连铸机毕业设计说明书.doc
摘要采用连续铸造方法，可以使全连续和自动化操作成为可能，提高了铸坯质量，减少了生产工序，降低生产成本，故在大型的钢铁企业中得到广泛地推广应用。本文介绍了最新连铸技术的发展趋势以及我国小方坯连铸生产技术的现状和发展情况。本文所研究的对象为小方坯连铸机拉矫机，采用渐进式五辊拉矫机。根据其工作环境和拉矫设备的力能参数，对R6000小方坯连铸拉矫机进行结构设计，并对减速机构加以设计研究，对主要零部件进行受力分析与强度计算，针对原设备制造、维护方面的薄弱环节加以改进。然后用Solidworks对机架进行三维造型，利用CosmosWorks进行有限元分析，较为直观的观察到其各处受应力，产生应变、位移等情况。关键词： 连续铸造 拉矫机 强度计算 SolidworksABSTRACT Using the continuous casting method, may cause continuous operation and the automation possibly, raising the slab quality, reducing production processes, reducing production costs .So the large-scale iron and steel enterprises widely pushed up the broad application. This article describes the latest continuous casting technology and the development trend, the status and development of China's small billet continuous casting production technology . In this article , the object of study is straightener for Small Billet Caster ,a gradual straightener with 5 rollers . According to their working environment and the equipment's strength parameters, carry on holistic structure design for R6000 Small Billet Caster straightener and design for reducer, also carry on the stress analysis and the strength calculation to the main spare part, improve something for the weak links of manufacturer and maintenance for the original equipment. Then we carry on the three dimensional modeling to the rack with Solidworks, doing the finite element analysis with CosmosWorks .Then we can more direct-viewing observe its situation of each place subject to stress, strain, displacement and so on. Keywords : straightener structural design strength calculation finite element 目录1. 绪论11.1 连铸的优点11.2 国外连铸的发展情况11.3 我国小方坯连铸生产技术现状及发展21.4 最新连铸技术的发展31.5 小方坯连铸机生产工艺与主要设备概述62. 小方坯连铸机拉矫设备结构设计82.1 小方坯连铸机拉矫设备及主要参数82.2 原设备制造、维护方面的薄弱环节及改进措施143.小方坯连铸机拉坯设备的力能参数计算153.1 小方坯连铸机的拉坯阻力153.2 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率203.3 电动机类型的选择与验算214. 二级减速器设计214.1分配传动比214.2二级减速器蜗轮蜗杆减速器的设计计算224.3 减速器的维护与润滑265.主要零部件的受力分析与强度计算275.1 蜗杆轴的设计校核275.2 驱动辊的设计校核365.3 蜗杆轴承的选择及校核435.4 键的选择及校核476.三维造型和有限元分析486.1 有限元方法简介486.2 机架有限元分析48总结54致 谢55参考文献56 1. 绪论1.1 连铸的优点【4】 连铸的主要优点概括如下: （1) 比传统钢锭浇铸工艺提高成材率10%12% , 降低成本20%;（2) 减少从钢水到最终产品的生产工序, 节约了人力;（3) 省去钢锭塞棒、加热和粗轧等, 降低了成本;（4）提高了铸坯质量；（5) 使全连续和自动化操作成为可能。关于炼钢和连铸生产技术今后的发展趋势，专家认为，其总的是要朝高效、优质、低耗的方向发展。1.2 国外连铸的发展情况【15】钢厂全连铸的实现是连铸技术成熟发展的体现。建立在炼钢钢水炉外处理连铸组合优化基础上的全连铸生产体制已成为高水平现代化钢铁工业生产的综合标志。国外最早实现全连铸的炼钢车间是前苏联的新里别茨克钢铁厂的电炉车间（1979年）。1966年该厂新建了第一转炉车间，并最早开创了连铸与氧气转炉相结合的先例。1979年，该厂又新建了第二转炉车间，并配置了弧形连铸机，使两个转炉车间实现了全连铸，年产量达到了800万吨。 但是，由于前苏联的炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓，因此，限制了连铸的发展。70年代以后日本，德国等工业发达国家后来居上。尤其是日本，60年代后期才从前苏联，德国等国家引进连铸技术，接着投入大量的人力物力进行消化吸收和研究开发，促进了连铸技术的应用和发展。但是，日本在70年代前，连铸机主要设置在电炉钢厂，以生产小方坯为主，大型钢铁联合企业几乎没有连铸机，因此，连铸比很低。70年代后，经过两次能源危机，使连铸技术得到迅速的发展。法国也是开发研究连铸技术较早的国家。但在70年代以前发展非常缓慢。70年以后发展加快，连铸比迅速提高。美国的连铸技术是与康卡斯特公司和日本设备制造厂家合作发展起来的。80年代以来发展速度缓慢。80年代以后，美国政府开始重视连铸技术的发展，首先是增加连铸投资，其次是把发展重点放在大型钢铁联合企业的板坯、大方坯及组合式连铸机的建设上，使大型钢铁联合企业的连铸比很快得到提高，从而也提高了全国的连铸比。与此同时也出现了一批全连铸的钢铁公司和钢厂，如：麦克劳斯钢铁公司，韦尔顿钢铁公司、WCI钢铁公司等。德国是研究试验制造和应用连铸机最早的国家，也是连铸技术发展的重点基地。许多先进的设备和技术都是在这里研制成功，推向世界的。 国外连铸钢厂的特点：（1）以最少或较少的连铸机实现全连铸 （2）改造旧连铸机，提高作业率。（3）配备炉外精炼设备。国外的全连铸钢厂都配有炉外精炼设备，这样既可以满足钢种和钢水质量的要求，又可以以多炉连铸作缓冲，并且还可以进行钢水温度补偿和为挽救事故而避免将钢水回炉或冻结在钢包中。（4）增设计算机。增设的计算机用于生产组织、管理、调度、控制工艺过程，使各环节工艺操作处于最佳状态，减少人为的失误。1.3 我国小方坯连铸生产技术现状及发展【17】我国连铸技术起步早, 但进展缓慢。1958年,我国就开始研制连铸机,并先后在唐山钢厂、重庆三钢和上海几家钢厂投产试用成功了小方坯连铸机,但由于基础技术工作差,工艺研究不深,加上仓促投产,设备简陋等原因,使这些连铸机投产后不能正常生产。八五”初期, 冶金部提出“以连铸为中心,以炼钢为基础,以设备为保证”的连铸生产技术方针,从总体上抓投产导向,抓铸机配套完善,提高炼钢水平和铸机备品备件的国产化供应等关键。因此,到1992 年,从总体上已经解决了连铸机达产问题。在此基础上,又把连铸生产技术方针扩展为“以连铸为中心,以炼钢为基础,以设备为保证,以全连铸为方向,实现炼钢、二次冶金、连铸组合优化”到“八五”末期,又明确了连铸生产完善的重点是全连铸、高效连铸、连铸坯热送热装;计算机控制和近终形连铸,引导连铸水平逐步提高。我国现有的小方坯连铸机种类很多,大致可分为由德国引进的德马克机型,由意大利引进的达涅利机型和由美国引进的康卡斯特、罗可普、斯泰尔特克机型,以及某些国产机型。完全引进国外成套设备或主要部件的小方坯连铸机约占我国连铸机总台数的21. 5 %。以上几种机型,都还存在着这样或那样的不足,都还有待于完善、改造和提高。随着钢铁工业的发展,我国小方坯连铸生产技术也得到了迅速的发展。现代化转炉(电炉) 二次冶金(精炼) 连铸三位一体技术的发展,推动了我国工业迅速、稳定的增长。对钢铁工业的节能降耗、提高成材率做出重大贡献。在高效连铸机技术的开发与系统化应用方面,我国也取得了一定的进展。广大从事连铸的工程技术人员,通过对国外各种引进机型的消化吸收和改进,在生产实践中积累了很多有益的经验。但就目前整体水平来看,小方坯连铸现在依然还处在普及、发展、改造、提高的阶段。到目前为止，我国小方坯连铸机普遍存在着拉速低,作业率、自动化控制程度低和铸坯品种少,质量差等问题。因此,我国小方坯连铸生产技术要赶上国际水平还有一段差距。1.4 最新连铸技术的发展【14】【15】1.4.1 近终形连铸技术的发展世界钢铁生产者开始寻求技术改进以扩展连铸的优势。1989年, 德国供应SMS首次在美国的一个小型钢厂纽柯钢厂安装了一台薄板坯连铸机。新设计了漏斗形结晶器, 其它与传统连铸机相似。导致世界范围内薄板坯连铸机的商业化发展,其厚度范围在4070 mm 之间, 典型拉速为5.5m/min。薄板坯连铸机的成功并没有使钢铁工作者进一步寻求技术进步的脚步停止, 其代表为R&D在贝西默的独创带钢连铸概念。1999 年, 钢铁巨头Nucor/BHP/IHI及Thyssen Krupp steel/Usinor/VAI开始商业化推广他们的Cast rip 工艺及Eurostrip 工艺, 可以直接从钢水生产出带钢(见图1-1)。 图1-1为双辊带钢铸机 在普遍采用的双辊带钢连铸工艺中, 钢液倒入两个柜式旋转辊中。两个陶瓷侧板挤压装有钢液的铸辊的前面。钢壳在两个辊面间形成, 熔融金属喂入弯月面。坯壳生长至两辊间的接触点(最窄点) , 在这里两坯壳相接触, 当它们通过铸辊时形成连续的钢带, 从结晶器下面出铸机。至形成2mm 厚的凝固钢带仅需0. 4 s。典型的铸速为40130 mm/min, 依赖于带钢厚度、铸辊尺寸和溶池高度。钢梁的首次近终形连铸是铸成“狗骨”形毛坯取代正方形或矩形截面, 可生产的梁毛坯尺寸为( 4801050) mm× (355450) mm×(120165) mm , 铸速为0.452.5 m/min, 其轧制成本较低, 生产率较高, 能耗降低。1.4.2 结晶器几何形状的演变结晶器是铸机的心脏, 结晶器设计相应决定了铸速和生产率。为提高铸速和生产率, 需要适当的结晶器几何形状, 以提高热传输和降低结晶器摩擦。1.4.3 结晶器振动的改进1.4.3.1 液压结晶器振动 理想的结晶器振动是充分利用结晶器优化设计的前提。液压结晶器振动采用二个液压缸控制伺服阀, 每个伺服阀预先设定设置点, 将结晶器设置成周期性振动。对伺服阀储存不同的设置点实现相应的振动速度曲线, 正弦函数是基本的振动型式。不同速度曲线的振频和振幅不同, 在浇铸过程中, 铸速函数能自动与预设定的函数序列相适应。其优点包括: 振动曲线、振幅、振频的在线控制, 减少结晶器摩擦, 减轻结晶器机械运动, 减轻铸件振痕, 提高操作安全和减少维护等。1.4.3.2 板坯连铸机结晶器振动的三角模式结晶器振动利于保护最初形成的坯壳, 需要一个合理的结晶器正向和负向振动以降低坯壳的拉应力, 使结晶器润滑渣充分渗入并沿模壁铺展。在正弦振动中, 主要问题是在每个振幅中, 正滑脱时间较短, 高频振动器使结晶器摩擦增大。为此,开发了三角模式振动, 通过调整振动速度, 使向上运动的时间长于向下运动, 这种较长的正滑脱时间减少了结晶器与凝固坯壳的相对运动, 因为负滑脱时间较短, 可减小摩擦, 降低振痕深度。1.4.3.3结晶器宽度调整在线液压结晶器宽度调整利于生产不同尺寸板坯, 减小下线时间。该系统可提高连铸产品大纲的灵活性, 提高生产率。1.4.3.4结晶器液面自动控制当前结晶器液面控制通常采用塞棒调整中间包滑板开闭进行。结晶器液面探测可采用放射性同位素, 系统拥有一个PID (比例微积分) 控制器,可将液面实际控制信号与设定值相比较。控制器根据反馈结果输出信号促使伺服驱动开闭塞棒激励器。伺服驱动可控制塞棒位置, 控制精度通常为±2 mm。在自动开浇模式, 按存储的时间曲线对结晶器进行设定, 如果液面达到固定的设定值, 自动从时间曲线控制切换到闭环控制。其主要优点是优良的表面皮下质量。较轻的振痕深度和低一倍的漏钢率, 因此提高了生产率。1.4.4电磁搅拌连铸坯组织为较外层柱状晶区为中心等轴晶区所包围, 柱状晶的长度直接受过热度影响, 如图1-2所示。 图1-2 过热度对柱状晶和等轴晶量的影响为限制柱状晶区, 中间包内钢水温度应接近液相线温度, EMS (电磁搅拌) 能限制柱晶结晶,促进细小规则等轴晶形成。搅拌器的工作原理包括磁场的产生, 磁场穿透凝固壳, 在钢液中感应出傅科勒特电流。这种感应电流和磁感应产生一个电磁力, 使液态金属产生运动。通过对流促进液固钢之间的热交换, 消除残余过热, 导致凝固前沿的热梯度减小, 柱状晶生长条件不复存在热梯度减小, 柱状晶生长条件不复存在。这些运动导致柱状晶枝晶重熔和断裂, 形成更多的等轴晶。根据需要搅拌器可放于结晶器或结晶器之下。对大方坯/小方坯连铸机, EMS可提高表面/皮下质量, 减少合金偏析、渣坑和针孔, 其主要优点是通过增大等轴晶区提高内部质量, 减少枝晶搭桥, 阻止中心气孔和中心偏析。为进一步降低偏析, 可在二冷区下部安装EMS, 通过搅拌中心未凝固钢液, 均匀成分, 减少中心线偏析发生。搅拌器类型应根据浇铸产品的冶金要求和搅拌参数如强度、频率、磁场方向等进行选择, 而且, 设计和位置应慎重考虑。电磁搅拌改变了弯月面形状, 减慢了弯月面钢液凝固, 导致弯月面附近液体流动。在板坯连铸中, 一种AC 和DC 双重感应磁场技术被用于进行弯月面控制, 另有一种改进的电磁搅拌闸用于控制结晶器自然流动形式。1.4.5连铸自动化二级自动化系统能改善质量和提高生产率,连铸工艺和质量自动控制系统包括结晶器液面控制、铸坯锥度控制、速度控制数学模型、喷水冷却系统和长度切割优化等。1.5 小方坯连铸机生产工艺与主要设备概述【1】【3】【4】连续铸钢与普通模铸不同，它不是把高温钢水浇铸在一个个钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇铸到一个或一组实行强制水冷带有“活底”的铜模内。待钢水凝固到具有一定厚度的坯壳后，则从铜模的另一端拉出“活底”，这样铸模钢坯就会连续从铜模下口被拉出来。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的新工艺，就是连续铸钢。它完全改变了在钢铁生产中一直占统治地位的“模铸开坯”工艺，大大地简化了从钢水到钢坯的生产工艺流程。 连续铸钢的一般生产流程，如图示1-3。图1-3 生产流程1-盛钢桶；2-中间罐；3-结晶器及其振动装置；4-二次冷却支导装置；5-拉坯矫直机；6-切割设备；7-辊道；8-推钢机；9-铸坯由炼钢炉炼出的合格钢水，经盛钢桶运送到浇铸位置，通过中间罐铸入强制水冷的铜模结晶器内。结晶器是无底的，在铸入钢水之前，必须先装上一个“活底”，它同时也起引出铸锭的作用，这个“活底”就叫引锭链。铸入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在一起。引锭链的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的速度把引锭链（拉着铸坯）从结晶器中拉出。为防止铸坯坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇铸过程中既要对结晶器内壁润滑又要它做上下往复振动。铸坯被拉出结晶器后，为使其更快的散热须进行喷水冷却，称为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面铸入结晶器，便形成了连续铸坯的过程。当铸坯通过拉坯机、矫直机（立式和水平式连铸不需矫直）后，脱去引锭链。完全凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序。 连续铸钢生产所用的设备，实际上是包括在连铸作业线上的一整套机械设备。通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。主体设备包括有：浇铸设备盛钢桶运载设备、中间罐及中间罐小车或旋转台；结晶器及其振动装置；二次冷却支导装置，如在弧形连铸设备中采用直结晶器时，需设顶弯装置；拉坯矫直设备拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置；切割设备火焰切割机与机械剪切机（摆式剪切机、步进式剪切机等）。辅助设备主要有：出坯及精整设备辊道、拉（推）钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备中间罐烘烤装置、吹氩装置、脱气装置、保护渣供给与结晶器润滑装置等；自动控制与测量仪表结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测量、测重、测长、测速、测压等仪表系统。 在连续铸钢的发展过程中，连续铸钢设备（连铸机）先后出现了立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机（直弧形、全弧形、弧形多点矫直、超低头型）、水平式连铸机（如图1-4）。 图1-42. 小方坯连铸机拉矫设备结构设计2.1 小方坯连铸机拉矫设备及主要参数【1】【2】【4】在各种连铸机中都必须有拉矫机，已便将引锭杆及与其凝结在一起的铸坯连续拉出结晶器，然后经过二次冷却支承导向装置使铸坯进入拉坯机。铸坯出拉辊后便可脱锭（即将引锭杆与铸坯分开）。在实际的弧形连铸机中，拉坯和矫直这两道工序常是在同一个机组里完成的，故统称其拉坯矫直机（简称拉矫机）。拉矫机是连续拉出铸坯、矫直铸坯与切断成坯的主要设备，在设计和使用上应满足生产工艺的下述基本要求：（1） 应具有足够的拉坯和矫直能力，以适应生产上可能出现的最大阻力，但应备有可靠的过载保护措施；（2） 驱动系统应具有良好的调速性能，并能实现反转，拉坯速度一般应与结晶器的振动速度实现连锁；（3） 为了适应连续、高温的工作条件，设备应有足够的强度和刚度，并采用有效的方法对设备本体进行冷却，以防止变形；（4） 在结构上要能适应铸坯断面在一定范围内的变化，并允许不能矫直的铸坯通过，以及在多机多流连铸机上对其结构的特殊要求；（5） 采用多辊拉矫机时，可考虑为实行液心拉矫和压缩浇铸新工艺创造条件。 2.1.1 拉矫机的型式 2.1.1.1 单点矫直拉矫机 单点矫直拉矫机由4个辊及机架组成(如下图2-1)，前边一对辊用来拉坯和送引锭杆，后两个辊分下矫直辊和上矫直辊，由拉坯辊和上、下矫直辊构成三点，形成力的杠杆作用，矫直铸坯。拉坯辊与下矫直辊设有传动装置，上矫直辊为自由辊，由液压缸或气缸压下。拉坯辊设在弧线上，下矫直辊布置在弧形的切点上，这样既在送引锭杆时顺利把引锭杆送入结构器，同时防止在矫直过程中把矫直力通过铸坯压在扇形段的最后一个辊上，从而引起夹辊过载，损坏夹辊。上、下拉坯辊如果采用同一传动机构时，其直径是不同的。因为引锭杆或铸坯有一定的厚度，所以上下辊的拉坯速度不同，图2-1 这种单点矫直拉矫机一般用于早期板坯连铸机的全凝矫直上，现代大型板坯连铸机的拉矫机，每个传动辊分别设有单独的传动装置，各传动辊的速度由自设电动机调整，调速灵活，操作方便。，2.1.1.2 多点矫直拉矫机 单点矫直铸坯时，连铸机的弧形线只有一个曲率半径，矫直时应变量大，应变速率大。如果用来矫直带液心的铸坯，在剪切应力的作用下，其弯曲中性面与一般假设的中性面的位置不同，增大了铸坯产生内裂的危险性。采用多点矫直，把集中到一点的应变量分散到几个点逐渐完成，从而减轻和消除铸坯产生内裂的危险性。多点矫直拉矫机布置在弧形段内(如下图2-2所示)。图中第3扇形段和第4扇形段的28号辊、30号辊、33号辊和35号辊为矫直辊，它们的曲率半径分别为5700ram、7200mm,11000mm和无限大。图2-2 多点矫直拉矫机 合理计算各矫直点的曲率半径和安排各矫直点的位置，把矫直的总应变量合理分配到各矫直点，是设计多点拉矫机的关键，既矫直铸坯，又保证铸坯不产生内裂纹。 多点拉矫机的矫直辊分配在各扇形段，位于基本半径弧内的扇形段，各辊子的弧形半径是相等的，而在拉矫区内扇形段的矫直辊的弧形半径是不相同的，在结构上二者是完全一样的。2.1.1.3 渐近矫直拉矫机 图2-3拉矫机以恒定的低应变速率矫直铸坯的技术叫渐近矫直技术。渐近矫直拉矫机的结构分矫直段和水平段，矫直段将铸坯矫直，水平段协同矫直段拉出铸坯。矫直段由辊子和机架组成，其中，前后两辊为传动辊，后传动辊设在连铸机的弧线的接近水平线切点位置。传动辊的出轴与传动装置的万向接手相联，上下辊都设有传动装置。上传动辊安装在一个特殊的四联杆机构上，四联杆机构由液压缸操纵，液压缸活塞杆出端与四联杆铰接，液压缸的下端与机架铰接。活塞杆升起与降落，使四联杆机构带动上传动辊压紧铸坯或引锭杆，达到拉坯或上引锭杆的目的。下传动辊用螺栓固定在外弧架上。 机架分内弧架、外弧架和侧支架，外弧架设有两个横梁，用螺栓固定在底座上。侧支架装在外弧架横梁的两端，用斜楔与外弧架的横梁联接。侧支架的4个立柱上装有4个液压缸，液压缸活塞杆的出端与内弧架横梁联接，构成内弧架可调，以调整上下辊的开口度。内弧架也设有两个横梁，横梁与侧支架立柱台肩之间设有调整垫片，在侧支架立柱的上端还设有锁紧装置及水平液压缸，正常生产运行时，水平液压缸拉紧锁紧装置，使内外弧架不能松动。当调整上下辊的开口度时，首先使水平液压缸动作，松开锁紧装置，再用升降液压缸将内弧架升起，增加或减少调整垫片的个数，垫片的总厚度达到要求的开口度时，升降液压缸活塞杆下降，即降下内弧架，水平液压缸动作拉紧锁紧装置。 2.1.2拉矫机组成部分 2.1.2.1 传动系统 传动系统主要包括电动机、减速器、齿轮座及万向联轴器等。由连铸的工艺条件决定，在浇铸过程中，要求经常变更拉坯速度。因此，拉矫机应选用调速性能良好的直流电动机，在个别小断面连铸机上也可采用交流滑差式电动机。为了控制速度的变化还应配备调速发电机。 通常减速器只有一根输出轴，而拉矫机至少应有两个以上的拉辊需要传动。故在减速器和拉矫机之间可设置齿轮座，以实现将单轴转动变成多轴(辊)转动。共上下两个拉矫辊转动方向相反，相邻两个上拉矫辊或两个下拉矫辊转动方向相同且转动速度相等。根据需要，齿轮座也能实现一些减速。实际上，只有拉矫辊较少时才能采用齿轮座，而当拉矫辊较多时则不宜用齿轮座。尤其对多辊拉矫机，由于尺寸限制常采用电动机经行星减速器、万向联轴器单独传动每个拉矫辊。 由于拉矫机在工作中，拉矫辊都有较大的调节距离，所以常采用万向联轴器将拉矫辊和齿轮座(在多辊拉矫机中为行星减速器)的出轴相连接，以实现在较大倾角下(最大可达810°，一般小于7°)能比较平稳地传递较大扭矩。2.1.2.2 工作系统 它主要包括机架、拉矫辊及轴承、压下装置等。机架主要是用于安放和支承拉矫辊及其调整装置的。除个别辊数较少的拉矫机采用钳式与牌坊式联合机架外，其余几乎都采用牌坊开式机架。牌坊开式机架不但易于安装而且刚性好，又能承受较大负荷，安装拉矫辊的数目较多。过去多用铸钢制成，近年来采用焊接结构较多，特别是焊接的箱形结构更适合于机架内部通水冷却。 拉矫辊一般用45号钢制造，为提高其使用寿命，最好选用热疲劳强度较高的钢制造-如铬钼钢。拉矫辊一般都采用滚动轴承支承，在个别小型连铸机上也有用滑动轴承，轴水通过轴承座安装在机架内。轴承座一端固定，另一端做成自由端，允许辊子沿轴线胀缩。辊身长一般直比铸坯每边宽出50100mm，且上下辊安装要严格平行和对中。拉矫辊有实心和空心两种，以适应外喷水冷却和辊内通水冷却的需要。 拉矫辊的压下与调节机构通常有电动和液压两种。只有个别小型铸机用手动压下螺丝调节。电动蜗杆或螺旋传动压下结构较为复杂，而液压压下结构既简单又可靠，只须建个液压站。根据拉矫机的工作特点用液压压下及调节较为理想，它在各国得到广泛应用。 拉矫机是长期在高温条件下连续工作的机械设备，除机体本身必须具备的强度和刚度条件外，为保证其工作的可靠性，良好的冷却和充分的润滑乃十分必要。设备本身的冷却有两种方法：一是用外部喷水冷却，即外冷法；另一种是在机架内部和拉矫辊辊身内通水冷却，即内冷法。内冷法的冷却水不会喷到铸坯上，尤其在只需冷却设备本身时，不致降低铸坯的温度起不良作用。如在实行多炉连浇等待换罐时，采用低拉速操作则更有明显的优越性。它的主要问题是，有的零部件加工制造比较困难。外冷法则与其相反。至今各国对拉矫辊内冷或外冷尚有不同的看法。润滑有分散和集中两种方式，现代的连铸机特别是大、中型连铸机都采用集中润滑系统，它能很好的适应生产要求。拉矫机应设有必要的防护措施和安垒措施，这点对多辊拉矫机尤为必要。为防止轴承被热铸坯长时间辐射过热，可在轴承座和铸坯闻装上挡热板。有的挡热板是用镀锌钢板包起来的石棉板制成，由于在矫直铸坯过程中，连铸机弧线拐点处下拉矫辊的矫直反力最大，故应在下辊的下边装设支承辊，以增加其承载能力。同时还可在下支承辊的轴承座下安装测力传感器，当矫直反作用力大到一定程度时可报警，使拉矫机停止运转或液压缸自动卸压，以防毁坏设备。2.1.3 小方坯连铸拉矫机的主要设计参数 小方坯连铸拉矫机的主要设计参数是机械设备设计的主要依据，是决定设备性能和尺寸的基本因素。主要设计参数包括铸坯断面，拉坯速度，曲率半径以及装引锭杆的速度等。铸坯断面 拉坯速度 铸机外弧半径 m装引锭杆的速度 2.2 原设备制造、维护方面的薄弱环节及改进措施【16】国内普遍采用的五辊渐近式拉矫机,其传动分两部分, 部分是蜗轮蜗杆减速机和悬挂齿轮减速机;另一部分靠辊子链减速并驱动上辊。 其存在的问题：（1) 链传动因存在紧边松边所带来的由振动台振动产生的铸坯抖动,影响钢水液面稳定,操作人员不易控制,易引起生产事故。（2) 影响火切机切割率。因切割时铸坯抖动引起割枪反渣回火常引起氢氧发生器防爆膜爆破,无法正常切割。（3) 影响金属收得率。因切割枪不稳造成割缝增至25mm ,按140mm×140mm方坯算,切割的割缝损失金属4.387kg ,若生产3 米铸坯每炉生产30 根,损失127. 223kg 金属。（4) 机械故障,因润滑不到位引起轴承故障。根据原有设备结构,结合生产实际情况,提出了改变拉矫传动方式的方案：（1) 改变传动方式:将设计采用的链条传动变为用直交轴减速机直接驱动上辊,减速箱采用闭式冷却水,改善轴承和齿轮运行环境,采用变频电机控制。（2) 消除上下机架铰接销与孔的间隙,变上下机架斜楔紧固为螺纹紧固,以防止松动。（3) 改卧式电机为立式电机,同时加水冷护罩,降低电机环境温度。（4) 采用油气润滑系统,确保润滑。3.小方坯连铸机拉坯设备的力能参数计算本文设计的是五辊拉坯矫直机，如图3-1图3-1 五辊拉坯矫直机3.1 小方坯连铸机的拉坯阻力【2】【9】小方坯连铸机的拉坯阻力包括：铸坯在结晶器内的摩擦阻力F1；铸坯通过二冷区时得阻力F2 ，推动铸坯使之完成矫直功得推力F3及拉矫机各运动部件得摩擦力F4 。分别计算如下： 3.1.1铸坯在结晶器内的摩擦阻力 铸坯在结晶器内的阻力包括坯壳与结晶器壁的粘接力和铸坯运动的摩擦力。这项阻力与结晶器得锥度、制造安装的精度、结晶器变形情况及振动方式有关。由于影响因素较多，很难精确计算。设计时，一般只用经验公式计算铸坯在结晶器中运动的摩擦阻力，并采用较大得摩擦系数，用以补偿其它阻力得存在： （3-1）式中： 为钢水密度，通常为0.07N/cm3 为结晶器的有效长度（mm） -（80120） 为结晶器的宽度（mm） 为结晶器的厚度（mm） 为铸坯与结晶器壁得摩擦系数，其值通常取0.30.5 已知 B =140mm H=140mm =800mm 取-100=700mm, =0.5代入数据得 =4802（N）3.1.2 铸坯通过二冷区的阻力如图3-2，小方坯在二冷区的阻力包括铸坯与导向装置的摩擦力及铸坯自重引起的下滑力图3-2从铸机的弧线部分取一小段单元铸坯，其位置角为包角为 ，重量为式中 ： -铸坯断面积； -铸机外弧半径； -钢液比重，取=0.07N/cm3把力分解为径向力及切向力 ，得 径向力对导向装置的摩擦力为： 式中 ：-铸坯在导向装置中的摩擦系数，由于小方坯连铸机的导向装置比较简陋，有的辊子甚至不转所以 。铸坯在二冷区内的阻力为： （3-2）因为 ，所以是负值，即铸坯还能向下滑动。已知铸机外弧半径m ， mm ， ，所以代入数据计算得 N3.1.3推动铸坯使之完成矫直功的力计算推动铸坯使之完成矫直功的力 。被矫直的小方坯处于完全凝固的弹塑性状态。其矫直力矩为： （3-3）式中： -铸坯在高温下的屈服限； -铸坯边长。推动铸坯进行矫直的转矩等于推力对圆弧中心O点的转矩，此转矩等于铸坯的矫直力矩，即 则 （3-4）由炼钢设备中表7-4可查取材料45钢在1000情况下铸机外弧半径m ，铸坯边长mm所以代入数据计算得 N3.1.4拉矫机各运动部件的摩擦阻力计算拉矫机各运动部件的摩擦阻力 。如图3-1所示的五辊拉矫机，假定拉坯力由 两辊承担，矫直力由 及三辊承担，且 两辊承担的拉坯力为： （3-5） 由上面求得的 =4802 N , N ，N 代入公式计算得N每个拉辊应有的压力为: （3-6） 式中： -拉辊与铸坯间的摩擦系数，取所以 N由 三辊矫直铸坯时， 及辊的压力为： （3-7）已知铸坯边长mm ，45钢在1000情况下，mm,所以代入数据计算得：N辊的压力为： （3-8）代入数据计算得 N辊在理论上不承受压力。由上列各种压力产生的总摩擦力为： （3-9）式中：-辊子直径； -轴颈直径； -铸坯与辊子间滚动摩擦系数，取mm; -辊子轴承的摩擦系数，滚动轴承，则 。上面求得 N ，N ，N 又已知辊子直径mm, 轴颈直径mm所以代入数据计算得 N连铸机拉热坯时的拉坯总阻力为上述各个阻力之和，即 （3-10）上面求得=4802N ，N ，N ，N 所以代入数据得 N拉热坯时计算的驱动电机功率为： (kW) （3-11）式中： -拉坯速度（m/s） -拉矫机传动总效率。已上求得N ，又已知拉矫机拉坯速度，=0.7所以代入数据得 3.2 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率小方坯连铸机一般都是从下往上装引锭杆，此时引锭杆在二冷区的阻力和引锭杆的下滑力都是向下的。可用上述的计算方法来计算装引锭杆的阻力及功率，其计算方法是：3.2.1引锭杆进入结晶器时的阻力 因为引锭头与结晶器之间有较大的间隙，所以引锭杆进入结晶器时的阻力可忽略。3.2.2 引锭杆在二冷区内的阻力 引锭杆在二冷区内的阻力为： （3-12）式中 ： -引锭杆的断面积（）； -引锭杆的比重，取（） -引锭杆在二冷区的摩擦系数，取已知，铸机外弧半径m 所以代入数据得 N3.2.3 拉矫机各个运动部件摩擦阻力拉矫机各个运动部件摩擦阻力的计算方法和前面的一样。所以 N装引锭杆时的总阻力为： （3-13）代入数据计算可得 N装引锭杆所需驱动功率为:
