板坯連鑄機(jī)扇形段強(qiáng)度和剛度分析

邯鋼設(shè)備制造安裝有限公司 河北邯鄲 056000

該部門是板坯連鑄機(jī)的重要設(shè)備。液態(tài)鋼水在模具中形成厚度恒定的初級生坯殼，通過彎曲彎曲部分進(jìn)入弧形扇形，然后在矯直扇形中矯直，最后在水平扇形中完全凝固的坯料。在此過程中，鑄坯在扇形區(qū)域內(nèi)冷卻，并且鑄坯殼不斷變厚，直到完全凝固。在制造過程中，扇形輥縫的精度對鑄坯的質(zhì)量有重要影響。在現(xiàn)代板坯連鑄機(jī)中，調(diào)光技術(shù)廣泛用于板坯連鑄機(jī)中以提高板坯質(zhì)量。由于調(diào)光控制是實(shí)現(xiàn)調(diào)光技術(shù)的重要工具，因此對扇形強(qiáng)度和剛度有很高的要求，同時(shí)確定扇形變形會控制調(diào)光輥隙的精度[1]。

1 扇形段的載荷情況以及特點(diǎn)

在制造過程中，鑄坯由扇形區(qū)中的七對輥支撐，其中之一是驅(qū)動鑄坯的驅(qū)動輥。輥縫夾鉗液壓缸通過扇形的上下框架夾住鑄坯。進(jìn)行調(diào)光時(shí)，液壓缸將被夾緊，鑄坯會動態(tài)地輕微變暗。施加到扇形上的力包括鑄造坯料的鼓力，輥?zhàn)拥男D(zhuǎn)阻力，拉出力（即驅(qū)動輥?zhàn)拥尿?qū)動力），鑄造坯料在變暗期間的反作用力以及輥縫夾緊液壓缸的夾緊力。包括在內(nèi)。為了使扇形的力與實(shí)際情況更好地匹配，并使扇形的強(qiáng)度和剛度分析更加準(zhǔn)確，扇形的整體建模考慮了整個(gè)毛坯的夾緊力和夾緊液壓缸的夾緊力與每個(gè)相關(guān)。在輥上自動產(chǎn)生的反作用力是一對平衡力。同時(shí)，根據(jù)額定壓力考慮夾緊液壓缸，并根據(jù)電動機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩考慮拔出力，從而可以計(jì)算出最大負(fù)載時(shí)扇形的強(qiáng)度和剛度[2]。

部門的最佳方面該部門的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是由意大利DDD 公司開發(fā)的用于建造板坯連鑄機(jī)的最新一代部門技術(shù)。從圖中可以看到，每個(gè)扇區(qū)包含6 對驅(qū)動輥和1 對驅(qū)動輥，分別由液壓缸驅(qū)動，驅(qū)動輥安裝在扇區(qū)的中心。該驅(qū)動裝置可確保始終在驅(qū)動輥和鑄坯之間保持最大牽引力，從而使驅(qū)動輥穿過感應(yīng)棒時(shí)可以分別提起。段的上下框架通過四個(gè)連桿連接，并具有兩個(gè)平板進(jìn)口端。連桿旋轉(zhuǎn)并可以承受鑄造方向上的所有剪切力。平板出口處的兩個(gè)連桿通過一對銷連接，延伸并旋轉(zhuǎn)扇形并由四個(gè)液壓缸驅(qū)動。上下框架之間的相對運(yùn)動以執(zhí)行扇形夾緊和松動[3]。

2 扇形段有限元模型的建立

由于整個(gè)部門結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，考慮到模型的計(jì)算規(guī)模和準(zhǔn)確性，對模型的處理如下：①省略了對扇形強(qiáng)度和剛度影響不大的扇形水管和其他二級結(jié)構(gòu)。②考慮整個(gè)滾動軸承和軸承座，以及滾動軸承座和扇形框架的整個(gè)支撐座。③扇形驅(qū)動輥提升梁和扇形上框架之間的滑動是通過聯(lián)軸器完成的。模擬處理。為了使扇形的有限元分析與實(shí)際情況相匹配，采用了整個(gè)扇形模型，并將網(wǎng)格劃分為30mm 的六面體單元。整個(gè)扇形模型包括一個(gè)上框架，一個(gè)下框架，一個(gè)上驅(qū)動輥提升裝置，一對驅(qū)動輥，6 對自由輥和4 套輥間隙夾持裝置。

3 扇形段的強(qiáng)度分析

使用全局有限元分析方法來分析整個(gè)部門的壓力。在最大載荷下扇形的最大應(yīng)力分布如下：①在扇形部分下方，在框架驅(qū)動輥兩端支撐垂直板的軸承板的應(yīng)力達(dá)到360MPa。扇形部分的框架材料為Q345，屈服極限為345MPa。在使用過程中可能會損壞，需要加強(qiáng)。②扇形輥縫調(diào)節(jié)連桿的螺紋連接處的應(yīng)力達(dá)到738MPa。該材料為34CrNi3Mo，屈服強(qiáng)度為735MPa，需要加強(qiáng)[4]。

4 扇形段的剛度分析

在兩個(gè)約束條件下計(jì)算頂部框架的變形：法線鑄造和重繪。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在普通鑄造中，通過液壓缸將上部框架的驅(qū)動輥所在的垂直板向下推，將鑄件夾緊，將鋼坯拉入。由于液壓缸的按壓力抵消了坯料的膨脹力，因此，放置有驅(qū)動輥的垂直板在UZ 方向上較薄。非驅(qū)動輥所在的垂直板厚度的最大UZ 形變是進(jìn)口1＃輥和出口7＃輥所在的垂直板的中心，最大形變?yōu)?.238mm（常規(guī)鑄造）。2＃，6＃，3＃和5＃的垂直板厚度在UZ 方向上的變形逐漸減小。上框架的UY 方向變形圖顯示，在正常鑄造過程中，驅(qū)動輥所在的垂直板中心的最大變形為0.543 毫米。這主要是由于驅(qū)動輥的壓力缸產(chǎn)生的吸力較大。正常澆鑄和重鑄過程中頂部框架變形的比較。總之，驅(qū)動輥所位于的豎直板顯著變形，這主要是由拉力引起的。在正常鑄造和拉拔過程中，框架厚度方向上的變形很小，并且沒有突然變化，因此不會影響扇形零件開度的差異，因此框架設(shè)計(jì)滿足計(jì)算結(jié)果的剛度設(shè)計(jì)要求。

5 生產(chǎn)過程中溫度對扇形段變形的影響

在制造過程中，高溫鑄坯在扇形區(qū)中連續(xù)運(yùn)行，但是鋼板的彈性隨著溫度的升高而降低，因此溫度對扇形區(qū)的變形有一定的影響。扇形框架和輥縫調(diào)節(jié)器的溫升在100℃以內(nèi)，鋼板的彈性系數(shù)變化不大，變形不易受溫度影響。由于輥?zhàn)又苯优c熱軋板坯接觸，因此熱軋板坯對輥?zhàn)幼冃蔚挠绊懜蟆］佇据S用水冷卻，使芯軸不易受溫度影響。輥套筒的溫度趨于從表面到內(nèi)部降低，其中外表面溫度為400℃，內(nèi)表面溫度為100℃。通過有限元分析，由于制造過程中溫度的影響，輥的變形增加了0.12mm。

6 改進(jìn)措施

根據(jù)以上整個(gè)行業(yè)的有限元分析，該行業(yè)的整體實(shí)力和剛性可以滿足其使用要求，但局部地區(qū)存在一些弱點(diǎn)。提出了以下補(bǔ)救措施。①扇形框架的滾動軸承基座的加固板。滾子兩側(cè)的肋條連接到扇形框架的垂直板上。②調(diào)節(jié)扇形輥縫隙連桿的螺紋接頭加寬了螺紋的底切槽并增加了過渡角。上述補(bǔ)救措施將增加弱點(diǎn)的強(qiáng)度，并重新運(yùn)行有限元分析以滿足強(qiáng)度要求。

7 結(jié)語

通過分析扇形的強(qiáng)度和剛度并考慮制造過程中溫度對扇形變形的影響，可以了解扇形中的應(yīng)力和應(yīng)變分布，并為扇形的最終設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。部門轉(zhuǎn)換符合實(shí)際測試結(jié)果。最終設(shè)計(jì)的扇形板在柳鋼6 號板坯連鑄機(jī)上投入實(shí)際使用，并取得了令人滿意的結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)類型的領(lǐng)域是由多個(gè)板坯連鑄機(jī)的后續(xù)設(shè)計(jì)推廣。