新型方坯连铸机振动装置的优化设计及有限元分析

文献综述

1 引言

连铸即为连续铸钢（英文，Continuous Steel Casting）的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。传统的模铸法分为脱模、整模、钢锭、均热与开坯等工序，其基建投资大，占地面积大，能耗大，生产成本高，而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比，连铸法的出现，从根本上改变了一个世纪以来占传统地位的钢锭初轧工艺，节省了工序，缩短了流程，大幅提高金属收得率和铸坯质量，降低了能耗。从二十世纪五十年代开始，连铸这一项生产工艺开始在欧美国家的钢铁厂中，这种把液态钢水经连铸机直接铸造成成型钢铁制品的工艺相比于传统的先铸造再轧制的工艺大大缩短了生产时间，提高了工作效率。到了八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90％以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30％^[1]。

弧形连铸机的生产流程：钢液由盛钢桶经中间罐车连续不断的注入一个或一组冷铜制结晶器，结晶器底部由引锭头承拖，引锭头与结晶器内壁严格密封，注入结晶器的钢液受到强烈冷却后，迅速形成一定形状和坯壳厚度的铸坯。当结晶器内钢水浇铸到规定高度时，启动拉矫机，结晶器同时振动，拉辊夹住引锭杆以一定速度将带液芯成型的铸坯拉出结晶器进入二次冷却区。继续喷水冷却，直至完全凝固，铸坯经矫直后，脱去引锭装置，再切割成定尺长度，由输送辊道运走，这一生产过程是连续进行的。中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去^[2]。方坯连铸机振动装置可用来支撑结晶器，其主要功能是使结晶器上下往复振动，确切地说，是使结晶器按给定的振幅、频率和波形偏斜特性沿连铸机半径作仿弧运动，使脱模更为容易。振动装置关键技术主要包括以下方面：(1)液压伺服振动机构(能在浇铸过程中改变振幅、频率和波形偏斜率)；(2)缓冲力的优化；(3)高频率小振幅工艺的优化；(4)振动体质量的最小化及板簧导向系统；(5)外装式结晶器电磁钢流控制装置的支撑与运转机构；(6)内装式结晶器电磁钢流控制装置的支撑机构；(7)结晶器运动状况动态监视系统(主要监视摩擦力的变化)；(8)结晶器振动反向控制模型(拉速提高频率降低，振幅提高)^[3]。

目前方坯连铸机振动装置还不完善。为了适应高效、高质、低成本的发展趋势和适应市场的要求，本设计将结合ANSYS有限元分析软件，对装置的关键零件进行有限元分析，设计出一种新型方坯连铸机结晶器，主要由振动台、机架、固定板、减速机构等组成。这种结晶器的设计成功将为方坯连铸机的高质、高效、低成本生产提供有力支持。

2 方坯连铸机振动装置的结构及特点

某方坯连铸机结晶器振动装置的设计结构如图 1 所示。该振动装置的结构及特点如下：

图1 结晶器振动装置图