1600 mm不銹鋼板坯連鑄機(jī)弧形段設(shè)計(jì)

鄧春棟

1600 mm不銹鋼板坯連鑄機(jī)弧形段結(jié)構(gòu)形式先進(jìn)可靠，該弧形段上、下框架夾緊裝置和驅(qū)動(dòng)輥升降裝置均為液壓式結(jié)構(gòu)，由四個(gè)夾緊液壓缸驅(qū)動(dòng)上框架升降并與下框架夾緊形成一體，輥?zhàn)娱_(kāi)口度通過(guò)上、下框架之間的輥縫調(diào)整裝置控制。該連鑄生產(chǎn)線主要生產(chǎn)180 t和200 t規(guī)格的不銹鋼板坯。

1 設(shè)備布置和組成

1600 mm不銹鋼板坯連鑄機(jī)弧形段共有6個(gè)段，每段都包含有：驅(qū)動(dòng)輥、從動(dòng)輥、驅(qū)動(dòng)輥壓下裝置、夾緊及調(diào)厚裝置、上框架、下框架及弧形段固定裝置等（見(jiàn)圖1）。

2 結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 上、下框架

該弧形段上、下框架為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，上框架上面安裝內(nèi)弧側(cè)輥?zhàn)虞S承座，弧形段1～6夾緊液壓缸，弧形段2～6壓下缸，提升梁滑板以及更換起吊耳軸等。下框架上面安裝有外弧側(cè)輥?zhàn)虞S承座，夾緊拉桿及拉桿導(dǎo)向套，弧形段固定裝置及更換導(dǎo)向輪等。為將鑄坯對(duì)框架的熱影響減到最小，上、下框架內(nèi)都通水進(jìn)行循環(huán)內(nèi)冷。由于上、下架體同時(shí)作為水冷和氣霧冷卻的通道，因此對(duì)焊接的架體要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

在設(shè)計(jì)上、下框架時(shí)，為了使設(shè)定的輥?zhàn)娱_(kāi)口度在澆注過(guò)程中的變動(dòng)量盡可能小，應(yīng)采用高剛性結(jié)構(gòu)，以保證在最大負(fù)荷條件下，輥?zhàn)娱_(kāi)口度（即輥縫值）不變，確保生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄坯。

2.2 輥?zhàn)雍洼S承座

弧形段輥?zhàn)佑序?qū)動(dòng)輥和從動(dòng)輥兩種，均采用兩分段輥結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)輥和從動(dòng)輥在弧形段上的布置是不同的，在弧形段1上只設(shè)有7對(duì)從動(dòng)輥；弧形段2～3上設(shè)有1對(duì)驅(qū)動(dòng)輥，但僅驅(qū)動(dòng)上輥，其余6對(duì)為從動(dòng)輥；弧形段4～6上設(shè)有1對(duì)驅(qū)動(dòng)輥，上、下輥均驅(qū)動(dòng)，其余6對(duì)為從動(dòng)輥（交錯(cuò)布置）。

驅(qū)動(dòng)輥輥身直徑為?250 mm，從動(dòng)輥輥身直徑為?230 mm。每個(gè)分段輥都有自由側(cè)和固定側(cè)之分，輥?zhàn)雍洼S承座均通水冷卻。

工作時(shí)，由于輥?zhàn)又苯优c高溫鑄坯接觸，除承受很大的鋼液靜壓力以外還要承受在非正常澆注時(shí)的尖峰負(fù)荷，所以輥?zhàn)颖仨氃谀湍サ幕A(chǔ)上有足夠的強(qiáng)度和剛度。因此在設(shè)計(jì)該弧形段輥?zhàn)訒r(shí)，除輥身材質(zhì)采用42CrMo并堆焊不銹鋼以外，對(duì)Rm（抗拉強(qiáng)度）；Rel（下屈服強(qiáng)度)；A%（延伸率）；Aku(沖擊功）等性能指標(biāo)也有一些特殊要求。

圖1 弧形段結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 驅(qū)動(dòng)輥壓下裝置

該弧形段驅(qū)動(dòng)輥采用液壓壓下，組成部件主要包括缸，提升梁，驅(qū)動(dòng)輥，軸承座，滑板，冷卻水及干油系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)輥安裝在提升梁之上，通過(guò)裝在上框架上的液壓缸帶動(dòng)提升梁上下運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)上驅(qū)動(dòng)輥對(duì)鑄坯及引錠桿的夾緊，拉拔和輸送等功能。當(dāng)出現(xiàn)漏鋼等事故時(shí)，壓下裝置可幫助驅(qū)動(dòng)輥以強(qiáng)制拉坯力將鑄坯拉出。因?yàn)轵?qū)動(dòng)輥在整個(gè)弧形段的不同位置對(duì)鑄坯的壓下力是不同的，因此液壓缸的壓力也各不相同。

2.4 夾緊及輥縫調(diào)整裝置

該弧形段通過(guò)安裝在上框架上的4個(gè)夾緊液壓缸以及固定在下框架上的4個(gè)拉桿和導(dǎo)柱實(shí)現(xiàn)上下框架的夾緊及輥縫調(diào)整。弧形段1～6輥縫調(diào)定后由插入墊固定。組成部件主要包括鎖緊螺母、夾緊液壓缸、調(diào)整墊板、壓環(huán)、拉桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)向塊、墊片、滑板和插入墊等。

當(dāng)弧形段1～6總裝完畢后，必須進(jìn)行輥縫調(diào)整。此時(shí)，不安放插入墊，上框架壓靠時(shí)為最小輥縫位置，輥縫值應(yīng)為165 mm。

設(shè)計(jì)時(shí)在導(dǎo)柱滑板與導(dǎo)向塊之間要確保留有一定間隙值，間隙值由調(diào)整墊片厚度確定。在上框架升降導(dǎo)向系統(tǒng)中，A1及A4兩側(cè)裝入的墊片組厚度要相同，A2及A3兩側(cè)裝入的墊片組厚度要相同（見(jiàn)圖2）。

對(duì)于該弧形段而言，插入墊厚度為t1=20 mm時(shí)，將上框架壓靠，此時(shí)上框架處于180 mm厚度鑄坯的輥縫值位置。而當(dāng)每處使用2個(gè)插入墊，且t1=20mm，t2=21 mm時(shí)，將上框架壓靠，則上框架處于200 mm厚度鑄坯的輥縫值位置。

3 鋼液靜壓力和軸承載荷計(jì)算

（1）該弧形段采用的是兩分段輥，所以應(yīng)按兩分段輥計(jì)算（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖2 上框架升降導(dǎo)向系統(tǒng)圖

圖3 兩分段輥受力圖

圖4 鋼液靜壓力

設(shè)鋼液靜壓力為FDK：

式中，Ηi—計(jì)算處的鋼液壓頭高度（mm）；a—輥?zhàn)庸?jié)距（mm）；γ—鑄坯比重，γ=7.6×10-6kg/mm3；W—鑄坯寬度 （mm）；δi—凝固層厚度 （mm），δi=K ■ ti；ti—從結(jié)晶器液面到所計(jì)算的輥?zhàn)犹幩?jīng)過(guò)過(guò)的時(shí)間（s），ti=；li—從結(jié)晶器液面到所計(jì)算輥?zhàn)拥幕【€

長(zhǎng)度（mm）。則得輥?zhàn)铀惺艿匿撘红o壓力：

軸承處的載荷為：

（2）輥?zhàn)釉诠ぷ髦羞€需克服由回轉(zhuǎn)阻力在軸承座上引起的載荷（見(jiàn)圖5）。

則輥?zhàn)铀芑剞D(zhuǎn)阻力

軸承處的載荷

圖5 回轉(zhuǎn)阻力分析圖

式中，Wsi—由鋼液靜壓力引起的矯直阻力（N）；Wri—無(wú)負(fù)荷時(shí)在輥?zhàn)犹幍幕剞D(zhuǎn)阻力（N）；Wbi—由鼓肚力在軸承處引起的回轉(zhuǎn)阻力（N）。

式中，DZoi、DZui—上輥及下輥軸承部直徑（mm）；Droi、Drui—由鼓肚力在軸承處引起的回轉(zhuǎn)阻力 （N）；Δi—在第 i號(hào)輥間距地鼓肚量（mm）；Dri—第 i號(hào)輥的平均直徑 （mm），；Droi—第 i號(hào)上輥徑（mm）；Drui—第 i號(hào)下輥徑 （mm）；PDi—第 i號(hào)輥的鼓肚力（由輥列計(jì)算得出）（N）。

由上述計(jì)算即可得出各個(gè)輥?zhàn)铀惺艿匿撘红o壓力、輥?zhàn)踊剞D(zhuǎn)阻力及輥?zhàn)痈鬏S承處的載荷。

4 結(jié)語(yǔ)

弧形段是連鑄機(jī)的重要設(shè)備之一，其工作在高溫，水蒸汽，多氧化皮等非常惡劣的環(huán)境中，為了能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的板坯，對(duì)弧形段的強(qiáng)度和剛度以及可靠性都有較高的要求，因此，剛性好、耐高溫、耐腐蝕且結(jié)構(gòu)先進(jìn)，操作方便是弧形段設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。1600 mm不銹鋼板坯連鑄機(jī)弧形段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參閱了國(guó)內(nèi)外多種結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過(guò)了認(rèn)真的分析和比較，最終確定的設(shè)計(jì)方案先進(jìn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于使用維護(hù)。