板坯连铸机扇形段强度和刚度分析

2021-11-24

商品与质量 2021年11期

邯钢设备制造安装有限公司河北邯郸 056000

该部门是板坯连铸机的重要设备。液态钢水在模具中形成厚度恒定的初级生坯壳，通过弯曲弯曲部分进入弧形扇形，然后在矫直扇形中矫直，最后在水平扇形中完全凝固的坯料。在此过程中，铸坯在扇形区域内冷却，并且铸坯壳不断变厚，直到完全凝固。在制造过程中，扇形辊缝的精度对铸坯的质量有重要影响。在现代板坯连铸机中，调光技术广泛用于板坯连铸机中以提高板坯质量。由于调光控制是实现调光技术的重要工具，因此对扇形强度和刚度有很高的要求，同时确定扇形变形会控制调光辊隙的精度[1]。

1 扇形段的载荷情况以及特点

在制造过程中，铸坯由扇形区中的七对辊支撑，其中之一是驱动铸坯的驱动辊。辊缝夹钳液压缸通过扇形的上下框架夹住铸坯。进行调光时，液压缸将被夹紧，铸坯会动态地轻微变暗。施加到扇形上的力包括铸造坯料的鼓力，辊子的旋转阻力，拉出力（即驱动辊子的驱动力），铸造坯料在变暗期间的反作用力以及辊缝夹紧液压缸的夹紧力。包括在内。为了使扇形的力与实际情况更好地匹配，并使扇形的强度和刚度分析更加准确，扇形的整体建模考虑了整个毛坯的夹紧力和夹紧液压缸的夹紧力与每个相关。在辊上自动产生的反作用力是一对平衡力。同时，根据额定压力考虑夹紧液压缸，并根据电动机的额定输出转矩考虑拔出力，从而可以计算出最大负载时扇形的强度和刚度[2]。

部门的最佳方面该部门的设计特点是由意大利DDD 公司开发的用于建造板坯连铸机的最新一代部门技术。从图中可以看到，每个扇区包含6 对驱动辊和1 对驱动辊，分别由液压缸驱动，驱动辊安装在扇区的中心。该驱动装置可确保始终在驱动辊和铸坯之间保持最大牵引力，从而使驱动辊穿过感应棒时可以分别提起。段的上下框架通过四个连杆连接，并具有两个平板进口端。连杆旋转并可以承受铸造方向上的所有剪切力。平板出口处的两个连杆通过一对销连接，延伸并旋转扇形并由四个液压缸驱动。上下框架之间的相对运动以执行扇形夹紧和松动[3]。

2 扇形段有限元模型的建立

由于整个部门结构的复杂性，考虑到模型的计算规模和准确性，对模型的处理如下：①省略了对扇形强度和刚度影响不大的扇形水管和其他二级结构。②考虑整个滚动轴承和轴承座，以及滚动轴承座和扇形框架的整个支撑座。③扇形驱动辊提升梁和扇形上框架之间的滑动是通过联轴器完成的。模拟处理。为了使扇形的有限元分析与实际情况相匹配，采用了整个扇形模型，并将网格划分为30mm 的六面体单元。整个扇形模型包括一个上框架，一个下框架，一个上驱动辊提升装置，一对驱动辊，6 对自由辊和4 套辊间隙夹持装置。

3 扇形段的强度分析

使用全局有限元分析方法来分析整个部门的压力。在最大载荷下扇形的最大应力分布如下：①在扇形部分下方，在框架驱动辊两端支撑垂直板的轴承板的应力达到360MPa。扇形部分的框架材料为Q345，屈服极限为345MPa。在使用过程中可能会损坏，需要加强。②扇形辊缝调节连杆的螺纹连接处的应力达到738MPa。该材料为34CrNi3Mo，屈服强度为735MPa，需要加强[4]。

4 扇形段的刚度分析

在两个约束条件下计算顶部框架的变形：法线铸造和重绘。根据计算结果，在普通铸造中，通过液压缸将上部框架的驱动辊所在的垂直板向下推，将铸件夹紧，将钢坯拉入。由于液压缸的按压力抵消了坯料的膨胀力，因此，放置有驱动辊的垂直板在UZ 方向上较薄。非驱动辊所在的垂直板厚度的最大UZ 形变是进口1＃辊和出口7＃辊所在的垂直板的中心，最大形变为0.238mm（常规铸造）。2＃，6＃，3＃和5＃的垂直板厚度在UZ 方向上的变形逐渐减小。上框架的UY 方向变形图显示，在正常铸造过程中，驱动辊所在的垂直板中心的最大变形为0.543 毫米。这主要是由于驱动辊的压力缸产生的吸力较大。正常浇铸和重铸过程中顶部框架变形的比较。总之，驱动辊所位于的竖直板显着变形，这主要是由拉力引起的。在正常铸造和拉拔过程中，框架厚度方向上的变形很小，并且没有突然变化，因此不会影响扇形零件开度的差异，因此框架设计满足计算结果的刚度设计要求。

5 生产过程中温度对扇形段变形的影响

在制造过程中，高温铸坯在扇形区中连续运行，但是钢板的弹性随着温度的升高而降低，因此温度对扇形区的变形有一定的影响。扇形框架和辊缝调节器的温升在100℃以内，钢板的弹性系数变化不大，变形不易受温度影响。由于辊子直接与热轧板坯接触，因此热轧板坯对辊子变形的影响更大。辊芯轴用水冷却，使芯轴不易受温度影响。辊套筒的温度趋于从表面到内部降低，其中外表面温度为400℃，内表面温度为100℃。通过有限元分析，由于制造过程中温度的影响，辊的变形增加了0.12mm。

6 改进措施

根据以上整个行业的有限元分析，该行业的整体实力和刚性可以满足其使用要求，但局部地区存在一些弱点。提出了以下补救措施。①扇形框架的滚动轴承基座的加固板。滚子两侧的肋条连接到扇形框架的垂直板上。②调节扇形辊缝隙连杆的螺纹接头加宽了螺纹的底切槽并增加了过渡角。上述补救措施将增加弱点的强度，并重新运行有限元分析以满足强度要求。