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)代板坯連鑄機中，調(diào)光技術(shù)廣泛用于板坯連鑄機中以提高板坯質(zhì)量。由于調(diào)光控制是實現(xiàn)調(diào)光技術(shù)的重要工具，因此對扇形強度和剛度有很高的要求，同時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

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。進行調(diào)光時，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，輥子的旋轉(zhuǎn)阻力，拉出力（即驅(qū)動輥子的驅(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際情況更好地匹配，并使扇形的強度和剛度分析更加準(zhǔn)確，扇形的整體建?？紤]了整個毛坯的夾緊力和夾緊液壓缸的夾緊力與每個相關(guān)。在輥上自動產(chǎn)生的反作用力是一對平衡力。同時，根據(jù)額定壓力考慮夾緊液壓缸，并根據(jù)電動機的額定輸出轉(zhuǎn)矩考慮拔出力，從而可以計算出最大負載時扇形的強度和剛度[2]。

部門的最佳方面該部門的設(shè)計特點是由意大利DDD 公司開發(fā)的用于建造板坯連鑄機的最新一代部門技術(shù)。從圖中可以看到，每個扇區(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)棒時可以分別提起。段的上下框架通過四個連桿連接，并具有兩個平板進口端。連桿旋轉(zhuǎn)并可以承受鑄造方向上的所有剪切力。平板出口處的兩個連桿通過一對銷連接，延伸并旋轉(zhuǎn)扇形并由四個液壓缸驅(qū)動。上下框架之間的相對運動以執(zhí)行扇形夾緊和松動[3]。

2 扇形段有限元模型的建立

由于整個部門結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，考慮到模型的計算規(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考慮整個滾動軸承和軸承座，以及滾動軸承座和扇形框架的整個支撐座。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際情況相匹配，采用了整個扇形模型，并將網(wǎng)格劃分為30mm 的六面體單元。整個扇形模型包括一個上框架，一個下框架，一個上驅(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 扇形段的強度分析

使用全局有限元分析方法來分析整個部門的壓力。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。②扇形輥縫調(diào)節(jié)連桿的螺紋連接處的應(yīng)力達到738MPa。該材料為34CrNi3Mo，屈服強度為735MPa，需要加強[4]。

4 扇形段的剛度分析

在兩個約束條件下計算頂部框架的變形：法線鑄造和重繪。根據(jù)計算結(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?？傊?，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)計滿足計算結(jié)果的剛度設(shè)計要求。

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。由于輥子直接與熱軋板坯接觸，因此熱軋板坯對輥子變形的影響更大。輥芯軸用水冷卻，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 改進措施

根據(jù)以上整個行業(yè)的有限元分析，該行業(yè)的整體實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。提出了以下補救措施。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。上述補救措施將增加弱點的強度，并重新運行有限元分析以滿足強度要求。

7 結(jié)語

通過分析扇形的強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)計提供重要依據(jù)。部門轉(zhuǎn)換符合實際測試結(jié)果。最終設(shè)計的扇形板在柳鋼6 號板坯連鑄機上投入實際使用，并取得了令人滿意的結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)類型的領(lǐng)域是由多個板坯連鑄機的后續(xù)設(shè)計推廣。