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文 獻 綜 述 題 目 結(jié)晶器齒輪差動振動器設計 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 學生姓名 起訖日期 指導教師 職稱 學院院長 審核日期 1 一 結(jié)晶器應用領域 1 連鑄機機型分類 特點及演變 目前連鑄機已在鋼廠廣泛采用 形式多種 用途各異 對連鑄機的叫法也很不一 致 現(xiàn)按一般習慣介紹連鑄機的分類方法 1 接連鑄機外形分類有 立式連鑄機 立彎式連鑄機 弧形連鑄機 超低頭 橢 圓形 連鑄機 水平連鑄機 輪式連鑄機等 2 按澆注鑄坯斷面分類有 表 1 國 內(nèi) 連 鑄 機 統(tǒng) 計 機型 臺數(shù) 臺 流數(shù) 流 年產(chǎn)能 萬 t 說明 小方坯 211 783 8983 50 150mm 150mm 方 矩 坯 218 781 9902 150mm 150mm 板坯 91 120 8383 板方兼用者按板坯計 薄板坯 10 10 1262 薄板坯連鑄連軋 圓坯 20 52 511 25 以生產(chǎn)圓坯為主者按圓坯 異型坯 1 3 63 合計 551 1749 29204 75 有幾家方案未確定者 如廣東 福建等 尚 未計入 3 按拉速分類有 高拉速連鑄機和低拉速連鑄機 它們的主要區(qū)別在于 高拉 速時鑄坯帶液芯矯直 低拉速時鑄坯全凝固矯直 4 按鋼水靜壓頭分類 靜壓力較大的叫高頭型連鑄機如立式 立彎式連鑄機 靜 壓力較小的叫低頭連鑄機如弧形 橢圓 水平連鑄機 2 連續(xù)鑄鋼的工藝流程及設備 圖 1 1 煉鋼生產(chǎn)工藝流程簡圖 2 圖 1 2 連鑄工藝圖 二 結(jié)晶器振動器簡介 在連鑄技術的發(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 結(jié)晶 器振動的目的是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié) 同時獲得良好的鑄坯表面 因而結(jié)晶器 向上運動時 減少新生的坯殼與銅壁產(chǎn)生粘結(jié) 以防止坯殼受到較大的應力 使鑄坯 表面出現(xiàn)裂紋 而當結(jié)晶器向下運動時 借助摩擦 在坯殼上施加一定的壓力 愈合結(jié) 晶器上升時拉出的裂痕 這就要求向下的運動速度大于拉坯速度 形成負滑脫 機械振動的振動裝置由直流電動機驅(qū)動 通過萬向聯(lián)軸器 分兩端傳動兩個蝸輪 減速機 其中一端裝有可調(diào)節(jié)軸套 蝸輪減速機后面再通過萬向聯(lián)軸器 連接兩個滾 動軸承支持的偏心軸 在每個偏心輪處裝有帶滾動軸承的曲柄 并通過帶橡膠軸承的 振動連桿支撐振動臺 產(chǎn)生振動 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)量的關鍵技術之一 國外的應用情況表明 采用連鑄結(jié)晶器非正弦伺 服振動 能夠有效地減少鑄坯與結(jié)晶器間的摩擦力 從而防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)而被 拉裂 減小鑄坯振痕 提高鑄坯質(zhì)量川一 9l 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 可以方便地實現(xiàn)多種波形振動 實現(xiàn) 連鑄過程監(jiān)督和實時顯示振動波形 并能在線修改非振動方式及振動頻率和幅值等參 數(shù) 實現(xiàn)控制過程的平穩(wěn)過度 三 結(jié)晶器振動器的發(fā)展 最初的連鑄機結(jié)晶器是靜止不動的 在拉坯的過程中坯殼很容易與結(jié)晶器內(nèi)壁產(chǎn) 生粘結(jié) 從而出現(xiàn)坯殼 拉不動 或拉漏鋼水的事故發(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 直到 1933 年現(xiàn)代連鑄的奠基人一德國的西格弗里德 容漢斯開發(fā)了結(jié)晶器振動裝置 并成功地將它應用于有色金屬黃銅的連鑄 1949 年 S 容漢斯的合伙人美國的艾爾文 羅西 Irving Rossi 獲得了容漢斯結(jié)晶 器振動技術專利的使用權 并首次在美國約阿 勒德隆鋼公司廠的一臺方坯連鑄試驗機 3 上采用了振動結(jié)晶器 與此同時 容漢斯振動結(jié)晶器又被西德曼內(nèi)斯 Mannesmann 公 司胡金根廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗連鑄機上成功應用結(jié)晶器振動技術在這兩臺連鑄機上 的成功應用 為結(jié)晶器振動技術的廣泛應用打下了堅實的基礎 四 結(jié)晶器振動器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 繼續(xù)日本將液壓伺服振動結(jié)晶器應用于連鑄之后 法國 IRSID 2 與 CLECIM 合作進 行了相應的研究工作 于 1987 年公布了其實驗結(jié)果 研究結(jié)果表明 應用非正弦振動 可以有效地減少結(jié)晶器內(nèi)的摩擦力 使振痕深度減輕 鑄坯表面質(zhì)量得以明顯改善 在前面實驗的基礎上 IRSID 與 CLECIM 又新設計制造了兩臺液壓振動工業(yè)實驗裝置 分別安裝在了索拉克廠的 流板坯連鑄機的 2 號機和 Unimecal Normandie 廠的 8 流小 方坯連鑄機的一流上 首先他們在這兩個裝置上采用了與機械振動系統(tǒng)相同的正弦波 形及控制方式 應用于各自的鑄機上進行長期的工業(yè)試驗 結(jié)果表明鑄坯表面質(zhì)量和 機械振動系統(tǒng)相同 同時也驗證了液壓振動系統(tǒng)的可靠性 隨后在 SOLLAC 廠進行了非 正弦振動實驗 其金相分析結(jié)果表明 生產(chǎn)的低碳鋼的振痕深度至少減少了 25 在 UN 廠 雖然他們應用液壓振動仍進行了正弦振動試驗 但是在控制上對正弦振動模型進 行了優(yōu)化控制 結(jié)果表明 低碳鋼方坯的表面缺陷減少了 75 CLECIM 后來又為 SOLLAC 廠設計制造了一臺工業(yè)性液壓振動裝置 采用全數(shù)字控制 方式 在控制上具有更大的靈活性和適應性 該設備液壓源壓力為 18Mpa 電動機功率 為 110KW 于 1993 年 3 月安裝在 SOLLAC 廠 2 號板坯連鑄機上 目前該連鑄機主要生產(chǎn) 超低碳鋼 C 含量為 0 025 及小于 0 01 生產(chǎn)結(jié)果表明 應用非正弦振動 其振痕深 度比用正弦振動至少減少了 30 并且可以減少凝固鉤的數(shù)量 顯著減少皮下缺陷 從 而大大提高了最后軋制成品的表面質(zhì)量 現(xiàn)在 該廠一直采用給正弦振動進行生產(chǎn) 并計劃改造另一流板坯振動系統(tǒng) 英國的 Stocksbridge 工程鋼廠的圓方坯連鑄機主要生產(chǎn)特殊鋼 應用液壓振動改 造后 生產(chǎn)實踐表明 用液壓非正弦振動系統(tǒng)不僅可以減少振痕深度 減少卷渣 提 高鑄坯表面質(zhì)量 而且該廠的漏鋼率也從原來的 3 下降到了 1 與此同時 德馬克公司在阿維迪薄板坯連鑄機上 開發(fā)成功了薄板坯液壓振動系 統(tǒng) 日本住友在其 90 120mm 1000mm 試驗連鑄機上采用了液壓振動技術 起普碳鋼的 試驗拉速為 5m min 中碳鋼等鋼種的試驗拉速為 3m min 奧鋼聯(lián)已經(jīng)在其薄板坯連鑄 機上 盧森堡則在其方坯以異形坯連鑄機上開始裝備液壓振動系統(tǒng) 并開始了自帶振 動系統(tǒng)的結(jié)晶器的研制 另外 日本神戶 新日鐵 英國 ECSC 等都相繼開始液壓振動 的研究 五 振動方式類型 結(jié)晶器振動方式是指結(jié)晶器運動速度的變化規(guī)律 有三種 4 A 同步振動 同步式振動是最早的振動形式 其速度變化規(guī)律特點是 結(jié)晶器在下降時與鑄坯 作同步運動 然后以三倍的拉速上升 上升和下降都是等速運動 這種振動方式需要 采取凸輪機構 加工制造比較麻煩 同時 由于運動過程中產(chǎn)生沖擊力 影響結(jié)晶器 振動的平穩(wěn)性 對鑄坯質(zhì)量和設備的正常運轉(zhuǎn)都是不利的 B 負滑脫振動 負滑脫振動是同步振動的改進形式 其主要特點是 1 結(jié)晶器的下降速度稍大于拉坯速度 有一個參數(shù)稱為負滑差率 用來表示結(jié)晶 器下降速度和拉速之間的滑差率 如果負滑差率太大 容易在鑄坯表面上產(chǎn)生振動痕 跡 所以 一般取其值在 5 到 10 之間 優(yōu)點是 當結(jié)晶器下降時使坯殼中產(chǎn)生壓應力 以促進斷裂的坯殼壓合 也有利于脫模 2 結(jié)晶器在上升和下降的轉(zhuǎn)折點處 速度變化比較緩和 利于提高運動的平穩(wěn)性 在結(jié)晶器上升時 坯殼承受拉應力 下降時承受壓應力 因此在確定振動參數(shù)時 應使開始下降時的加速度大些 開始上升時的加速度取小些 負滑脫式振動是一種較好的振動形式 但是也是靠凸輪來實現(xiàn)的 C 正弦式振動 正弦式振動時 結(jié)晶器的運動速度是按正弦規(guī)律變化的 其特點是 1 由于正弦振動中沒有穩(wěn)定的速度階段 所以結(jié)晶器和鑄坯之間沒有同步運動階 段 但有一西歐啊段負滑脫階段 有利于促使坯殼愈合 2 由于速度是按正弦運動變化 加速度是按余弦規(guī)律變化 過渡比較平穩(wěn) 沒有 很大的沖擊 3 因加速度較小 有可能提高振動頻率 利于提高脫模作用 消除粘接現(xiàn)象 4 正弦式振動是通過偏心輪來實現(xiàn)的 制造比較容易 5 因結(jié)晶器和鑄坯之間沒有嚴格的相對速度關系 所以 當拉坯速度變化范圍不 太大時 振動機構和拉坯機構之間的聯(lián)鎖的重要性也不大 可以簡化電氣系統(tǒng) 六 振動機構型式 結(jié)晶器的振動裝置的結(jié)構包括兩個基本部分 實現(xiàn)結(jié)晶器運動軌跡的部分和實現(xiàn) 結(jié)晶器振動的部分 按照結(jié)晶器運動軌跡 弧線 的實現(xiàn)方式分為 導軌式 長臂式 復合差動式 短臂四連桿式和四偏心輪式 小方坯連鑄機用短臂四連桿振動機構常安裝在內(nèi)弧側(cè) 大板坯連鑄機四連桿機構 常裝在外弧側(cè) 四偏心輪振動機構在最近新建設的大型板坯連鑄機上采用的也很多 多用來實現(xiàn)高頻振動 5 按照結(jié)晶器振動的實現(xiàn)方式分為強迫振動 彈簧自由振動 復合式振動和液壓振 動或伺服振動 本設計題目采用帶有氣囊減震的強迫振動 A 導軌式振動機構 導軌式振動機構是通過具有一定半徑的弧形導軌和滑輪來使結(jié)晶器實現(xiàn)弧線運動 的 由于振動行程很小 弧形導軌也可以用兩段折線來代替 以便簡化加工 導軌可 以故地在澆注平臺的鋼結(jié)構上 也可以固定在二次冷卻裝置的機架上 這樣便于對弧 滑輪也可以用滑塊代替 它們是固定在結(jié)晶器的外殼或框架上的 結(jié)構比較簡單 早 期使用較多 B 長臂式振動機構 長臂式振動機構是通過一根長臂來實現(xiàn)弧線運動 長臂的工作長度等于圓弧半徑 一端為支點 即連鑄機的圓弧中心 它是鉸接在建筑結(jié)構上的 另一端上裝著結(jié)晶器 可以繞支點做弧線擺動 長臂是通過振動機構實現(xiàn)上下振動的 長臂式振動裝置能準 確地實現(xiàn)弧線運動 結(jié)構也比較簡單 這種振動機構對拆裝二次冷卻裝置及拉坯矯直 機不太方便 現(xiàn)已淘汰 C 復合差動式振動機構 復合差動式機構是我國自行開發(fā)的一種振動機構 結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振 動框架上 用凸輪和偏心輪強迫框架下降 利用彈簧的反力使其上升 該振動機構運 動軌跡精確 機構簡單 運動件及軸承較少 方便維修及快速更換 而且由于有彈簧 支撐 不但使拉破坯殼的危險大大下降 還能使有關運動件及齒輪和齒條等嚙合件永 不脫離嚙合 D 短臂四連桿振動機構 四連桿機構中的連桿 CD 在某一瞬時的運動是繞瞬時中心 O 作弧線運動的 圓弧半 徑為 OD 因此 只要恰當?shù)剡x擇四連桿中各桿的尺寸參數(shù) 使 OD 正好等于連鑄機的圓 弧半徑 R 使結(jié)晶器處在 CD 桿的位置 便可以實現(xiàn)結(jié)晶器的弧線運動 由于結(jié)晶器 的振幅與圓弧半徑相比很小 因此瞬心位置變化造成的運動誤差在理論上很小 不大 于 0 1mm 可以忽略 圖 2 1 四連桿機構 E 四偏心輪振動機構 6 四偏心輪振動機構是西德曼內(nèi)斯曼公司于 70 年代開發(fā) 80 年代加以改進的一種振 動機構 結(jié)晶器的弧線運動是利用兩對偏心距不同的偏心輪及連桿機構而產(chǎn)生的 結(jié) 晶器運動的弧線定中是利用兩條板式彈簧使結(jié)晶器只作弧形擺動 而不能產(chǎn)生前后左 右的位移 適當選擇彈簧的長度 可以使運動軌跡誤差不大于 0 02mm 參考資料 1 駱涵秀 李世倫 朱捷等 機電控制 M 杭州 浙江大學出版社 1994 2 李運華 王占林 陳棟梁 等 連鑄機結(jié)晶器電液伺服振動波形系統(tǒng)的開發(fā)研制 機床與液壓 1998 3 李憲奎 張德明 曾憲武 結(jié)晶器非正弦振動的研就鐵 1998 33 11 26 29 4 方一鳴 王洪瑞 趙現(xiàn)朝 等 STD 工控機在可逆冷軋機厚控系統(tǒng)中的應用 冶 金自動化 1998 22 4 16 18 5 田乃媛 薄板坯連鑄連軋 M 1 北京 冶金工業(yè)出版社 1998 6 楊拉道 謝東鋼 常規(guī)板坯連鑄技術 M 冶金工業(yè)出版社 2002 7 李憲奎 張德明 連鑄結(jié)晶器振動技術 M 冶金工業(yè)出版社 2000 8 時彥林 李鵬飛 結(jié)晶器振動技術的發(fā)展 J 天津冶金 2006 2