H型感應(yīng)加熱中間包車的設(shè)計(jì)

李積文，何 博，何保衛(wèi)，蔣 軍，章裕琳

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安 710032)

0 前言

近年來，連鑄生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，采用比較低的過熱度的恒溫澆鑄對(duì)改善鑄坯質(zhì)量有非常重要的作用。所以，控制中間包的鋼水溫度和過熱度從而提高生產(chǎn)率，改進(jìn)凝固組織，是改善鑄坯質(zhì)量最有效的途徑之一。

但是在實(shí)際生產(chǎn)澆鑄過程中，中間包存在著不同程度的熱損失，為了補(bǔ)償中間包流失的熱量，目前一般采用中間包等離子加熱技術(shù)或者中間包電磁感應(yīng)加熱技術(shù)。

對(duì)于中間包電磁感應(yīng)加熱而言，目前大致分為T型包八字形感應(yīng)加熱和H型中間包感應(yīng)加熱。

由于H型感應(yīng)加熱方式鋼水加熱更加均勻，國(guó)內(nèi)新建的鋼廠一般均采用此種方式。

1 H型感應(yīng)加熱中間包車設(shè)計(jì)難點(diǎn)

以某鋼廠H型感應(yīng)加熱中間包為例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 H型感應(yīng)加熱中間包

如表1所示為H型感應(yīng)加熱中間包與常規(guī)中間包參數(shù)對(duì)比，通過表1對(duì)比H型感應(yīng)加熱中間包和常規(guī)中間包的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：

(1)H型感應(yīng)加熱中間包重量大。中間包的重量一般由中間包本體、耐材、塞棒機(jī)構(gòu)、中間包蓋等構(gòu)成。對(duì)于H型感應(yīng)加熱中間包，由于長(zhǎng)水口距離浸入式水口的距離增大，中間包上面還要布置感應(yīng)加熱裝置，所以中間包裝配重量比較大。為普通中間包的3倍多。對(duì)于中包車設(shè)計(jì)而言就要求對(duì)應(yīng)的升降缸、對(duì)中缸、車架等關(guān)鍵部件都需要重新設(shè)計(jì)計(jì)算。

表1 H型感應(yīng)加熱中間包與常規(guī)中間包參數(shù)對(duì)比

(2)H型感應(yīng)加熱中間包長(zhǎng)水口距離浸入式水口的距離增大。這個(gè)尺寸的增加，對(duì)于連鑄機(jī)設(shè)計(jì)而言意味著回轉(zhuǎn)臺(tái)中心線距離外弧基準(zhǔn)線的距離增大，對(duì)于中間包車設(shè)計(jì)而言，中間包車的軌距會(huì)增大很多，同時(shí)考慮升降油缸能力要求增大，升降油缸外形也會(huì)增大，中間包車主車架的強(qiáng)度剛度需要重新校核計(jì)算。

(3)H型感應(yīng)加熱中間包支撐耳軸直徑增大、中包最低點(diǎn)距中包殼底距離增大。中間包耳軸支撐在稱重裝置上方，稱重裝置由升降裝置支撐，升降裝置布置在主車架上方。由于中間包耳軸直徑增大、升降框架高度增加、主車架高度增加、中包最低點(diǎn)距中包殼底距離增大、中包車負(fù)載增加考慮車輪許用輪壓車輪直徑增大，這一系列尺寸的增大導(dǎo)致中間包底距離結(jié)晶器銅管頂?shù)木嚯x增大，直接造成的后果就是浸入式水口長(zhǎng)度增大，一般侵入式水口的長(zhǎng)度大概在900 mm以內(nèi)，但是對(duì)于H型感應(yīng)加熱中間包而言，由于上述原因，浸入式水口的長(zhǎng)度一般都比較長(zhǎng)。

如果采用整體式水口，水口的長(zhǎng)度會(huì)達(dá)到1 500 mm，水口的壽命會(huì)大大降低，如果采用上下分體式水口，上水口可以做到600 mm以內(nèi)，下水口做到900 mm左右。

為了適應(yīng)H型感應(yīng)加熱中間包的需求，必須重新設(shè)計(jì)作為支撐中間包的中間包車，在能夠滿足使用的前提下，盡量降低中間包車架的高度、升降框架的高度，從而減小浸入式水口的長(zhǎng)度。

控制中包車的軌距和輪距，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，否則中間包車的重量增加過多，驅(qū)動(dòng)中包車的電機(jī)減速機(jī)規(guī)格又會(huì)增大。

中包車重量增大，支撐中間包車的鋼包操作平臺(tái)設(shè)計(jì)的時(shí)候也要適當(dāng)加強(qiáng)。

2 H型感應(yīng)加熱中間包車設(shè)計(jì)

對(duì)于方坯連鑄機(jī)，為了便于控制液面、添加保護(hù)渣等工藝操作，一般中間包車都采用高低軌式，這樣中包車靠近內(nèi)弧側(cè)，操作空間比較充裕。

H型感應(yīng)加熱中間包車也采用高低軌式，主要由車架、傳動(dòng)裝置、升降裝置、對(duì)中裝置、防濺板等構(gòu)成。圖2為H型感應(yīng)加熱中間包車平面圖。

圖2 H型感應(yīng)加熱中間包車平面圖

由于H型中間包的重量比常規(guī)中間包大很多、長(zhǎng)水口到浸入式水口的距離增大很多、中間包支撐耳軸直徑增大等原因，中間包車設(shè)計(jì)的時(shí)候就要綜合考慮這些因素。

H型感應(yīng)加熱中間包車設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)：

(1)拖鏈。中間包感應(yīng)加熱的冷卻水、電源等介質(zhì)也是通過中間包車的拖鏈上到中包車上。因此，中間包車拖鏈支架設(shè)計(jì)也要加強(qiáng)。

由于中間包車的介質(zhì)、感應(yīng)加熱的介質(zhì)都要經(jīng)過拖鏈，一般采用兩種方法處理。

一種是中包車的介質(zhì)用一個(gè)拖鏈，感應(yīng)加熱裝置的介質(zhì)用一個(gè)拖鏈，兩個(gè)拖鏈并排布置在鋼包操作平臺(tái)上，這樣安裝、檢修維護(hù)比較方便，但是由于兩個(gè)拖鏈?zhǔn)遣⑴挪贾茫@就要求鋼包操作平臺(tái)放置拖鏈的那層設(shè)計(jì)的比較寬，如果平臺(tái)太小的話可能布置就會(huì)存在問題。

另一種方式就是中包車介質(zhì)和感應(yīng)加熱的介質(zhì)共用一個(gè)上下兩層的拖鏈。這種設(shè)計(jì)時(shí)，要求拖鏈鏈節(jié)的厚度、剛度都要增大，而且拖鏈的支撐裝置間距要設(shè)計(jì)合理，防止中間包走行的時(shí)候拖鏈由于負(fù)載過大而導(dǎo)致的塌腰折斷。

(2)升降裝置。H型包重量增大，升降油缸的型號(hào)也要增大，如果中包車不考慮調(diào)渣線，可以采用兩端鉸接式聯(lián)接。如果要考慮調(diào)渣線，升降缸要考慮采用內(nèi)置位移傳感器，升降油缸采用法蘭式聯(lián)接，液壓系統(tǒng)配置比例閥，實(shí)現(xiàn)四個(gè)升降油缸同步、調(diào)渣線。

升降油缸能力校核的時(shí)候要考慮極限狀況下即只有三個(gè)缸工作、或者是由于中間包變形導(dǎo)致的只有三個(gè)缸起到作用時(shí)，滿包情況下依舊能夠升起，且留有1.1～1.5倍的安全系數(shù)。

(3)對(duì)中裝置。對(duì)中裝置設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮空包、單缸對(duì)中，即在空包的時(shí)候一個(gè)缸能夠推動(dòng)中間包。

中間包重量增加，對(duì)中裝置下方的支撐輪、內(nèi)部的軸承需要根據(jù)新的載荷重新設(shè)計(jì)。因?yàn)閷?duì)中裝置的高度影響到中包車的高度，因此，這塊設(shè)計(jì)的時(shí)候也要仔細(xì)考慮。對(duì)中油缸增大以后，對(duì)中缸頭也要加強(qiáng)。

如圖3所示，為了改善對(duì)中裝置橫梁的受力情況，對(duì)中裝置設(shè)計(jì)的時(shí)候，讓中間包支撐耳軸、稱重傳感器、位于升降裝置上支撐對(duì)中裝置的支撐輪在一條線上。

圖3 升降對(duì)中裝置局部示意

(4)主車架設(shè)計(jì)。中間包車局部視圖如圖4所示，中間包耳軸支撐在對(duì)中裝置上，對(duì)中裝置由升降裝置的支撐輪支撐，升降裝置通過升降缸和主車架聯(lián)接。

中間包車的負(fù)載主要由主車間來承受，升降裝置的液壓缸也安裝在主車架內(nèi)部，升降油缸增大，主車架相應(yīng)的也得加寬，由于負(fù)載增大，主車架的高度需要增加。

但是車架如果增高太多的話，浸入式水口的長(zhǎng)度會(huì)增加很多，水口長(zhǎng)度設(shè)計(jì)壽命都會(huì)受到影響。

圖4 H型感應(yīng)加熱中間包車局部示意

設(shè)計(jì)車架時(shí)要考慮升降油缸內(nèi)置位移傳感器的更換維護(hù)，即升降缸底部距離澆鋼平臺(tái)有一個(gè)可以操作的距離一般留900 mm左右。

車架設(shè)計(jì)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，由于中間包車工作在熱區(qū)，設(shè)備要有足夠的安全系數(shù)。

因此設(shè)計(jì)車架時(shí)要綜合考慮，必要的時(shí)候可以通過不增加設(shè)備的高度、鋼板的厚度，而是選用更好性能的材料來滿足大載荷的需求。

另外由于中間包的超大超寬，因此設(shè)計(jì)的中間包車肯定比常規(guī)中包車外形大很多，以主車架為例，主車架比常規(guī)車架長(zhǎng)2 m多，高度也會(huì)增加不少，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到設(shè)備的加工制造、運(yùn)輸?shù)葐栴}，可以將主車架從橫梁和豎梁連接處由常規(guī)的焊接式改為法蘭聯(lián)接式。

中間包感應(yīng)加熱裝置還需要冷卻空氣，在中間包車設(shè)計(jì)的時(shí)候，中包車一側(cè)布置液壓閥臺(tái)，另外一側(cè)預(yù)留感應(yīng)加熱裝置固定在車上的風(fēng)管的安裝位置。

中包車緩沖器設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意其長(zhǎng)度應(yīng)該比此區(qū)域的車體更凸出，防止出現(xiàn)未碰上緩沖器而損壞設(shè)備的情況。尤其是安裝感應(yīng)加熱風(fēng)管側(cè)。

(5)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及行走電機(jī)減速機(jī)的設(shè)計(jì)選型、驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)、軸承的選型計(jì)算、緩沖器的選型計(jì)算、驅(qū)動(dòng)車輪直徑的選取、輪壓計(jì)算。

中間包車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖如圖5所示，常見的關(guān)于連鑄機(jī)的資料里面都有介紹，需要特別注意的是，由于車輪直徑的大小和驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器的速比成反比，而車輪大小又與許用輪壓成正比，為了滿足中間包車傳動(dòng)能力的要求，就要選擇合理的車輪直徑和合理的電機(jī)功率。

圖5 H型感應(yīng)加熱中間包車計(jì)算流程圖

車輪的大小，一定程度上也決定了車架的離地間隙，為了滿足增大以后的減速電機(jī)的安裝空間需求，這兩者要合理匹配設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮為降低浸入式水口長(zhǎng)度創(chuàng)造條件。

3 結(jié)束語

中包車設(shè)計(jì)的時(shí)候既要考慮到H型感應(yīng)加熱中間包的大負(fù)載，提高中間包車的剛度、強(qiáng)度、中間包車的行走、升降、對(duì)中能力。

同時(shí)還要綜合考慮由于中間包車增大以后導(dǎo)致的浸入式水口長(zhǎng)度增長(zhǎng)，導(dǎo)致水口壽命降低的問題。優(yōu)化中間包車設(shè)計(jì)，盡量控制水口長(zhǎng)度在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)。

中間包車設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮感應(yīng)加熱裝置的安裝、介質(zhì)的接通等問題。