连铸机扇形段存放台架的改进方案

吴 虹 刘海清

(马钢集团设计研究院有限责任公司，安徽243000)

1 概述

连铸机系统包括钢包车、结晶器、振动机构和用于铸坯弯曲的扇形段等，工作过程就是将从冶炼出来的高温、液态金属钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格的铸坯。在炼钢连铸领域，一个厂房内也可能有两条或者以上连铸机生产线，并且一条连铸机可以生产多种尺寸规格的铸坯，扇形段是连铸机的重要组成部分，每一种规格铸坯对应一种扇形段，一条连铸机上的扇形段外形可以相同，但是每一种规格的铸坯对应的扇形段内部截面形状和尺寸不同，所以如果要满足生产需求，生产不同断面形状和不同尺寸规格的铸坯，就需要多种规格扇形段，因此存在的问题就是不用的扇形段在厂房内存放。现在已有的各种扇形段存放台架一般都是固定在厂房内，一方面，存放台架是安装扇形段的基准，加工精度要求很高；另一方面，每一种规格的扇形段都需要一种存放台架，因此，在通常情况下，存放台架需要几十件，占地面积比较大，并且活动不够灵活，制造成本相对较高。

2 改造方案

2.1 需解决的问题

针对现有单层连铸机扇形段存放台架占地面积比较大，制造成本较高的问题，对传统的连铸机扇形段的存放台架进行改进，由原来的单层变为上下层可以同时放置两个连铸机扇形段的双层存放台架，既减少了存放台架的占地面积，又提高了存放台架的利用率。

另外，改进后的存放台架上层通过调节位置，可以放置不同规格的扇形段，不需要拆卸重新安装，适用性高，节约了制造成本。

对改进后的新型双层存放台架进行有限元受力分析，对应力集中和变形严重的地方采取加固措施。

2.2 技术方案

改进后的连铸机扇形段的双层存放台架，包括底座、平行设置的立柱、悬挂耳座和缓冲承重机构，立柱竖直固定在底座上；悬挂耳座固定连接在立柱上；缓冲承重机构位于悬挂耳座的下方，并活动连接在立柱上；底座上设置有凸台，凸台的形状与扇形段底部的凹槽相匹配。该双层台架可以同时存放两个扇形段，底座的凸台与扇形段底部的凹槽相匹配，可以放置一个扇形段，同时还可以保证扇形段在底座上稳定不窜动；另一个扇形段在缓冲承重机构上，并且，其上方的轮挂在悬挂耳座上。有效地解决了厂房内场地空间有限，单层架占地面积大的问题，节约了生产成本。悬挂耳座的形状与扇形段上方的行走轮的外形相匹配，根据扇形段的不同规格制作不同的悬挂耳座，可以使扇形段稳定地挂在悬挂耳座上。悬挂耳座上设置有倒角，扇形段的轮沿着倾斜的倒角滑下，进行自行对中，不需要操作人员在放置扇形段时进行精确定位。立柱上还固定连接有防摆机构，防摆机构位于缓冲承重机构与悬挂耳座之间，防摆机构能够防止扇形段坐在缓冲承重机构上时发生左右摆动，减少了安全隐患。立柱上设置有滑轨，扇形段的两行走轮可在立柱上沿着滑轨移动，使下方的扇形段能够沿着滑轨直接坐在底座的凸台上，直接进行定位。

缓冲承重机构含有弹簧，在一定程度上可以对落在缓冲承重机构上的扇形段起到缓冲作用，并且缓冲承重机构还能够有效地承担扇形段的部分重量，减小悬挂耳座的受力，提高存放台架的整体稳定性。需要特别说明的是：缓冲承重机构与立柱通过螺栓可拆卸连接，且立柱上设置有多个螺栓孔，因此可以根据扇形段的结构尺寸合理地调整缓冲承重机构与悬挂耳座之间的相对位置，可以适用于不同结构尺寸的扇形段，没有局限性，使用范围比较广泛，从而实现一架多用，提高了存放台架的利用率。而且可以根据厂房的现有空间范围，调整该双层存放台架的整体结构并按照扇形段的外形设计，可以节省空间，提高空间的利用率。若是新厂区，存放台架的整体结构还可以进行适量增大。

该改进方案中的双层存放台架设置有两对斜撑，共4个斜撑，斜撑的一端固定在底座上，另一端与立柱固定连接。利用三角形的稳定性，通过多个三角形的连接结构，增强存放台架的整体结构强度，保证存放台架的稳定性，提高了安全性。

具体改进方案结构图如图1所示。

图1 改进方案结构图Figure 1 Improved project configuration

2.3 结构的有限元分析

对改进之后的双层存放台架采用有限元法，对整体结构进行分析，立柱、底座、斜撑为焊接结构，内部筋板纵横交错，对筋板系精确建模，手动划分网格，以保证计算的可靠性。设计三维模型及网格划分如图2。

(a)三维模型图(b)网格划分

存放两件扇形段，总重340 kN工况下，对台架进行有限元分析，如图3所示。

(a)(b)

3 结论

鉴于上述改进设计方案和有限元分析，结构安全，该扇形段双层存放台架结构基本满足正常使用要求。该改进方案有效地解决了厂房内场地空间有限，单层架占地面积大的问题，节约了生产成本。

(1)该改进方案的承重机构与立柱是活动连接的，位置可调，从而可以调节缓冲承重机构与悬挂耳座之间的相对位置，可以存放多种型号的连铸机扇形段，实现一架多用的功能，提高台架的利用率，降低制造成本，节约空间、经济成本和维修成本。

(2)该改进方案中立柱上设置有防摆机构，并且防摆机构设置在缓冲承重机构的可活动范围内，针对不同型号的扇形段，都可以有效地预防扇形段在悬挂时的左右摆动问题，极大地降低了安全隐患；并且立柱和底座之间设置的倾斜斜撑可以增强存放台架的整体结构强度，增强台架的稳定性能，在放置扇形段时，能够保证台架稳定不晃动，避免危险情况发生。

(3)该改进方案中的双层存放台架，可用于各种连铸机系统，可以根据每条连铸机扇形段的不同规格设计制造，适用性强。

(4)根据受力分析，该改进方案中的双层存放台架应力集中在上方吊耳处，实施时可以适当改进焊接工艺，增大板厚，提高结构的刚性和强度。由于立柱的高度较大，上层存放扇形段时，有一定的位移变形量，设计时根据现场安装空间优化设计结构，加大立柱型钢规格或者焊接板厚。