机械毕业设计（论文）宽1400厚220连铸机结晶器振动装置设计【全套图纸】.doc

宽1400厚220连铸机结晶器振动装置设计摘要本文重点介绍了板坯连铸结晶的振动方式以及对原有的振动装置的改进，通过在鞍钢集团的毕业实习和详细的分析计算，对结晶器的振动装置进行了设计，在结晶器的振动方式中，正弦振动以其自身的特点成为现代工业化板坯连铸结晶器的主要振动方式，得到了快速的发展。本文讨论了正弦振动的特点、主要参数及其确定。随着连铸技术的发展，与正弦振动相对应的非正弦振动的优点逐渐体现出来，它进一步提高连铸的生产效率和铸坯的表面质量。本课题通过在原有传动系统的基础之上，装入一个椭圆齿轮变速机构来实现连铸结晶器的非正弦振动，并用实例加以说明非正弦振动在板坯连铸方面可以良好的运行，能够进行推广。本文进行了椭圆齿轮的设计，并简要介绍了椭圆齿轮的制造方法及应用。同时也介绍了连铸结晶器电动机和减速机的选取，并校核了蜗轮-蜗杆减速机的蜗杆的强度，对连铸的发展概况等问题也做了简要介绍。关键词：结晶器；正弦振动；非正弦振动；椭圆齿轮 全套图纸，加153893706The Design of Oscillating Mechanism of Continuous Casting Machine with The Size in Width 1400 and Hight 220AbstractThis paper is intended to give an introduction to the oscillating mode of the slab continuous casting mould as well as the improvement of the original oscillating mechanism At the same time after the practical in Angang Group and the detailed analysis and calculation , I give a designation mechanism of casting mould. In the oscillating mode of the casting mould , because of its own features the sine drive becomes the main oscillating mode of the modernized slab continuous casting mould and develops at a fast speed .This paper discusses the features of the sinusoidal oscillation ,main parameter and its confirmation. With the development of continuous casting technique, the advantages of the non-sinusoidal oscillation which is relative to sinusoidal oscillation, become more and more clear to people; it can make a further improvement of the production efficiency of continuous casting, as well as the surficial quality of the slab, This assignment is to install an ellipse speed-change gear to the original drive system so as to zchieve the non-sinusoidal oscillation of the continuous casting mould. Furthermore, it seeks to use examples to illustrate that non-sinusoidal oscillation can get a proper operation in slab continuous casting, and is worth further popularizing. This paper gives a designation of ellipse gear, and also makes a brief introduction to its manufacturing approach and its application . Meanwhile, this paper introduces the choosing method of the continuous casting mould electric machine and speed-decelerate machine, and checks the worm intensity of the gear and worm speed-decelerate machine, at the same time, it also gives a general survey of the development of continuous casting.Key words: mould; sinusoidal oscillation; non-sinusoidal oscillation; ellipse gea目录1绪论11.1 连续铸钢的发展概况11.2板坯连铸结晶器的作用及在国内外的发展应用现状41.3结晶器振动规律的演变及其特点51.4本课题提出的内容及意义72板坯连铸结晶器总体方案设计82.1板坯连铸结晶器总体设计82.1.1 板坯连铸结晶器的性能要求82.1.2 板坯连铸结晶器长度的确定92.1.3 板坯连铸结晶器的断面尺寸及铜板厚度92.1.4 板坯连铸结晶器倒锥度的要求及对倒锥度的改进112.1.5 板坯连铸结晶器拉坯速度的确定122.2 板坯连铸结晶器的电动机选择132.2.1 板坯连铸结晶器所需功率的确定132.2.2 板坯连铸结晶器电机型号的确定132.3 板坯连铸结晶器蜗轮-蜗杆减速机的主要参数的确定142.4蜗轮蜗杆减速机的主要零件的校核152.4.1 蜗杆（轴）的强度计算152.4.2 精确校核轴的疲劳强度193. 板坯连铸结晶器振动机构设计223.1 结晶器振动的目的223.2 结晶器振动类型及特点223.3 结晶器正弦振动理论分析243.3.1 正弦振动的优点243.3.2正弦振动基本参数确定253.3.3 正弦振动工艺参数的确定273.4 结晶器非正弦振动理论283.4.1非正弦振动与正弦振动的对比及正弦振动的优点283.4.2非正弦振动基本参数确定293.4.3非正弦振动工艺参数确定303.4.4机械驱动的非正弦振动原理333.4.5椭圆齿轮的设计343.4.6 椭圆齿轮的加工制造383.4.7 椭圆齿轮的传动特性及应用394. 板坯连铸结晶器的材料与工作条件424.1 板坯连铸结晶器的传热及冷却系统424.1.1板坯连铸结晶器的传热424.1.2 板坯连铸结晶器的冷却系统444.2板坯连铸结晶器材料的选取454.2.1 板坯连铸结晶器材料的选取及原因454.2.2板坯连铸结晶器材料的优质化474.3板坯连铸结晶器的热应力计算474.4板坯连铸结晶器的润滑495 板坯连铸结晶器的在线调宽技术515.1板坯连铸结晶器宽度变更的方法515.2 板坯连铸结晶器宽面调节装置的作用及结构形式515.2.1 板坯连铸结晶器宽面调节装置的作用515.2.2 板坯连铸结晶器宽面调节装置的结构形式516. 连续铸钢的能源消耗与环保简析54结论55致谢56参考文献571绪论1.1 连续铸钢的发展概况连续铸钢是把液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。用连续铸钢机可直接将钢水铸成所需的各种断面的钢坯，从而取代了传统的模铸钢锭、脱模、钢锭均热、初轧开坯等一系列复杂的工艺流程，简化了从钢水到钢坯的生产工艺。由于其工艺特点同传统模铸相比具有很多明显的优越性 ，因而在短短的一百多年的时间里获得了令人瞩目的发展。连续浇铸液体金属的最初概念是在十九世纪中叶提出的，由于技术条件的限制，Sellers（1840）、Laing（1843）和Henrry Pessemer 提出的设想只能用于浇铸低熔点的有色金属，而德国人R.M.Daelen于1897年提出了与近代连铸机相似的第一台连铸设备的基本设计，但直到20世纪三十年代连续浇铸才首先在有色金属工业中得到实现，1933年，连铸的先驱者德国人容汉斯建设了第一台1700吨/月立式带振动结晶器的连铸机，首先浇注铜铝合金获得成功，使有色金属连铸应用于生产。在此基础上，于四十年代由容汉斯在德国建成第一台浇铸钢水的试验连铸机，开始了连续铸钢的试验研究工作。直到五十年代中期，连续铸钢技术的可能性和优越性终于得到了肯定，并在工业生产中使用，连续铸钢进入了工业试验阶段。1951年K.G.Speith和A.Bungeroth第一次在钢铁年会上报道了钢的连续浇铸，期间，先后有多台连铸机相继建成，其中有代表性的钢厂有：1951年苏联红十月冶金厂建成了第一台不锈钢板坯连铸机，铸坯的断面为180×800mm，产量为3.6万吨/年。1952年英国巴罗厂建成第一台小方坯连铸机，铸坯断面为50×50100×100mm，生产碳钢和低合金钢，1954年第一台浇铸圆坯的4流连铸机在联邦德国建成。同年，在加拿大建成不锈钢板坯连铸机，铸坯断面为165×620mm。1956年英国巴罗厂建成弯式连铸机，同年，瑞士人获得弧形连铸机专利。1958年第一台8流小方坯连铸机在意大利工厂投产。六十年代，连续铸钢进入了工业应用阶段，为了降低设备费用和出坯合理化，研制了在铸坯凝固后进行弯曲矫直的立弯式连铸机，但是这种形式的连铸机作为大规模生产使用时，有增大钢液静压力，使铸坯生产质量问题和增大设备费用的缺点，为此发展了能弥补这些缺点的弧形连铸机，并成为六十年代后半期的主要机型，1961年第一台立弯式板坯连铸机在联邦德国建成，铸坯断面为200×1520mm,1963年第一台弧形结晶器小方坯连铸机在瑞士建成投产，1964年第一个全连铸钢厂在英国谢尔顿厂投产，该厂有4台连铸机共11流，生产低碳钢和第合金钢，铸坯断面为140×140432×632mm。同年，第一台弧形连铸机在联邦德国梯林根钢厂投产，铸坯断面为250×1600mm,1965年联邦德国埃斯维特尔钢厂4流圆坯弧形连铸机投产。1968年美国钢厂的弧形结晶器板坯连铸机投产，用于生产镀锡板。同年，在加拿大刚厂投产一台工字梁连铸机。1969年法国瓦卢爱克建成第一台立式离心旋转连铸机并投产，用于生产管坯。在20世纪七十年代以后，为连续铸钢的大发展时期。连铸设备和工艺技术日益完善。1970年全世界有325台连铸机，生产能力为2600万吨/年,1974年有550台连铸机,生产能力为1.4亿吨/年。自80年代初90 年代初，连续铸钢技术经历了其工业化的全盛时期，其特点是：世界连铸比迅速增长。以日本为代表的一批发达国家（地区）接近或基本实现了“全连铸化”的目标。改善铸坯质量的努力取得了重要的突破性的发展，创造物缺陷铸坯的生产技术和生产体制日趋成熟，并已在工业生产中确定和普及，成为扩大品种、提高质量的坚实基础。连铸工业化的经济效益十分显著，成为改革和振兴钢铁钢铁工业的重要技术指标。随着连铸与轧钢工艺更紧密地结合起来，连铸热装和直接轧制技术已在日本发展并兴盛起来，欧美和世界其它国家（地区）也紧跟着普遍推行，已成为连铸工艺发展的基本趋向。据统计，自1984年以来，世界连铸钢产量和连铸比指标一直在稳定增长，连铸钢产量年平均增幅达6.7%，连铸比到1993年是达到了70%，到1998年底，连铸比达100%的国家已达到30多个，连铸技术的发展程度已成为衡量一个国家钢铁工业水平的重要标志。 20世纪70年代以后，连铸技术发展很快，就其主要原因是它与以往的模铸相比有很多的优越性。连铸和模铸的根本区别在于模铸是在间断情况下，把一炉钢水浇铸成多根钢锭，脱模后经初轧机开坯得到钢坯的，而连铸是把一炉火多炉钢水连续不断地注入结晶器，从而得到长度连续的铸坯，再经过切割后直接生产铸坯的；模铸时铸坯冷却速度缓慢，连铸时应强制冷却使冷却速度变快。基于这些基本差别，使得连铸和模铸在许多方面都形成了鲜明的对比。（1） 简化了铸坯生产的工艺流程，省去了模铸工艺的脱模、整模、钢锭均热和开坯工序。流程基建投资可节省 40%，占地面积可减少 30%，操作费用可节省 40% ，耐火材料的消耗可减少15% 。 （2） 提高了金属收得率，集中表现在两方面一是大幅度减少了钢坯的切头切尾损失；二是可生产出的铸坯最接近最终产品形状，省去了模铸工艺的加热开坯工序，减少金属损失。总体讲，连铸造工艺相对模铸工艺可提高金属收得率约 9%。 （3） 降低了生产过程能耗，采用连铸工艺，可省去钢锭开坯均热炉的燃动力消耗。可节省能耗 1/41/2。 （4） 提高了生产过程的机械化、自动化水平，节省了劳动力，为提高劳动生产率创造了有利条件并可进行企业的现代化管理升级。除了上述突出的优点外，连铸还具有占地面积小、生产周期快、吨坯成本低等优点。我国是世界上研究和应用连铸技术较早的国家。从 20世纪 50年代起，就开始了连铸技术的研究 ，60年代初，进入到连铸技术工业应用阶段。但是，从 60年代末到 70年代末，连铸技术几乎停滞不前。1982年统计数字表明，世界平均连铸比为 30左右，而我国的连铸比仅为 6.2%。80年代后，我国连铸技术进入新的发展时期，从国外引进了一批先进水平的小方坯、板坯和水平连铸机。80年代中期，我国拥有了第一个全连铸钢厂武钢第二炼钢厂近年来，我国连铸技术飞速发展，到 2005年，全国除海南、宁夏、西藏外，其他各省（市、自治区）都有了连铸生产，连铸比已经达到了97.5%。目前，我国的钢铁冶金工艺水平达到了世界中上等水平。虽然我国的连铸起步较早，尤其是最近十几年的飞速发展，已经使中国的连铸技术达到了很高的水平，而且中国的连铸技术也已经在国外(越南、伊拉克等)得到了应用，但中国的连铸技术还存在很多不足，和发达的工业国家相比还有很大的差距。最近几年国际上又提出了高效连铸的新概念，从国外已经取得的经验看，高效连铸采用的主要技术有：结晶器液面控制技术，结晶器非正弦振动技术，电磁制动技术及高拉速保护渣技术等。在现有连铸机的基础上，开发连铸新技术，对现有主机进行改造，可大幅度提高现有主机的生产能力，并适应整个炼钢车间生产率提高的需要。由于高效连铸技术适合于现有主机的改造，具有投资省、见效快、降低成本等优点，因而在国内外得到了普遍的重视和发展。其中，采用液压伺服控制系统实现的非正弦振动技术具有上升时间比下降时间长，负滑动时间较短的特点，可明显改善结晶器保护渣的润滑，大幅度的减少坯壳和结晶器之间的摩擦力，减少拉裂，并能使拉裂的坯壳得到愈合，是铸坯表面质量及拉坯速度明显提高，有利于铸坯的热送、热装和直接轧制。开发可靠性好、控制精度高和响应速度快的液压伺服控制非正弦结晶器振动系统具有重要的实用意义。当前，大力发展连铸技术已经成为我国钢铁工业的一项重要技术政策，它是节约能源、提高成材率、增加经济效益、实现钢铁工业现代化的重大战略措施。“以连铸为中心，炼钢为基础，设备为保证”的生产技术方针，把连铸技术的发展推向一个新的阶段。1.2板坯连铸结晶器的作用及在国内外的发展应用现状结晶器是连续铸钢机的心脏，只有保证其正常有效地工作，才能使得连铸这一整体过程体现出生机与活力。最初连铸机的结晶器是静止的，在拉坯过程中坯壳与结晶器壁极易发生粘结，从而导致拉不动或者拉漏事。它的功能是将连续不断地注入其内腔的高温钢水通过水冷铜壁强制冷却，导出其热量，使之逐渐凝固成为具有所有要求的断面形状和坯壳厚度的铸坯，并使这种芯部仍为液态的铸坯连续不断地从结晶器下口拉出，为其在以后的二次冷却区域内完全凝固创造条件。结晶器的振动相当于一种脱模的作用，其目的是防止铸坯粘结发生拉裂或漏钢，同时结晶器作上下振动时，能周期性地改变钢液面和结晶器壁的相对位置，有利于改善结晶器内壁表面的润滑状况，减小粘结阻力和摩擦阻力，还可改善铸坯的表面质量。在国内板坯连铸结晶器的发展，从断面尺寸不可调到断面尺寸可调，目前已有在浇铸过程中调整宽度的板坯连铸结晶器，这标志着板坯连铸结晶器新的发展阶段。我国20世纪60年代早期的弧形板坯连铸机的结晶器，只有四块铜板和钢板水箱铆在一起，构成两个宽面板，两个窄面板，并采用窄面板压宽面板的方式组成浇铸空间，因而造成不可调的结构，并在角部还加一个窄条，以形成钝角。20世纪70年代我国引进康卡斯特板坯连铸结晶器，为了调整铜板的位置而设置了外框架，组成浇铸空间采用了宽面压窄面的结构。宽面板的调整使用了四根螺杆压紧及液压松开的方式，但窄面板调整也是宽度的结构，则采用螺杆调整和定位块定位的方法，宽度的变化为定距块的倍数，以50mm为一个级差。目前我国超低头板坯连铸机上使用的结晶器，是一种较新的手动集中调整的结晶器，不论宽面调整，还是窄面调整，均可集中在一起，手动机械进行操作，因而比较方便。最新的，在浇铸中用电动遥控的可调宽度结晶器，增加了电动机传动宽面调整装置，配备有连续锥度测量系统，在调宽的同时保证了锥度。在国外，奥钢联、达涅利CONCAST均发明了新型的高速连铸结晶器。奥钢联开发的DLAMOLD型结晶器，它上半部分采用独特的抛物线锥度，而下部分铜管四周边角被挖去一块，以减少摩擦，这种设计，既减少了拉坯阻力，还有利于形成更加均匀一致的坯壳。应用这种结晶器，浇铸115×115mm方坯时，拉坯可以从23m/min提高到5m/min以上，并且铸坯质量良好，经济效益显著。达涅利开发的是自适应型结晶器，它与传统结晶器最大差别在于其壁厚偏薄，且能借助冷却水压使铜管紧贴住铸坯，从而适应并调整其自身的原始锥度，适应铸坯收缩。对130×130mm的钢种，拉速可达4.3m/min，当将结晶器加长到1000mm后，可将拉速提高到6.0m/min。CONCAST公司设计出CONVEX结晶器铜管，内壁面为凸面形，在长度方向上缓慢变成平面。通过形状的改变，使铸坯收缩力和静压力的作用相互抵消。这种结晶器锥度，使坯壳角部和其它部位一样，紧贴内壁以同样的速度生长，且生长速度加快。应用这种新型结晶器，能提高拉速50%100%，达到45m/min。随着全连铸生产厂的增加, 以及连铸技术的发展, 高速连铸技术已成为传统连铸的发展方向。小方坯连铸结晶器有了很大发展, 近年来开发的利用结晶器和电磁力支撑钢液, 减少坯壳和结晶器之间的接触压力的“软接触结晶器”, 也取得了可喜的工艺效果, 其形成的铸坯表面没有振痕, 近乎镜面, 极大地改善了铸坯表面质量。1.3结晶器振动规律的演变及其特点最初人们采用推拉停的结晶器振动模式，后来，英国钢铁研究机构（RISRA）采用了安装在弹簧上的振动结晶器，随后又出现了驱动的结晶器振动机构，这样就促使了其振动方式不断发展与变化。大致可以分为以下几个阶段，如图 1.1 所示：（1） 同步式振动（矩形波振动） 这种振动规律是最早出现的一种振动方式。这种由凸轮机构实现的振动曲线如图 1.1 中曲线 1 所示。在这种振动方式中，结晶器下降时与铸坯保持同步运动，使拉裂的坯壳在此阶段得以愈合，其愈合时间大约占整个运动周期的 75%；然后铸坯以3 倍的拉坯速度上升。由于振动减小了拉坯阻力，漏钢事故明显减少，铸坯质量有所改善，因而在连铸结晶器振动应用早期采用很广。但实现运动规律的凸轮加工制造比较麻烦，同时为了实现严格的同步运动，结晶器振动机构和拉坯机构之间要进行严格的电气联锁；此外在向下与向上振动的转折处速度变化很快，理论上的加速度等于无穷大，因而在机构中会产生很大的冲击力，进而影响结晶器振动的平稳性，对于铸坯质量和设备的正常运转都很不利。 （2） 负滑脱振动（梯形波振动） 在该振动曲线中（如图 1.1 中曲线 2 所示），结晶器在向下运动的过程中有一段时间其速度稍大于拉坯速度，即所定义的“负滑动”运动，从而使铸坯在结晶器内下降过程承受一定的压力，有利于使拉裂坯壳更有效地愈合，同时也有利于脱模；在结晶器下降和上升的转折点处，速度的变化较同步式有所缓和，使运动的平稳性有所提高。该振动方式仍保留同步式振动愈合时间较长的特点，愈合时间约占整个周期的 66%71%，此种振动模式也需由凸轮机构来实现。图1.1 结晶器振动方式（3）正弦振动 该振动曲线如图 1.1 中曲线 3 所示。这种振动方式的基本出发点是：结晶器在整个运动过程中虽没有稳定速度阶段（同步运动阶段），但仍有一小段负滑动，因此具有脱模作用；由于速度是按正弦规律变化的，其加速度必然按余弦规律变化，所以过度比较平稳，没有很大冲击；又由于加速度较小，可以提高振动频率，减轻铸坯表面振痕的深度 ；另外，正弦振动可以通过偏心轴或曲柄连杆来实现，它具有加工制造比较容易，操作维护简单的特点；同时，既然结晶器与铸坯之间没有严格的速度关系，就没有必要采用速度联锁系统，因而简化了驱动装置的布置，可完成交流电机的变频控制。(4) 非正弦振动 非正弦振动方式具有上升运动时间比下降运动时间长的特点（如图 1.1 中曲线 4 所示），即具有较长正滑动时间，结晶器振动速度 Vm 与拉坯速度 Vc 之间的速度差减小（向上最大速度与 Vc 之差），增加了保护渣的消耗量，液态摩擦减小，液态保护渣膜的润滑范围向结晶器出口扩展，从而可减小坯壳中的拉应力；负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度。所以对于实现高速拉坯，非正弦式振动的效果十分理想。1.4本课题提出的内容及意义从连铸发展的历史上看，每当结晶器采用了一种新的较过去更为合理的振动规律时，都对连铸坯的浇铸、表面质量及拉坯速度的提高产生了重大的影响。从连铸结晶器振动方式的研究进展可以看出，采用非正弦振动是目前结晶器振动的最佳方式。本文由椭圆齿轮变速器来实现非正弦振动，通过对板坯连铸结晶器的传动装置的改进，使板坯连铸结晶器采用合适的非正弦振动方式，可增大板坯连铸结晶器的负滑动率，从而减少连铸板坯表面的振痕深度，减少坯壳与板坯结晶器壁面间的摩擦力，明显提高铸坯的表面质量和实现高速连铸。应用结晶器非正弦振动技术在工艺上具有降低结晶器与初始凝固坯壳之间的摩擦力、降低漏钢率、提高拉速和铸坯表面质量等优点，在设备上具有大幅度降低振动频率、提高振动装置的使用寿命、减少维护等优点，因此应用机械驱动结晶器非正弦振动及控制技术具有十分重要的意义。2板坯连铸结晶器总体方案设计2.1板坯连铸结晶器总体设计结晶器参数的设计对连铸机的正常生产和保证铸坯质量是至关重要的，结晶器断面尺寸与铸坯的最终几何形状有直接联系，与铸坯的最终规格有关。结晶器长度不仅影响最小坯壳厚度，是产生漏钢的直接原因，同时影响拉坯速度和结晶器铜板的磨损。结晶器的锥度是结晶器的冷却效果和铸坯质量的影响因素，因此在结晶器的设计中，要充分考虑各技术参数对连铸机生产的不同影响，正确合理地确定结晶器断面尺寸、结晶器长度和结晶器锥度，只有这样才能保证结晶器使用性能，保证结晶器正常运行，保证连铸机安全可靠的生产。2.1.1 板坯连铸结晶器的性能要求设计结晶器时，从铸坯成形的基本热工过程出发，结合生产工艺的基本要求，对结晶器提出以下主要要求：（1）良好的导热性能使钢液快速凝固，每1kg钢水浇注成坯并冷却到室温，放出的热量约为1340kJ/kg，而结晶器约带走510%，即67134kJ/kg，若板坯尺寸为250×1700mm，拉速为1m/min时，结晶器每分钟带走的热量多达20万kJ/kg，而结晶器长度又较短，一般不超过1m，在这样短的距离内要带走大量的热量，要求它必须具有良好的导热性能，若导热性较差，会使出结晶器的铸坯坯壳变薄，为防止拉漏，只好降低拉速，因此结晶器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提。（2）结构刚性要好，结晶器内壁与高温金属接触，外壁通冷却水，而它的壁厚又很薄（仅有1020mm），因此在它的厚度方向温度梯度极大，热应力相当可观，其结构必须具有较大的刚性，以适应大的热应力。（3）装拆和调整方便，为了能快速改变铸坯尺寸或快速修理结晶器，以提高连铸机的生产能力，现代结晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术。（4）工作寿命长，结晶器在高温状况下伴随有铸坯和结晶器内壁之间的滑动摩擦，因此结晶器内壁的材质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度。（5）振动时惯性力要小，为提高铸坯表面质量，结晶器的振动广泛采用高频率小振幅，最高已达400次/min，在高频振动时，惯性力不可忽视，过大的惯性力不仅影响到结晶器的强度和刚度，进而也影响到结晶器运动轨迹的精度。2.1.2 板坯连铸结晶器长度的确定结晶器的长度主要取决于浇注速度、结晶器的冷却强度和铸坯出结晶器下口时的最小坯壳厚度 。最小坯壳厚度与铸坯断面尺寸有关，根据试验结果和生产经验，对于大断面铸坯要求最小坯壳厚度大于15 mm，小断面铸坯要求最小坯壳厚度810 mm。通常一般的板坯连铸机结晶器长度取700900 mm，薄板坯连铸机取 1 0001 200mm。低速铸机采用短结晶器 ，高速铸机采用长结晶器。结晶器长度增加后可提高铸机拉速，增加铸坯产量。但结晶器加长，会增加拉坯阻力加剧铜板磨损，钢液的静压力也随之增加。设计时结晶器长度可按以下公式进行初取，在凝固计算时进行精确的理论计算，保证铸坯出结晶器下口时的最小坯壳厚度。 （2.1）式中，一结晶器长度（mm）；一铸坯出结晶器下口处的坯壳厚度（mm）；凝固系数（mm /） 板坯连铸机一般取（1720）；一拉坯速度（mm / min）。考虑到浇铸操作时结晶器内液面的波动，通常在钢液面与结晶器顶面之间要留出80120的空位。故结晶器的实际长度L为： （2.2）尽管如此，结晶器的长度在世界各国还是很不一致。一般结晶器的长度为5001200mm。康卡斯特设计的结晶器长度为300700mm，我国使用的结晶器长度为600800mm，苏联一般采用的结晶器长度为12001500mm，总的趋势是使用短结晶器。由于实行高速浇铸，结晶器还需适当加长，但过长既会延缓铸坯的进一步冷却凝固又会造成浪费。根据上述所说本次设计板坯连铸结晶器的长度取700mm。2.1.3 板坯连铸结晶器的断面尺寸及铜板厚度结晶器的断面尺寸对于板坯连铸机来说是指结晶器的宽边铜板和窄边铜板所围成的长方形孔型的上、下口尺寸，结晶器的断面尺寸通常是按照所生产铸坯在冷态下的公称尺寸来确定的。铸坯从结晶器中的钢液到出坯后的冷态要有凝固和冷却收缩，因此，在设计结晶器断面尺寸时要考虑钢水凝固以及从高温铸坯到冷态铸坯的热收缩 ，同时要考虑不同规格铸坯在矫直时产生的矫直变形（见图2.1）。在铸机生产中根据钢厂的生产使用经验可作适当调整。结晶器的断面尺寸宽边和窄边分别按照以下经验公式计算：图2.1 结晶器铜板孔型断面图结晶器宽边 （2.3） （2.4）式中，一结晶器上口宽度（mm）；结晶器下口宽度（mm）；铸坯公称宽度（mm）； 一结晶器宽面锥度（mm）。 结晶器窄边 =(1+1.5)+2 （2.5） =(1+1.5)+2 （2.6）式中，一结晶器上口厚度（mm）；一结晶器下口厚度（mm）一结晶器窄面锥度（mm）。 结晶器窄边厚度尺寸，对于弧形或直弧形连机来说，由于拉坯和矫直的作用，铸坯的厚度会相应减少，所以在设计时应在上式基础上考虑加上厚度减薄量2 mm。如果有液芯压下或轻压下应同时加上压下量，实际中，要求结晶器的断面尺寸应当比连铸坯断面的公称尺寸大一些，通常约大13%左右。结晶器铜板是结晶器的关键部件，作为连铸从液态钢水凝固成固态坯壳的重要导热部件，它的技术性能将直接影响到连铸坯的表面质量、连铸机拉速、连铸作业率等指标。 铜板厚度的选择主要考虑结晶器结晶器安装使用过程中的刚度和抵抗冷却水压力而不变形，同时也要考虑修复次数和寿命。但铜板厚度较厚，会造成成本加大，也不适合高拉速连铸的要求。根据经验铜板厚度一般为3545 mm，这次设计中取铜板厚度为40mm。2.1.4 板坯连铸结晶器倒锥度的要求及对倒锥度的改进结晶器的锥度概念是指结晶器的上口尺寸与下口尺寸不同，形成一个上大下小倒锥形的型。在连铸机的浇注过程中，钢水在结晶器中由于接触水冷铜板，将热量传出，形成初生坯壳，但由于冷却收缩的作用，坯壳会离开铜板形成空隙，这样就会增加传热阻力，影响铸坯的冷却效果。因此，为了改善铸坯的冷却效果，避免气隙的形成，必须将结晶器铜板孔型设计成倒锥形。对于板坯连铸机来说，铸坯宽面和窄面的锥度要求是不一样的，由于板坯厚度方向宽面的面积大，坯壳的刚性较弱，在钢水静压力的作用下，坯壳很容易贴向铜板，消除气隙，所以厚度方向锥度可以小一些。宽度方向的窄面面积小，收缩量要大一些，坯壳刚度大，因而宽度方向的窄面锥度要大一些。结晶器的锥度或称为倒锥度与铸机的拉坯速度有关，拉坯速度高，传热时间短，导致铸坯表面温度升高，铸坯收缩率减少，因而应采用较小的结晶器倒锥度。在设计结晶器的锥度时，要注意，在铸机生产中，结晶器的锥度是不可调的，因此，应对于不同的生产规格，设计成相同的结晶器锥度，并适应不同的拉速范围。对于板坯连铸机的结晶器，由于铸坯厚度方向的收缩叫宽度方向的收缩小的多，为便于安装找正，结晶器的宽面一般都做成平行的。这时锥度可按下式进行计算， （%/m） （2.7）式中 、分别为结晶器上、下口的宽边边长（mm）对于板坯连铸机，拉速大时，锥度要小。拉速小时 ，锥度要大。根据实践，对于700mm长的板坯结晶器，实际使用中获得满意结果的数值如下：通常拉速大于1.2 m/min时，锥度值取0.80.9。拉速小于1.2 m/min时，锥度值取0.81.0。以上为铸坯宽边的锥度，窄边锥度取上述值的一半。倒锥度是十分重要的参数，过小，坯壳会过早的脱离结晶器内壁，严重降低冷却效果，坯壳在其内钢水静压力作用下易出现鼓肚变形，甚至在铸坯出结晶器时会发生漏钢。过大，在拉坯速度较高时，易发生铸坯坯壳和结晶器内壁挤压压力过大，并加速结晶器内壁的磨损。最初的结晶器时没有锥度的，因而，易出现漏钢事故及脱方、角部裂纹等缺陷。随着连铸技术的发展，出现了单锥度结晶器铜管，与以前的无锥度铜管相比，单锥度有较大的进步，提高了结晶器传热能力，加快了拉坯速度，结晶器寿命也有了一定的提高，所以得到了广泛的应用。但单锥度铜管也存在着一些不足。锥度过小，起不到减少气隙、改善传热的作用；锥度过大，则易引起拉坯颤动，增加铜管下口的磨损。在理论计算和优化的基础上，国外陆续出现了双锥度结晶器和多锥度结晶器。这些结晶器的出现主要是为了克服单锥度铜管存在的不足，同时为了实现更高的拉速。多锥度结晶器包括三锥度、抛物线锥度及其他一些类型。多锥度结晶器更能符合铸坯收缩变形的形状，更能有效地实现均匀传热，还能提高铸坯质量，减少结晶器的磨损。一般来说，现在的多锥度结晶器上部从弯月面至铜管变形量最大处的锥度较小，而下部锥度更小。这种设计，使铸坯坯壳生长更加均匀，坯壳厚度也有所增加。2.1.5 板坯连铸结晶器拉坯速度的确定拉坯速度是连铸生产操作中的重要控制参数，拉速是保证顺利浇注，充分发挥连铸机能力，改善铸坯质量的关键因素之一。提高拉速提高连铸机的生产率，增加连铸坯的产量，因此提拉速是连铸发展的趋势，但拉速的提高受钢水凝速度的限制。若拉速太快，会使结晶器出口处坯壳薄，容易产生过大变形甚至拉漏事故，同时又会造成铸坯内部的疏松和缩孔，使质量变坏反倒降低产量。因此，连铸机的拉坯速度直接响钢水凝固、凝固后的铸坯表面质量、初生坯壳生的均匀性以及铸坯的内部质量。通常，拉坯速度是以每一流每分钟拉出铸坯的长度（m）来表示的。在一定工艺条件下，为得到最好的经济效果，在寻求最佳拉坯速度时，必须满足两个基本的要求：一是铸坯出结晶器下口时坯壳具有一定的厚度，以防变形太大甚至漏钢；二是铸坯内、外质量良好，满足生产要求。由凝固定律决定拉速：= （2.8）式中 凝固系数（mm/）板坯取1720； 结晶器长度（mm）； 铸坯出结晶器下口处的坯壳厚度（mm）；根据经验，板坯取=1215mm。因此，由公式（2.8）得 。2.2 板坯连铸结晶器的电动机选择2.2.1 板坯连铸结晶器所需功率的确定整个机构的质量为：机构振动的频率为：次/min次/机构的振幅：机构在振动时摩擦力损失为功率的则根据动能定理： （2.9）把以上数据代入公式（2.9）得： 由于摩擦损耗为则所以结晶器整体所需功率为。2.2.2 板坯连铸结晶器电机型号的确定电动机的选择主要是容量的选择，如果容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机长时间在过载情况下运行，会过早损坏，同时还可能出现启动困难、经不起冲击负载等。如果容量选大了，不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载情况下运行，运行效率和功率因数（对异步电动机而言）都会下降。（1）选择电动机类型和结构型式按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。（2）选择电动机的容量及转速结晶器整体所需功率为36kW总效率=联轴器效率=滚动轴承效率=蜗轮蜗杆啮合效率=则传动总效率=kW因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。由文献1,表4.12-1 Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为45kg，同步转速为1500r/min，其型号为Y225M-4，满载转速是1480r/min。2.3 板坯连铸结晶器蜗轮-蜗杆减速