板坯连铸机二冷扇形段设计_李润林

设计与计算

10.3969/j.issn.1673-3355.2012.01.004

CFHITECHNOLOGY

板坯连铸机二冷扇形段设计

李润林1，吕

艳2

摘要：结合板坯连铸理论及设计经验，对板坯连铸机二冷扇形段的设计方法进行阐述和总结。关键词：板坯连铸机；辊子；框架；扇形段；润滑中图分类号：TG233.6

文献标识码：B文章编号：1673-3355（2012）01-0004-04

DesignofSlabCasterSegmentsinSecondaryCoolingSection

thetheorywiththedesignexperience.

Keywords:slabcaster；roller；frame；segment；lubricationsystem

LiRunlin，LuYan

Abstract:Thedesignofslabcastersegmentsinthesecondarycoolingsectionisdescribedonthebasisofthecombinationof

板坯连铸机在连铸技术的发展中起着相当重

要的作用。板坯连铸机工艺性强，设备结构复杂，总体技术水平要求高。正如有的专家所说“它是

。一种复杂而精密的装备”

二冷扇形段区域位于二冷零号扇形段之后，

切割前辊道之前。它的主要功能是送装引锭杆，并且支托、冷却、拉、矫板坯，减小坯壳两相界面处在钢水静压力作用下产生的鼓肚应变和矫直应变。在结晶器中初步形成的带液芯铸坯经过零号扇形段和二冷扇形段的导向及二次冷却水，使其完全凝固并拉出连铸机。

坯事故出现后，上下框架松开比较困难。

（2）远程调整辊缝的液压夹紧扇形段

与图1

所示的扇形段结构类似，它也主要由上下框架，从动辊装配件，驱动辊装配件，驱动辊压下装置，夹紧导向装置，二冷水喷淋装置等部件构成。与机械夹紧式扇形段不同的是它用夹紧液压缸代替电动蜗杆装置。其上框架的升降依靠比例伺服阀控制液压缸实现。如果按照动态轻压下的受力条件和控制要求进行设计，则这种扇形段可以进行动态轻压下。大部分液压夹紧扇形段的驱动辊由于结构设计原因都在扇形段的中间。

1扇形段基本结构

在连铸机的二冷扇形段区域有许多扇形

段，数量可达18个甚至更多。当今扇形段主要结构：

（1）机械夹紧式扇形段它主要由上下框架，从动辊装配件，驱动辊装配件，驱动辊压下装置，夹紧导向装置，二冷水喷淋装置等部件构成。上框架的升降依靠电动蜗杆装置和夹紧导向装置来实现（见图1）。当连铸机停止浇铸时，这种扇形段可以远程调整辊缝和辊缝锥度，它的缺点是不能进行动态轻压下，且当滞

1—上框架；2—从动辊；3—下框架；4—压下装置；5—夹紧导向装置；6—上框架升降装置；7—二冷水喷淋装置；8—驱动辊。

图1

机械夹紧式扇形段

1.一重集团大连设计研究院有限公司助理工程师，辽宁2.大连华锐股份有限公司通用减速机厂工程师，辽宁

大连116600大连

116035

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（3）西马克.德马克公司CyberLink扇形段

这

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是一种专门用于动态轻压下的扇形段。结构与第2种一致，但省略了驱动辊专用液压缸，整个扇形段只有4个夹紧液压缸，驱动辊为出坯方向扇形段的最末一个上辊。CyberLink扇形段布置在连铸机的水平区域，专门用于动态轻压下。该扇形段用旋转螺栓安装固定，用比例伺服阀和液压系统控制上框架升降，上下框架纵向位置用连杆定位。（4）JSP公司液压夹紧扇形段它和其他液压夹紧扇形段的不同之处在于：4个夹紧液压缸在板坯宽度方向的两侧，而不在上框架顶部；安装二冷喷淋升降机构，以便二冷水、气的喷淋宽度随板坯宽度的变化而相应调节，这也是JSP公司独有的技术；在上线后又有1个辊缝调整的回零位置，用垫块定位；上框架升降用高速响应电磁阀(实际上是一种高速开关阀)及液压系统控制（见图2）。

1—从动辊；2—上框架；3—夹紧液压缸；4—驱动辊提升梁；5—压下液压缸；6—二冷喷嘴；7—导向杆；8—扇形段更换导向轮；9—存放支脚；10—下框架；11—驱动辊；

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—

驱动法兰。

图3SMART扇形段

分别介绍。

整体辊整体辊是结构最简单的辊子，辊子本体由棒料整体加工而成（见图4）。

图2JSP公司的液压夹紧扇形段

图4整体辊

（5）奥钢联第三代SMART扇形段它的特点

和第2种类似，不同的是第2种的扇形段每对驱动辊有两个压下液压缸，而该扇形段中间1对驱动辊只有1个压下液压缸（见图3）。其上框架的升降用标准阀(开关阀)控制。

（6）达涅利液压夹紧式动态轻压下扇形段与其他液压夹紧扇形段(如第2种和第5种)不同之处是，前述扇形段上下框架辊缝锥度靠导向柱间隙调整。而这种扇形段是靠导向柱连接铰链，扇形段入口侧的两个导向柱是单铰链，出口侧的两个导向柱是双铰链。由于采用了铰链连接，使锥度调整范围变大。

芯轴式辊芯轴式辊是用键将辊套与芯轴连接，轴承装配在芯轴上，承受径向压力和传递扭矩（见图5）。

图5芯轴式辊

其实这种辊子还有一种结构。特点是将轴承安装在辊套内部，辊套自由转动。但这样的结构不能用于驱动辊，相对于其它芯轴式辊又没有太大的优点，故很少采用。

分段辊对整体辊来说，每根辊子承受载荷大，而且由于支点少，故辊子非常容易变形，若采用小辊径，则因刚性欠佳而不能有效地控制铸坯的鼓肚变形。因此只能采用大辊径，但因辊间距也随之增大，同样会严重影响铸坯质量。

2

2.1

扇形段主要参数的确定

辊子

（1）辊子结构形式及其特点

辊子根据其结构及支承形式可分为几种，下面14

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为减小辊子轴承承受载荷，在实际使用中会根据需要增加支撑点，从而形成分段辊。将传统的辊子分成两段、三段，由于缩短了每段的长度，增加了轴承支承座的数目，也就是大大增加了辊子的刚度。同时，因为可以使用小直径辊子，缩短了辊子间距。更加有利于控制铸坯的鼓肚变形，提高连铸坯的拉矫精度及质量。整体辊和芯轴式辊均可做成分段辊。

虽然整体式分段辊可采用较细的材料，但是由于形状复杂，加工精度高，此外，整体式分段辊必须使用剖分式轴承，大大增加了成本（见图6）。

而芯轴式辊相对于整体辊的一个优点是分段较为方便，几段辊套用键与一根芯轴连接，轴承安装）。显然芯轴式辊的加工，热处在支点上（见图7

理及装配难度都小于整体辊。

图8

组合辊

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E、I值为常量。

在不分段的情况下，辊子受力及最大变形（见图9（a））F=1.5Q

3QLfmax=3.164×EI

在两分段的情况下整体辊或芯轴式辊受力及最

大变形（见图9（b））

F1=0.5625QF2=1.875Q

f1max=0.05×QL

3

在此条件下的组合辊相当于将一个辊子的受力平均分给两个辊子。将图9（a）中的受力和辊身长度减半。计算得

图6

整体式分段辊

F4=0.75Qf4max=0.066×QL

3

在三分段的情况下整体辊或芯轴式辊受力及最

图7

芯轴式分段辊

整体辊和芯轴式辊均可以传递较大的扭矩，因此对于驱动辊和从动辊都适用。

组合辊组合辊是分段辊中的一种，具体是将由若干根辊子排成一排，每根辊子分别支撑在两个轴承座上（见图8）。组成组合辊的辊子可以是芯轴式辊，也可以是整体辊。

组合辊两个相邻辊子芯轴没有连接在一起，每个辊子独立转动。因为不可能给每段辊子都安装驱动轴，所以这种结构只可用在自由辊上。

（2）受力及挠度就受力状况而言，若不考虑整体辊较粗的部分及芯轴式辊辊套对芯轴的影响，整体辊和芯轴式辊是一致的。芯轴式辊从本质上说是对整体辊的一种改良，而组合辊是将几个辊子组合在一起成为一个辊子，将一个辊子承受的力分散到数个辊子上去承受，改善辊子的受力状况。

假设辊子承受总力为3Q的均布力，轴承座支反力作用处为一个点。辊子的粗细，材质一致，

大变形（见图9（c））

F2=0.4QF3=1.1Q

3

f2max=0.0067×QL

EI3

f3max=0.005×EI

而在此条件下的组合辊相当于将一个辊子的受力平均分给三个辊子。将图9（a）中的受力和辊身长度除以三即可。

计算得

图9辊子受力分析

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F5=0.5Qf5max=0.013×QL

3

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子的辊面与整个连铸机的内外弧线相一致，承受拉坯时的各种负荷。框架还是安装配管及各种配件的载体。

扇形段框架分梁式结构和厚钢板结构两种，欧洲公司都趋向采用厚钢板焊接结构、而日本公司一直采用焊接的梁式结构。前者因结构简单，设备制造费用降低，有可能成为板坯连铸机扇形段发展的主流结构。

由于连铸过程中温度较高，需要复杂的冷却水系统。为减少冷却水配管难度，一般在框架的焊接过程中已将冷却水管焊好。同时，在轴承座安装位置预开冷却水孔。为了使设定的辊子开口度在浇铸过程中的变动量尽可能小，要求扇形段框架要保持很高的刚性。因此一般按最大负荷条件下一对辊子之间开口度变动量不超过某一允许值来进行结构设计。该允许值由坯厚公差来确定，一般考虑在3～5mm以下。

对于框架钢板的厚度尚无明确计算公式。同时又由于框架的结构复杂而难以进行力学计算。框架设计完成后需进行有限元分析以保证强度[2]。

从受力情况可知，分段辊可以有效减小轴承受力和辊子变形。三分段辊比两分段辊效果要好。理论上来说，分段越多轴承的受力状况越好。但是分段越多，辊子的结构越复杂，加工装配难度也越大。同时，由于轴承座所占的辊身长度越大，板坯未被支撑的部分也就越大，对板坯质量的影响也越严重。从轴承的受力来看，在两分段的情况下，芯轴式辊与不分段辊差距不大，甚至中间轴承有所增大。但三分段时减小明显。而在相同分段时组合辊的受力最小，对轴承来说工作条件也最好，轴承的寿命也相应增加，可减少更换轴承的次数，降低生产成本。

尽管在相同分段的情况下，组合辊的挠度比芯轴式辊的要大，但因其装配容易，故现在应用也很广泛。而芯轴式辊对加工和安装精度要求都很高，容易出现过定位问题。另外，由于辊子在高温重负荷下使用后不可避免的有变形等问题，使得维修时拆卸更加困难，因此需要为连铸机辊子专门设置拆装台，用液压力克服拆装阻力。现在的板坯连铸机，驱动辊都采用芯轴式辊，自由辊可根据实际需要及用户要求可选择芯轴式辊或组合辊。由于扇形段台份很多，备件也多，为方便使用与更换，所以在实际使用中，往往只使用芯轴式辊。

（3）辊子直径与长度的确定

辊列中各辊子的直径是根据辊子材料的许用应力、钢水的鼓肚力、铸坯对辊子的压力、辊子间距等在辊列计算中确定的，其规律是从结品器足辊到水平辊分段逐渐加大，一般从覫100~覫300mm不等。辊子的工作长度考虑在浇铸最大宽度板坯时留有100mm左右的余量[1]。

（4）辊子轴承选择

目前在辊子轴承的选用上。大多数连铸公司配合调心轴承采用了轴向可移动轴承，即辊子受热膨胀后要伸长，轴向可移动轴承可以吸收膨胀量，这样延长了调心轴承的使用寿命，也减小了辊子的热应力，是发展方向。2.2

上、下框架几何尺寸的确定

在整个连铸设备的扇形段区域内，上框架支承内弧侧辊子，下框架支承外弧侧辊子，并使各自辊

3辊子轴承润滑

传统板坯连铸机扇形段的辊组轴承润滑点多达数百个，所有轴承都采用干油润滑。在实际生产使用中，由于轴承所处的工况恶劣，重载、高温、低速运转、伴有蒸汽以及轴承座易受水及外界脏物侵入并危害轴承；且高温下轴承座内的干油容易碳化，并堵塞干油管路，致使经常有润滑不到位情况发生，造成轴承损坏并发生粘辊，每年都要为此支付高昂的备件和维修费用，并给生产和产品质量带来不利影响。因此国外连铸机目前已改用油气润滑[3]。

4结语

本文从理论上对扇形段各部分进行结构分析，通过比较，指出每种结构的适用的情况及其优缺点。为扇形段的设计提供参考。

参考文献

[1]蒋军.板坯连铸机扇形段辊子设计的研究[J].重型机械.2008.

5:29-33.

[2]祖玉明，高和，吴国军.板坯连铸机扇形段主要参数的确定

[J].一重技术.1998.3：13-15.[3]油气润滑技术在板坯连铸机上的应用.收稿日期：2011-09-13

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/skc4.html