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文 獻(xiàn) 綜 述 題 目 結(jié)晶器齒輪差動(dòng)振動(dòng)器設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 起訖日期 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)院院長(zhǎng) 審核日期 1 一 結(jié)晶器應(yīng)用領(lǐng)域 1 連鑄機(jī)機(jī)型分類 特點(diǎn)及演變 目前連鑄機(jī)已在鋼廠廣泛采用 形式多種 用途各異 對(duì)連鑄機(jī)的叫法也很不一 致 現(xiàn)按一般習(xí)慣介紹連鑄機(jī)的分類方法 1 接連鑄機(jī)外形分類有 立式連鑄機(jī) 立彎式連鑄機(jī) 弧形連鑄機(jī) 超低頭 橢 圓形 連鑄機(jī) 水平連鑄機(jī) 輪式連鑄機(jī)等 2 按澆注鑄坯斷面分類有 表 1 國(guó) 內(nèi) 連 鑄 機(jī) 統(tǒng) 計(jì) 機(jī)型 臺(tái)數(shù) 臺(tái) 流數(shù) 流 年產(chǎn)能 萬(wàn) t 說(shuō)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(jì) 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(jì) 551 1749 29204 75 有幾家方案未確定者 如廣東 福建等 尚 未計(jì)入 3 按拉速分類有 高拉速連鑄機(jī)和低拉速連鑄機(jī) 它們的主要區(qū)別在于 高拉 速時(shí)鑄坯帶液芯矯直 低拉速時(shí)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(jī)如立式 立彎式連鑄機(jī) 靜 壓力較小的叫低頭連鑄機(jī)如弧形 橢圓 水平連鑄機(jī) 2 連續(xù)鑄鋼的工藝流程及設(shè)備 圖 1 1 煉鋼生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖 2 圖 1 2 連鑄工藝圖 二 結(jié)晶器振動(dòng)器簡(jiǎn)介 在連鑄技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中 只有采用了結(jié)晶器振動(dòng)裝置后 連鑄才能成功 結(jié)晶 器振動(dòng)的目的是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié) 同時(shí)獲得良好的鑄坯表面 因而結(jié)晶器 向上運(yùn)動(dòng)時(shí) 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(yīng)力 使鑄坯 表面出現(xiàn)裂紋 而當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度大于拉坯速度 形成負(fù)滑脫 機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)裝置由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器 分兩端傳動(dòng)兩個(gè)蝸輪 減速機(jī) 其中一端裝有可調(diào)節(jié)軸套 蝸輪減速機(jī)后面再通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器 連接兩個(gè)滾 動(dòng)軸承支持的偏心軸 在每個(gè)偏心輪處裝有帶滾動(dòng)軸承的曲柄 并通過(guò)帶橡膠軸承的 振動(dòng)連桿支撐振動(dòng)臺(tái) 產(chǎn)生振動(dòng) 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(dòng)控制是 保證連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一 國(guó)外的應(yīng)用情況表明 采用連鑄結(jié)晶器非正弦伺 服振動(dòng) 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(dòng)控制裝置和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置相比 可以方便地實(shí)現(xiàn)多種波形振動(dòng) 實(shí)現(xiàn) 連鑄過(guò)程監(jiān)督和實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)波形 并能在線修改非振動(dòng)方式及振動(dòng)頻率和幅值等參 數(shù) 實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)度 三 結(jié)晶器振動(dòng)器的發(fā)展 最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止不動(dòng)的 在拉坯的過(guò)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(dòng) 或拉漏鋼水的事故發(fā)生 因此 靜止不動(dòng)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(guó)的西格弗里德 容漢斯開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器振動(dòng)裝置 并成功地將它應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄 1949 年 S 容漢斯的合伙人美國(guó)的艾爾文 羅西 Irving Rossi 獲得了容漢斯結(jié)晶 器振動(dòng)技術(shù)專利的使用權(quán) 并首次在美國(guó)約阿 勒德隆鋼公司廠的一臺(tái)方坯連鑄試驗(yàn)機(jī) 3 上采用了振動(dòng)結(jié)晶器 與此同時(shí) 容漢斯振動(dòng)結(jié)晶器又被西德曼內(nèi)斯 Mannesmann 公 司胡金根廠的一臺(tái)連續(xù)鑄鋼試驗(yàn)連鑄機(jī)上成功應(yīng)用結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)在這兩臺(tái)連鑄機(jī)上 的成功應(yīng)用 為結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 四 結(jié)晶器振動(dòng)器國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 繼續(xù)日本將液壓伺服振動(dòng)結(jié)晶器應(yīng)用于連鑄之后 法國(guó) IRSID 2 與 CLECIM 合作進(jìn) 行了相應(yīng)的研究工作 于 1987 年公布了其實(shí)驗(yàn)結(jié)果 研究結(jié)果表明 應(yīng)用非正弦振動(dòng) 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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 IRSID 與 CLECIM 又新設(shè)計(jì)制造了兩臺(tái)液壓振動(dòng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置 分別安裝在了索拉克廠的 流板坯連鑄機(jī)的 2 號(hào)機(jī)和 Unimecal Normandie 廠的 8 流小 方坯連鑄機(jī)的一流上 首先他們?cè)谶@兩個(gè)裝置上采用了與機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)相同的正弦波 形及控制方式 應(yīng)用于各自的鑄機(jī)上進(jìn)行長(zhǎng)期的工業(yè)試驗(yàn) 結(jié)果表明鑄坯表面質(zhì)量和 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)相同 同時(shí)也驗(yàn)證了液壓振動(dòng)系統(tǒng)的可靠性 隨后在 SOLLAC 廠進(jìn)行了非 正弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn) 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(yīng)用液壓振動(dòng)仍進(jìn)行了正弦振動(dòng)試驗(yàn) 但是在控制上對(duì)正弦振動(dòng)模型進(jìn) 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(lái)又為 SOLLAC 廠設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)工業(yè)性液壓振動(dòng)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(yīng)性 該設(shè)備液壓源壓力為 18Mpa 電動(dòng)機(jī)功率 為 110KW 于 1993 年 3 月安裝在 SOLLAC 廠 2 號(hào)板坯連鑄機(jī)上 目前該連鑄機(jī)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(yīng)用非正弦振動(dòng) 其振痕深 度比用正弦振動(dòng)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(dòng)進(jìn)行生產(chǎn) 并計(jì)劃改造另一流板坯振動(dòng)系統(tǒng) 英國(guó)的 Stocksbridge 工程鋼廠的圓方坯連鑄機(jī)主要生產(chǎn)特殊鋼 應(yīng)用液壓振動(dòng)改 造后 生產(chǎn)實(shí)踐表明 用液壓非正弦振動(dòng)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(lái)的 3 下降到了 1 與此同時(shí) 德馬克公司在阿維迪薄板坯連鑄機(jī)上 開(kāi)發(fā)成功了薄板坯液壓振動(dòng)系 統(tǒng) 日本住友在其 90 120mm 1000mm 試驗(yàn)連鑄機(jī)上采用了液壓振動(dòng)技術(shù) 起普碳鋼的 試驗(yàn)拉速為 5m min 中碳鋼等鋼種的試驗(yàn)拉速為 3m min 奧鋼聯(lián)已經(jīng)在其薄板坯連鑄 機(jī)上 盧森堡則在其方坯以異形坯連鑄機(jī)上開(kāi)始裝備液壓振動(dòng)系統(tǒng) 并開(kāi)始了自帶振 動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)晶器的研制 另外 日本神戶 新日鐵 英國(guó) ECSC 等都相繼開(kāi)始液壓振動(dòng) 的研究 五 振動(dòng)方式類型 結(jié)晶器振動(dòng)方式是指結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)速度的變化規(guī)律 有三種 4 A 同步振動(dòng) 同步式振動(dòng)是最早的振動(dòng)形式 其速度變化規(guī)律特點(diǎn)是 結(jié)晶器在下降時(shí)與鑄坯 作同步運(yùn)動(dòng) 然后以三倍的拉速上升 上升和下降都是等速運(yùn)動(dòng) 這種振動(dòng)方式需要 采取凸輪機(jī)構(gòu) 加工制造比較麻煩 同時(shí) 由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生沖擊力 影響結(jié)晶器 振動(dòng)的平穩(wěn)性 對(duì)鑄坯質(zhì)量和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是不利的 B 負(fù)滑脫振動(dòng) 負(fù)滑脫振動(dòng)是同步振動(dòng)的改進(jìn)形式 其主要特點(diǎn)是 1 結(jié)晶器的下降速度稍大于拉坯速度 有一個(gè)參數(shù)稱為負(fù)滑差率 用來(lái)表示結(jié)晶 器下降速度和拉速之間的滑差率 如果負(fù)滑差率太大 容易在鑄坯表面上產(chǎn)生振動(dòng)痕 跡 所以 一般取其值在 5 到 10 之間 優(yōu)點(diǎn)是 當(dāng)結(jié)晶器下降時(shí)使坯殼中產(chǎn)生壓應(yīng)力 以促進(jìn)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(diǎn)處 速度變化比較緩和 利于提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 在結(jié)晶器上升時(shí) 坯殼承受拉應(yīng)力 下降時(shí)承受壓應(yīng)力 因此在確定振動(dòng)參數(shù)時(shí) 應(yīng)使開(kāi)始下降時(shí)的加速度大些 開(kāi)始上升時(shí)的加速度取小些 負(fù)滑脫式振動(dòng)是一種較好的振動(dòng)形式 但是也是靠凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的 C 正弦式振動(dòng) 正弦式振動(dòng)時(shí) 結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度是按正弦規(guī)律變化的 其特點(diǎn)是 1 由于正弦振動(dòng)中沒(méi)有穩(wěn)定的速度階段 所以結(jié)晶器和鑄坯之間沒(méi)有同步運(yùn)動(dòng)階 段 但有一西歐啊段負(fù)滑脫階段 有利于促使坯殼愈合 2 由于速度是按正弦運(yùn)動(dòng)變化 加速度是按余弦規(guī)律變化 過(guò)渡比較平穩(wěn) 沒(méi)有 很大的沖擊 3 因加速度較小 有可能提高振動(dòng)頻率 利于提高脫模作用 消除粘接現(xiàn)象 4 正弦式振動(dòng)是通過(guò)偏心輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的 制造比較容易 5 因結(jié)晶器和鑄坯之間沒(méi)有嚴(yán)格的相對(duì)速度關(guān)系 所以 當(dāng)拉坯速度變化范圍不 太大時(shí) 振動(dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)鎖的重要性也不大 可以簡(jiǎn)化電氣系統(tǒng) 六 振動(dòng)機(jī)構(gòu)型式 結(jié)晶器的振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)基本部分 實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)軌跡的部分和實(shí)現(xiàn) 結(jié)晶器振動(dòng)的部分 按照結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)軌跡 弧線 的實(shí)現(xiàn)方式分為 導(dǎo)軌式 長(zhǎng)臂式 復(fù)合差動(dòng)式 短臂四連桿式和四偏心輪式 小方坯連鑄機(jī)用短臂四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)常安裝在內(nèi)弧側(cè) 大板坯連鑄機(jī)四連桿機(jī)構(gòu) 常裝在外弧側(cè) 四偏心輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)在最近新建設(shè)的大型板坯連鑄機(jī)上采用的也很多 多用來(lái)實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng) 5 按照結(jié)晶器振動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式分為強(qiáng)迫振動(dòng) 彈簧自由振動(dòng) 復(fù)合式振動(dòng)和液壓振 動(dòng)或伺服振動(dòng) 本設(shè)計(jì)題目采用帶有氣囊減震的強(qiáng)迫振動(dòng) A 導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu)是通過(guò)具有一定半徑的弧形導(dǎo)軌和滑輪來(lái)使結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)弧線運(yùn)動(dòng) 的 由于振動(dòng)行程很小 弧形導(dǎo)軌也可以用兩段折線來(lái)代替 以便簡(jiǎn)化加工 導(dǎo)軌可 以故地在澆注平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)上 也可以固定在二次冷卻裝置的機(jī)架上 這樣便于對(duì)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(gòu)比較簡(jiǎn)單 早 期使用較多 B 長(zhǎng)臂式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 長(zhǎng)臂式振動(dòng)機(jī)構(gòu)是通過(guò)一根長(zhǎng)臂來(lái)實(shí)現(xiàn)弧線運(yùn)動(dòng) 長(zhǎng)臂的工作長(zhǎng)度等于圓弧半徑 一端為支點(diǎn) 即連鑄機(jī)的圓弧中心 它是鉸接在建筑結(jié)構(gòu)上的 另一端上裝著結(jié)晶器 可以繞支點(diǎn)做弧線擺動(dòng) 長(zhǎng)臂是通過(guò)振動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下振動(dòng)的 長(zhǎng)臂式振動(dòng)裝置能準(zhǔn) 確地實(shí)現(xiàn)弧線運(yùn)動(dòng) 結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單 這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)拆裝二次冷卻裝置及拉坯矯直 機(jī)不太方便 現(xiàn)已淘汰 C 復(fù)合差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 復(fù)合差動(dòng)式機(jī)構(gòu)是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的一種振動(dòng)機(jī)構(gòu) 結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振 動(dòng)框架上 用凸輪和偏心輪強(qiáng)迫框架下降 利用彈簧的反力使其上升 該振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)軌跡精確 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 運(yùn)動(dòng)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(xiǎn)大大下降 還能使有關(guān)運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu) 四連桿機(jī)構(gòu)中的連桿 CD 在某一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)是繞瞬時(shí)中心 O 作弧線運(yùn)動(dòng)的 圓弧半 徑為 OD 因此 只要恰當(dāng)?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(jī)的圓 弧半徑 R 使結(jié)晶器處在 CD 桿的位置 便可以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的弧線運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)誤差在理論上很小 不大 于 0 1mm 可以忽略 圖 2 1 四連桿機(jī)構(gòu) E 四偏心輪振動(dòng)機(jī)構(gòu) 6 四偏心輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)是西德曼內(nèi)斯曼公司于 70 年代開(kāi)發(fā) 80 年代加以改進(jìn)的一種振 動(dòng)機(jī)構(gòu) 結(jié)晶器的弧線運(yùn)動(dòng)是利用兩對(duì)偏心距不同的偏心輪及連桿機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的 結(jié) 晶器運(yùn)動(dòng)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(dòng) 而不能產(chǎn)生前后左 右的位移 適當(dāng)選擇彈簧的長(zhǎng)度 可以使運(yùn)動(dòng)軌跡誤差不大于 0 02mm 參考資料 1 駱涵秀 李世倫 朱捷等 機(jī)電控制 M 杭州 浙江大學(xué)出版社 1994 2 李運(yùn)華 王占林 陳棟梁 等 連鑄機(jī)結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)波形系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制 機(jī)床與液壓 1998 3 李憲奎 張德明 曾憲武 結(jié)晶器非正弦振動(dòng)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(jī)在可逆冷軋機(jī)厚控系統(tǒng)中的應(yīng)用 冶 金自動(dòng)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(shù) 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(dòng)技術(shù) M 冶金工業(yè)出版社 2000 8 時(shí)彥林 李鵬飛 結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的發(fā)展 J 天津冶金 2006 2