)床、紡織、印刷、制冷等行業(yè)有廣泛用途。 中 國連鑄的數(shù) 據(jù) 如表 1所示（ 統(tǒng)計(jì)到 2021年年初 ） ：與工業(yè) 發(fā)展大國 相比，中國擁有最多的連鑄機(jī) ； 目前，中國連鑄的年生產(chǎn)力是 30億噸，其中，還有很大的可挖掘潛力 。 目前，世界連鑄機(jī)生產(chǎn)量的總和為 5500萬噸，而我國的生產(chǎn)量在 1400萬噸左右，占世界生產(chǎn)量總和的四分之一。 表 1 國內(nèi)連鑄機(jī)統(tǒng)計(jì) 機(jī)型 臺數(shù) /臺 流數(shù) /流 年產(chǎn)能 /萬t 說明 小方坯 211 783 ≤ 150mm 150mm 方、矩坯 218 781 9902 150mm 150mm 板坯 91 120 8383 板方兼用者按板坯計(jì) 薄板坯 10 10 1262 薄板坯連鑄連軋 圓坯 20 52 以生產(chǎn)圓坯為主者按圓坯 異 型坯 1 3 63 合計(jì) 551 1749 有幾家方案未確定者（如廣東、福建等）尚未計(jì) 入 表 2 我國薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)裝備一覽 企業(yè) 煉鋼爐 連鑄機(jī) 板坯尺寸/mm 年設(shè)計(jì)能力 /萬 t 軋機(jī) 均熱爐 投產(chǎn)日期 珠鋼 150t電爐 1流立彎型CSP 50950~1350 80 6機(jī)架 CSP 輥底爐 199 邯鋼 100t轉(zhuǎn)爐 1流立彎型CSP 50~70980~1560 123 機(jī)架 CSP 輥底爐 200 包鋼 210t轉(zhuǎn)爐 2流立彎型CSP 70900~1680 200 機(jī)架 CSP 輥底爐 2，擺動聯(lián)接 2002 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 3 唐鋼 150t轉(zhuǎn)爐 1流直弧型TSR 90~70、 65850~1680 120 5機(jī)架 馬鋼 100t轉(zhuǎn)爐 2流立彎型CSP 90~70、 65900~1600 220 7機(jī)架 CSP 輥底爐 270m 2，擺動聯(lián)接 200 漣源 90t轉(zhuǎn)爐 1流立彎型CSP 70、 65900~1600 130 7機(jī)架 CSP 輥底爐 2004 本鋼 1 流 直 弧 型FTSR 90~85850~1750 150 200 中國連鑄發(fā)展的 及與世界連鑄水平的差距 圖標(biāo) 5反映著全球上個(gè)世紀(jì)的連鑄的平均水平，其中不難看出，澆注率和作業(yè)率都在逐年的提升，但是，由于各種因素的制約和生產(chǎn)力的不發(fā)達(dá)，我國的連鑄機(jī)作業(yè)率與其相差較大 表 4 高效板坯連鑄技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 廠家 板坯尺寸/mm mm 拉速/n1 作業(yè)率/% 漏鋼率/% 年產(chǎn)量 /萬 t 日本住友公司鹿島廠 3號板坯連鑄機(jī) 2701450 90 300 日本鋼管公司福山廠 5號連鑄機(jī) 220700 ～1650 93 300 美國阿姆科公司阿什蘭廠連鑄機(jī) 240965 ～1727 90 200 美國國家鋼鐵公司格拉尼特廠連鑄機(jī) 220900 ～2040 90 160 德國克虜伯公司萊茵豪森廠連鑄機(jī) 260850 ～1650 85 200 中國上海寶山鋼鐵公司 1號、 2號連鑄機(jī) 210～250900 ～ 80 230 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 4 1930 美國鋼鐵公司蒙瓦利廠連鑄機(jī) 210～250700 ～1050 90 260 表 5 20世紀(jì)連鑄機(jī)指標(biāo)（ 1世界平均水平 1） 年代 鑄機(jī)作業(yè)率 /% 澆注速率 /t（流 .min） 1 板坯 大方坯 小方坯 70年代中期 35～ 38 80年代末 ～ 60 90年代 90 2～ 3 (2) 提高作業(yè)率的技術(shù) 方面 a) 長時(shí)間、多流程澆注 ： 不同鋼種多流程澆注 ； 長水口更換的時(shí)間 ； b) 曾長機(jī)器壽命 技術(shù)： 控制結(jié)晶器上、下步扇形段的每次澆鑄量 c) 防漏鋼技術(shù)： 設(shè)置結(jié)晶器漏鋼防御、檢測和報(bào)警系統(tǒng)。 (3) 坯件質(zhì)量的提高方面 坯件 的質(zhì)量概包括：鑄坯 金 屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)； 坯件表面縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣； 坯件 內(nèi)部中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析 等等 。 不同產(chǎn)品對鋼材的要求見 表 6所示。 坯件表面質(zhì)量的好壞，只要取決于液體鋼在結(jié)晶器是的凝固過程 ?？刂平Y(jié)晶器的震動頻率，控制結(jié)晶器的 (6)坯件 內(nèi)部中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析 坯件的這一部分缺陷，一般的情況下，在軋制的時(shí)候就能消除。動力由電機(jī)傳至外弧左偏心輪軸要經(jīng)過減速機(jī)、聯(lián)軸器、傳動軸等 7 個(gè)環(huán)節(jié)，僅聯(lián)軸器就用了 4 套。從局部看，為了實(shí)現(xiàn)振動機(jī)構(gòu)振幅可調(diào)，在機(jī)構(gòu)中增加了偏心套。由此可見，該振動裝置的振動系統(tǒng)環(huán)節(jié)太多。 (2)環(huán)節(jié)過多導(dǎo)致振動臺四點(diǎn)振幅及相位誤差增大。 所以我們在設(shè)計(jì)連鑄機(jī)振動系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量避免以上問題的發(fā)生。因此，靜止不動的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化發(fā)展。容漢斯開發(fā)了結(jié)晶器振動裝置，并成功地將它應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄。容漢斯的合伙人美國的艾爾文勒德隆鋼公司廠的一臺方坯連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動結(jié)晶器。 連鑄機(jī)結(jié)晶器振動簡介 在連鑄技術(shù)的發(fā)展過程中，只有采用了結(jié)晶器振動裝置后，連鑄才能成功。而當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動時(shí)，借助摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈合結(jié)晶器上升時(shí)拉出的裂痕，這就要求向下的運(yùn)動速度大于拉坯速度，形成負(fù)滑脫。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 8 在新型連鑄生產(chǎn)工藝中，采用帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動控制是保證連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動控制裝置和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動裝置相比，可以方便地實(shí)現(xiàn)多種波形振動、實(shí)現(xiàn)連鑄過程監(jiān)督和實(shí)時(shí)顯示振動波形，并能在線修改非振動方式及振動頻率和幅值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制過程的平穩(wěn)過度。 結(jié)晶器振動速度隨時(shí)間的變化規(guī)律即為結(jié)晶器振動規(guī)律，結(jié)晶器振動規(guī)律是結(jié)晶器振動 技術(shù)中最基本的內(nèi)容。 (1)矩形速度規(guī)律 從結(jié)晶器振動技術(shù)發(fā)展歷史來看，矩形速度規(guī)律是最早出現(xiàn)的一種結(jié)晶器振動方式，矩形速度規(guī)律的主要特點(diǎn)是 :結(jié)晶器在向下振動時(shí)與拉坯速度相同，即結(jié)晶器與鑄坯做同步運(yùn)動，然后結(jié)晶器又以 3 倍的拉坯速度向上運(yùn)動。但此種振動方式的存在的缺點(diǎn)是 :該振動規(guī)律的實(shí)現(xiàn)是用凸輪來實(shí)現(xiàn)的，但是凸輪的加工制造比較麻煩 。結(jié)晶器振動速度在上升和下降時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處變化很大，其加速度在理論上等于無窮大。過大加速度對鑄坯的表面質(zhì)量和振動系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是不利的，將對設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，因而也不能采用高頻率振動方式。梯形速度規(guī)律的主要特點(diǎn)是 :結(jié)晶器在向下振動的過程中有一段 較長時(shí)間其速度略大于鑄坯的拉坯速速，即現(xiàn)在所稱的“負(fù)滑動運(yùn)動”。從圖 中曲線 2可以看出結(jié)晶器振動速度在上升和下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，變化比較緩和，這將有利于提高結(jié)晶器振動的平穩(wěn)性。后來才被更為合理的正弦振動規(guī)律所取代。之所以選擇 正弦規(guī)律的主要原因有兩個(gè) :一是正弦速度規(guī)律打破了前兩種速度振動規(guī)律結(jié)晶器和鑄坯之間有一定的速度關(guān)系的框架，重點(diǎn)發(fā)揮結(jié)晶器的脫模作用 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 10 圖 22 正弦和非正弦振動規(guī)律 結(jié)晶器振動的正弦速度規(guī)律曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ??????? tffhv m 602s i n10 00 ?? 式中 mv — 結(jié)晶器運(yùn)動的速度 m/min h — 振動沖程（倆倍振幅） mm f — 振動頻率 1/min 從圖 22中的曲線可以看出正弦速度規(guī)律的主要特點(diǎn)如下： 1)結(jié)晶器與鑄坯之間沒有同步運(yùn)動階段，但結(jié)晶器仍然有一小段負(fù)滑動運(yùn)動，這有利于拉裂坯殼的“愈合”和粘結(jié)坯殼的脫模。因此速度與加速度的變化都很平穩(wěn)，這也使結(jié)晶器的振動很平穩(wěn)。 4)結(jié)晶器正弦振動規(guī)律是用偏心機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，采用偏心機(jī)構(gòu)比凸輪機(jī)構(gòu)具有加工制造容易、運(yùn)動精度高、潤滑密封方便、易于采用高頻振動的優(yōu)點(diǎn)。它在方坯、板坯及薄板坯連鑄機(jī)上都有最廣泛的應(yīng)用。它是近年來出現(xiàn)的一種新型振動方式。較長的正滑動時(shí)間可增加保護(hù)渣的消耗量，有利于提高結(jié)晶器的潤滑 條件，減小拉坯阻力 。這些都有利于拉坯速度的提高，有利于連鑄生產(chǎn)效率的提高。它與傳統(tǒng)的“模鑄開坯”工藝相比，具有明顯優(yōu)勢。結(jié)晶器及其激振系統(tǒng)是連鑄機(jī)中的重要組成部分。為此，需要通過一個(gè)振動機(jī)構(gòu)使結(jié)晶器按一定的規(guī)律振動，既激振系統(tǒng)。本研究采用電液伺服結(jié)晶器激振系統(tǒng)，可 以方便地產(chǎn)生各種振動規(guī)律，實(shí)現(xiàn)控制過程監(jiān)督、實(shí)時(shí)顯示并根據(jù)拉坯速度實(shí)時(shí)修改振動參數(shù)，提高連鑄坯質(zhì)量和提高金屬收得率，從而實(shí)現(xiàn)連鑄過程的自動化。結(jié)晶器振動裝置必須能使結(jié)晶器準(zhǔn)確地沿著一定的軌跡振動，并且使振動具有一定的規(guī)律。 由此可見，對結(jié)晶器振動裝置的振動規(guī)律、振動方法、動力系統(tǒng)等附屬機(jī)構(gòu)的改造對提高連鑄質(zhì)量有重大的意義 。結(jié)晶器振動裝置的發(fā)展與創(chuàng)新主要是在它原有的基礎(chǔ)上對振動規(guī)律、振動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等附屬機(jī)構(gòu)建立起來的。 結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振動框架上，由凸輪或是偏心輪強(qiáng)迫框架下降，彈簧反力使其上升，它沒有一般振動機(jī)構(gòu)的振動臂，而是用一組齒輪和齒條來代替。節(jié)圓半徑不等的扇形齒輪又分與小齒輪裝在同一根軸上。因而可是結(jié)晶器產(chǎn)生所要求的弧線振動。它是通過選擇適當(dāng)尺寸的兩個(gè)搖桿，使其在某一個(gè)瞬時(shí)的運(yùn)動是繞曲率半徑中心 O點(diǎn)得圓弧線運(yùn)動。既然有瞬時(shí)性，因 此雙搖桿所實(shí)現(xiàn)的圓弧振動也是一個(gè)近似的圓弧軌跡。但由于結(jié)晶器的振幅與圓弧半徑相比很小，因此，瞬心位置變化所造成的運(yùn)動誤差在理論上是很小的，一般在圓弧各點(diǎn)振動軌跡的誤差不大于 。所以ad(a`d`)bc(b`c`).R 稱為大圓弧半徑，如圖示，它是目前廣泛應(yīng)用的外弧雙短臂和內(nèi)弧雙短臂振動機(jī)構(gòu)。采用后者時(shí)，則應(yīng)該把 b`點(diǎn)和 c`點(diǎn)做固定的鉸點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)所要求的振動軌跡。其設(shè)計(jì)原理與我國的差動齒輪相似，圖示是四偏心式振動機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。結(jié)晶器的弧線運(yùn)動是利用兩隊(duì)偏心輪距不同的偏心輪機(jī)連桿機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的。板式彈簧使結(jié)晶器只做弧線擺動，而不能產(chǎn)生前后左右的 晃動。振動臺架采用鋼結(jié)構(gòu)件，更換迅速方便。其缺點(diǎn)是運(yùn)動零件較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為克服上述困難，盧森堡PW 公司開發(fā)了一種采用本體振動式的新型方坯結(jié)晶器。因而具有振動質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡單、維修費(fèi)用低等特點(diǎn)。為安全起見，采用水油混合物作為工作介質(zhì)。