H型感应加热中间包车的设计

李积文，何 博，何保卫，蒋 军，章裕琳

(中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710032)

0 前言

近年来，连铸生产实际经验表明，采用比较低的过热度的恒温浇铸对改善铸坯质量有非常重要的作用。所以，控制中间包的钢水温度和过热度从而提高生产率，改进凝固组织，是改善铸坯质量最有效的途径之一。

但是在实际生产浇铸过程中，中间包存在着不同程度的热损失，为了补偿中间包流失的热量，目前一般采用中间包等离子加热技术或者中间包电磁感应加热技术。

对于中间包电磁感应加热而言，目前大致分为T型包八字形感应加热和H型中间包感应加热。

由于H型感应加热方式钢水加热更加均匀，国内新建的钢厂一般均采用此种方式。

1 H型感应加热中间包车设计难点

以某钢厂H型感应加热中间包为例，其结构如图1所示。

图1 H型感应加热中间包

如表1所示为H型感应加热中间包与常规中间包参数对比，通过表1对比H型感应加热中间包和常规中间包的参数，可以发现：

(1)H型感应加热中间包重量大。中间包的重量一般由中间包本体、耐材、塞棒机构、中间包盖等构成。对于H型感应加热中间包，由于长水口距离浸入式水口的距离增大，中间包上面还要布置感应加热装置，所以中间包装配重量比较大。为普通中间包的3倍多。对于中包车设计而言就要求对应的升降缸、对中缸、车架等关键部件都需要重新设计计算。

表1 H型感应加热中间包与常规中间包参数对比

(2)H型感应加热中间包长水口距离浸入式水口的距离增大。这个尺寸的增加，对于连铸机设计而言意味着回转台中心线距离外弧基准线的距离增大，对于中间包车设计而言，中间包车的轨距会增大很多，同时考虑升降油缸能力要求增大，升降油缸外形也会增大，中间包车主车架的强度刚度需要重新校核计算。

(3)H型感应加热中间包支撑耳轴直径增大、中包最低点距中包壳底距离增大。中间包耳轴支撑在称重装置上方，称重装置由升降装置支撑，升降装置布置在主车架上方。由于中间包耳轴直径增大、升降框架高度增加、主车架高度增加、中包最低点距中包壳底距离增大、中包车负载增加考虑车轮许用轮压车轮直径增大，这一系列尺寸的增大导致中间包底距离结晶器铜管顶的距离增大，直接造成的后果就是浸入式水口长度增大，一般侵入式水口的长度大概在900 mm以内，但是对于H型感应加热中间包而言，由于上述原因，浸入式水口的长度一般都比较长。

如果采用整体式水口，水口的长度会达到1 500 mm，水口的寿命会大大降低，如果采用上下分体式水口，上水口可以做到600 mm以内，下水口做到900 mm左右。

为了适应H型感应加热中间包的需求，必须重新设计作为支撑中间包的中间包车，在能够满足使用的前提下，尽量降低中间包车架的高度、升降框架的高度，从而减小浸入式水口的长度。

控制中包车的轨距和轮距，结构设计合理，否则中间包车的重量增加过多，驱动中包车的电机减速机规格又会增大。

中包车重量增大，支撑中间包车的钢包操作平台设计的时候也要适当加强。

2 H型感应加热中间包车设计

对于方坯连铸机，为了便于控制液面、添加保护渣等工艺操作，一般中间包车都采用高低轨式，这样中包车靠近内弧侧，操作空间比较充裕。

H型感应加热中间包车也采用高低轨式，主要由车架、传动装置、升降装置、对中装置、防溅板等构成。图2为H型感应加热中间包车平面图。

图2 H型感应加热中间包车平面图

由于H型中间包的重量比常规中间包大很多、长水口到浸入式水口的距离增大很多、中间包支撑耳轴直径增大等原因，中间包车设计的时候就要综合考虑这些因素。

H型感应加热中间包车设计关键点：

(1)拖链。中间包感应加热的冷却水、电源等介质也是通过中间包车的拖链上到中包车上。因此，中间包车拖链支架设计也要加强。

由于中间包车的介质、感应加热的介质都要经过拖链，一般采用两种方法处理。

一种是中包车的介质用一个拖链，感应加热装置的介质用一个拖链，两个拖链并排布置在钢包操作平台上，这样安装、检修维护比较方便，但是由于两个拖链是并排布置，这就要求钢包操作平台放置拖链的那层设计的比较宽，如果平台太小的话可能布置就会存在问题。

另一种方式就是中包车介质和感应加热的介质共用一个上下两层的拖链。这种设计时，要求拖链链节的厚度、刚度都要增大，而且拖链的支撑装置间距要设计合理，防止中间包走行的时候拖链由于负载过大而导致的塌腰折断。

(2)升降装置。H型包重量增大，升降油缸的型号也要增大，如果中包车不考虑调渣线，可以采用两端铰接式联接。如果要考虑调渣线，升降缸要考虑采用内置位移传感器，升降油缸采用法兰式联接，液压系统配置比例阀，实现四个升降油缸同步、调渣线。

升降油缸能力校核的时候要考虑极限状况下即只有三个缸工作、或者是由于中间包变形导致的只有三个缸起到作用时，满包情况下依旧能够升起，且留有1.1～1.5倍的安全系数。

(3)对中装置。对中装置设计的时候考虑空包、单缸对中，即在空包的时候一个缸能够推动中间包。

中间包重量增加，对中装置下方的支撑轮、内部的轴承需要根据新的载荷重新设计。因为对中装置的高度影响到中包车的高度，因此，这块设计的时候也要仔细考虑。对中油缸增大以后，对中缸头也要加强。

如图3所示，为了改善对中装置横梁的受力情况，对中装置设计的时候，让中间包支撑耳轴、称重传感器、位于升降装置上支撑对中装置的支撑轮在一条线上。

图3 升降对中装置局部示意

(4)主车架设计。中间包车局部视图如图4所示，中间包耳轴支撑在对中装置上，对中装置由升降装置的支撑轮支撑，升降装置通过升降缸和主车架联接。

中间包车的负载主要由主车间来承受，升降装置的液压缸也安装在主车架内部，升降油缸增大，主车架相应的也得加宽，由于负载增大，主车架的高度需要增加。

但是车架如果增高太多的话，浸入式水口的长度会增加很多，水口长度设计寿命都会受到影响。

图4 H型感应加热中间包车局部示意

设计车架时要考虑升降油缸内置位移传感器的更换维护，即升降缸底部距离浇钢平台有一个可以操作的距离一般留900 mm左右。

车架设计要有足够的强度和刚度，由于中间包车工作在热区，设备要有足够的安全系数。

因此设计车架时要综合考虑，必要的时候可以通过不增加设备的高度、钢板的厚度，而是选用更好性能的材料来满足大载荷的需求。

另外由于中间包的超大超宽，因此设计的中间包车肯定比常规中包车外形大很多，以主车架为例，主车架比常规车架长2 m多，高度也会增加不少，因此在设计的时候考虑到设备的加工制造、运输等问题，可以将主车架从横梁和竖梁连接处由常规的焊接式改为法兰联接式。

中间包感应加热装置还需要冷却空气，在中间包车设计的时候，中包车一侧布置液压阀台，另外一侧预留感应加热装置固定在车上的风管的安装位置。

中包车缓冲器设计的时候要注意其长度应该比此区域的车体更凸出，防止出现未碰上缓冲器而损坏设备的情况。尤其是安装感应加热风管侧。

(5)传动系统设计。传动系统的设计主要涉及行走电机减速机的设计选型、驱动轴设计、轴承的选型计算、缓冲器的选型计算、驱动车轮直径的选取、轮压计算。

中间包车驱动系统设计的流程图如图5所示，常见的关于连铸机的资料里面都有介绍，需要特别注意的是，由于车轮直径的大小和驱动电机减速器的速比成反比，而车轮大小又与许用轮压成正比，为了满足中间包车传动能力的要求，就要选择合理的车轮直径和合理的电机功率。

图5 H型感应加热中间包车计算流程图

车轮的大小，一定程度上也决定了车架的离地间隙，为了满足增大以后的减速电机的安装空间需求，这两者要合理匹配设计，同时要考虑为降低浸入式水口长度创造条件。

3 结束语

中包车设计的时候既要考虑到H型感应加热中间包的大负载，提高中间包车的刚度、强度、中间包车的行走、升降、对中能力。

同时还要综合考虑由于中间包车增大以后导致的浸入式水口长度增长，导致水口寿命降低的问题。优化中间包车设计，尽量控制水口长度在一个合理的范围之内。

中间包车设计的时候，要考虑感应加热装置的安装、介质的接通等问题。