D0I:10.13374/j.issn1001053x.1984.04.012 北京钢铁学院学报 1984年第4期 邯郸钢铁总厂小方坯连铸机力能 参数研究综述 北京钢铁学院（雷知行执笔） 邯郸钢铁总厂 2 北京钢铁设计研究总院 邯钢小方坯连俦机力能参数研究的目的是： 一、为了消化移植从西德Demag公司引进的小方坯连俦机、掌握这套设备的设计思 想、设计参数和设备特点，为国内设计同类型，不同圆弧半径的连铸机提供设计参数和设 计计算方法， 二、邯郸钢铁总厂R5.25米小方坯连铸机是我国在消化国外引进技术后，自己翻版设 计和制造的第一台同类型连铸机，这台连铸机设计的技术性能如何，设备制造和安装的质 量如何，也有必要通过测试来加以验证。 试验的规模比较大，测试的内容也比较多，试验中，对邯钢小方坯连铸机的钢包回转 台、结晶器振动机构、二次冷却区、拉辊矫直机和300吨摆式飞剪机等五台主要设备的主要 技术性能进行了全面测试，按试验的内容和规模，象这样对整台连铸机组进行全面测试， 在国内还是第一次。 现场试验是在实验室做了充分准备之后进行的，准备工作主要包括： 1.对上述设备的测试方案进行了反复比较，要求在不改变设备性能的前提下，找出可 靠的，切实可行的方案， 2。进行传感器的设计和加工， 3。进行高温应变片的试制，以满足高温试验条件的要求， 4。进行试验仪器的调试， 5。进行传感性的性能测试和标定。 试验中，对五台主要设备共测定了34个项目，98个测点参数，其中钢包回转台13项， 66个测点，拉辊矫直机14项，18个测点，飞剪机5项，3个测点，结晶器振动机构和二次冷 却区各一项，共11个测点。 应力、应变的测量采用电测法，使用二台y6D-3A型六线动态电阻应变仪，一台yJD-1 型20点静态电阻应变仪，在接平衡箱后，可同时测40个测点，用二台SC16A型光线示波 器同时记录测点信息。位移的测量用千分表直接读数。温度的测量视温度值的不同，分别 采用接触式，红外或光电测温仪。电参数的测量经电阻箱和变送器变换后，用示波器记录。 127
北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 邯郸钢铁总厂小方坯连铸机 力能 参数研究综述 言 湘 京钢铁 学院 雷知 行 执 笔 邓 郸钢 铁 总 厂 和 京钢铁设 计研 究 总 院 邯钢小方坯连铸机力能参数研究 的 目的是 一 、 为 了消化移植从西德 公司引进的小方坯 连铸机 、 掌握这套设备的 设 计 思 想 、 设计参数和 设备特点 ， 为 国内设计 同类 型 ， 不 同 圆弧半径的连铸机提供设 计参数和设 计计算方法， 二 、 邯郸钢铁 总厂 米小方坯 连铸机是我 国在 消化 国外引进技 术后 ， 自己翻 版设 计和制造 的第一 台 同类型 连铸机 ， 这 台连铸机设计的技术 性能如何 ， 设备制造和安装的质 量如何 ， 也有必要通过 测试 来加以验证 。 试验的规模比较大 ， 测试 的 内容也 比较 多 ， 试验 中 ， 对邯钢小方坯连铸机的钢包 回转 台 、 结晶器振动机构 、 二 次冷却区 、 拉辊矫直机和 吨 摆式 飞剪机 等五 台主 要设备的主 要 技术性能进行了 全面 测试 ， 按试验的 内容和规模 ， 象这样对整台连铸机组进行全面 测试 ， 在国内还是第一 次 。 现场试验是在 实验室做了充分准备之 后 进行 的 ， 准备工 作主要包括 对上述 设备的测试方案进行 了反复 比较 ， 要求在不 改变设备性能的前提 下 ，找 出可 敬的 ， 切实可行的方案， 。 进行传感 器的设计和加工 进行高温应变片的试 制 ， 以 满足 高温试验条件 的要 求， 。 进行试验仪器 的调试 ， 。 进行传感性的性能测试和标定 。 试验 中 ， 对五 台主 要设备共测定 了 个项 目 ， 个测 点参 数 ， 其中钢包 回转 台 项 ， 个测点 ， 拉辊矫直 机 项 ， 个测 点 ， 飞剪机 项 ， 个测点 ， 结 晶器振动机构和二 次冷 却 区各一项 ， 共 个 测 点 。 应 力 、 应 变的测量采用 电测 法 ， 使用二 台 一 型 六线动态 电阻应 变仪 ， 一台 一 型 点静态 电阻应变仪 ， 在接平衡箱后 ， 可 同时测 个测 点 ， 用二 台 型 光 线示 波 器 同时记录测 点信 息 。 位移的测 量用千分表 直接读数 。 温度 的测量视温度值的不 同 ， 分别 采用接触式 ，红 外或光 电测温仪 。 电参数的测量 经 电阻箱和变送器变换后 ，用示波器记录 。 、产 ·奋户 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．04．012
试验时，连续记录了浇注过程中参数变化的全过程（照像速度为5一10mm/sec), 用较高速度(20一50mm/sec)记录在特定条件下，参数的瞬间变化过程。 对120mm方坯记录了浇注25炉钢水的数据，对150mm方坯记录了浇注30炉钢水的数 据，试验共记录了浇注55炉钢水，总计1200吨钢坯的数据，试验时的浇钢量占该连俦机 组在热试和试生产阶段总产量的12%。试验共记录照像纸500米，取得了大量数据。试验 数据的处理是在电子计算机上进行的，数据的分析和采集采用了概率统计方法。现综合 概述如下： 一、25吨钢包回转台的研究 钢包回转台是连铸机组的关键设备。为了搞清Demag公司在设计回转台时的设计参 数，检测国内设计、制造和安装的该回转台的技术性能，对钢包回转台的试验内容有五类 13项： 1。钢包回转台在满包钢水、空包、满包加空包作用下，其转臂各测点的变形量、静应 力及其分布， 2。钢包回转台自接包位置转到浇注位置，在回转180°时，座架各测点的静应力，地 脚螺栓的静应力及变化规律： 3。钢包回转台的关键部位，即止推轴承在满包作用下的变形量、应力值和回转180° 时，其制造、安装间隙影 4。钢包回转台在冲击力作用下的动应力。冲击力包括落包时的垂直冲击力，在钢包对 中时的水平冲击力和起动、梨动时的惯性力， 5,钢包回转台的转臂在浇注一炉、二炉、三炉、四炉和五炉的情况下的温度场和热应 力。温度场的实际测点为100多点，它分布在各特征位置。 钢包回转台的试验钢包有二个：一个是在钢包中装满钢球来模拟实际生产情况，该钢包 总重38吨，其中钢球重25吨，自重13吨，钢球重量即相当于出钢。另一个钢包重16吨， 其中剩余钢水、钢渣重3吨，自重13吨。加载方式是：第一种，单臂加载38吨，即相当于钢包 开始浇注状态，第二种，一臂加载38吨，另一臂加载16吨，即相当于连浇换包前状态，第三种， 单臂加载16吨，即相当于浇注终了状态。因此，试验方式充分考虑了实际生产的各种状态。 对钢包回转台的实际测试，可得出以下结论： (1)钢包回转台在工作载荷38吨作用下，加载部位（支承钢包位置）的变形量为 5.31mm变形是在弹性范围内，卸载后，变形可恢复，在设计载荷46.5吨作用下，变形量 为6,50mm,偏载位移差为0.763mm,如果把转臂简化成悬臂梁，工作载荷和设计载荷所 产生的变形值是符合线性变化规律的，说明实测的数据是正确的。为了比较实测结果，按 转臂承受的实际工作载荷，考虑了钢包回转台三种受载工况，对其变形量和应力值进行了 空间有限元计算，计算是在大型电子计算机M-150上进行的，采用线性静动力结构分析程 序SAP-5,用板单元，把转臂划分为333个单元，285个节点进行了计算，计算结果与实测 值是一致的。 Demag公司在设计钢包回转台时是根据钢包承受静、动载荷这一设计思想来设计 的。按照这一设计思想，转臂的变形值符合设计要求，但是，根据目前国内的实践，有的 钢包回转台的转臂发生了残余变形（垂头），说明转臂在设计时仅考虑静、动载荷的作用是 128
试验时 ， 连续记 录 了 浇注过 程 中参数变化 的全过程 照像速 度 为 一 ， 用较高速度 一 。 记 录在特定条件下 ， 参数的瞬间变化过程 。 对 方坯记录 了浇注 炉钢水的数据 ， 对 方坯记 录了浇注 炉钢水 的数 据 ， 试验共记 录 了浇注 炉钢水 ， 总计 吨钢坯 的数据 ， 试 验时的浇钢量 占 该 连 铸机 组在热试和试生 产 阶段总产员 的 。 试验共记 录 照像纸 米 ， 取 得了大量 数 据 。 试验 数据的处理 是在 电子计算机 进行 的 ， 数据的分析和 采集采 用 了概率统计 方 法 。 现 综合 概述 如 下 一 、 吨铜 包回转台的研究 钢包 回转台是连 铸机组 的关键设 备 。 为 了搞清 公司在设计 回转台时 的 设 计 参 数 ， 检测 国内设计 、 制造和安装的该 回转台的技术性能 ， 对钢包 回转台的试验内容有五类 项 钢包 回转台在满包钢水 、 空包 、 满包 加空包 作用下 ， 其转臂 各测 点的变形量 、 静应 力及其分布， 。 钢包 回转台 自接包位置转到浇注 位置 ， 在 回转 。 时 ， 座架各测 点的 静 应 力 ， 地 脚螺栓的静应 力及 变化规律， 钢包 回转台的关键部位 ， 即止推轴承在满包作用 下的变形量 、 应 力值和 回转 。 时 ， 其制造 、 安装间隙， 钢包 回转台在冲击力作用 下的动应 力 。 冲击力包括 落包时的垂直 冲击力 ，在 钢包对 中时 的水平 冲击力和起动 、 掣动时 的惯性力， 。 钢包 回转台的转臂在浇 注 一炉 、 二 炉 、 三 炉 、 四 炉和 五炉 的情况 下的温度场和 热应 力 。 温度场的实际测 点为 多点 ， 它分布在各特征位置 。 钢包 回转台的试验钢包 有二个 一个是 在钢包 中装满钢球来模拟实际生 产情况 ， 该钢包 总重 吨 ， 其中钢球重 吨 ， 自重 吨 ， 钢球重 量 即相当于 出钢量 。 另 一个钢包重 吨 ， 其中剩余钢水 、 钢渣重 吨 ， 自重 吨 。 加载方式是 第一种 ， 单臂加载 吨 ， 即相 当于钢包 开始浇注状态 ，第二 种 ， 一臂加载 吨 ， 另一臂加载 吨 ， 即相 当于连 浇换包前状态 ，第三 种 ， 单臂加载 吨 ， 即相 当于 浇注终 了状态 。 因此 ，试验方式充分考虑 了实际生产的各种状态 。 对钢 包 回转台的实际测试 ， 可得出以 下结论 钢包 回转台在工 作载荷 吨作用下 ， 加载部位 支承钢 包 位 置 的 变 形 量 为 变形是在弹性范围 内 ， 卸载后 ， 变形 可恢复 ， 在设计载荷 吨作用下 ， 变形 量 为 ， 偏 载位移差为 ， 如果把转臂简化成悬臂梁 ， 工作载荷和设计载荷所 产生 的变形值是符合线性变化规律的 ， 说 明实测 的数据是正 确的 。 为 了 比较 实测 结果 ， 按 转臂承受的实际工作载荷 ， 考 虑了钢包 回转台三 种受 载工况 ， 对其变 形量和 应 力值进行了 空 间有限元计算 ， 计算是在大 型 电子 计算机 一 上进行 的 ， 采 用线性静动力结构分析 程 序 一 ， 用板单元 ， 把转臂划分为 个单元 ， 个节 点进行 了计算 ， 计算结果 与实测 值是 一致 的 。 公 司在设计钢 包 回转台时是根据钢 包承受静 、 动 载荷这 一 设 计 思 想 来 设 计 的 。 按 照这 一设计思 想 ， 转臂 的变形值符合设计要求 ， 但是 ， 根据 目前 国 内 的实践 ， 有的 钢包 回转台的转臂发生 了残余变形 垂头 ， 说 明转臂在设计时仅考虑静 、 动载荷的作用是 飞 滚
不够的，还应该考虑转臂在热负荷作用下，不应产生过大的船变变形。 日本东京制铁公司在225吨钢包回转台上，测得在加载部位的变形t约为4mm1,说明邯 钢的回转台是比较软的，今后设计时应该注意提高这一部位的刚性。 (2)实测钢包阿转台转臀的最大静应力为872kg/cm2,最大动应力为1046kg/cm2,3号 钢的焊接钢板，对冶金起重设备，安全系数取为1.35一1.5时，其许用应力值为1400一1600 kg/cm2,日本的225吨钢包回转台，其许用应力值为1400kg/cm2,由此说明，转臂的实际应 力稍低于许用应力值。 实测转臂的最大动载系数为K=1.23,平均动载系数为K=1.160,与Demag公司给 出的设计动载系数K=1.2是一致的，与日本东京制铁公司所得的动载系数K=1.11也是一 致的。 钢包回转台的座架在转臂回转180°时的最大压应力为336kg/cm2,最大动应力为 2 403kg/cm2,与结构许用应力相比，其应力水平是低的， (3)钢包回转台有三组重要联接螺栓，即止推轴承的内圈和外圈螺栓螺栓，以及地脚 螺栓，三组联接螺栓中，在工作载荷38吨作用下，地脚螺栓的工作应力为24.9kg/mm2, 内圈螺栓为74.18kg/mm2,外圈螺栓为72.8kg/mm2,安全系数分别为2.207,1.281和 1.305,如果取地脚螺栓的应力值为1，则应力比值为1：2.98：2.92，其中以轴承内圈螺栓的 应力值最大，安全系数最低。 在设计载荷46.5吨作用下，地脚螺栓的工作应力为25.25kg/mm2,内圈螺栓应为 75.1kg/mm2,外圈螺栓为73.4kg/mm2,安全系数分别为2.18,1.27和1.295，应力比值 为1：2.976：2.906，上述实和分析结果说明：轴承内爵螟栓受力最大，应力比值最高， 安全系数最低，又处于回转台的重要部位，成为钢包回转台的薄弱环节。邯钢回转台的内 圈螺栓在安装、调试中发现螺帽变形，进一步说明实测结果是符合实际的。 由上述结果还可看出，邯钢回转台在翻版设计时，把西德原设计中的地脚螺检，由6 个增加到32个是合理的，把西德的原设计中所使用的高强度材料ST110/150,改为调质处 理后的40C是符合我国实际的，它降低了地脚螺栓的受力，提高了安全系数，材料的选择 也符合我国情况。 在三组联接螺栓中，地脚螺栓的预紧力实测值为15吨，按西德原技术要求，轴承的 内、外圈螺栓的预紧力大于30吨，国内取为30吨，预紧力提高一倍，使螺栓的工作应力提 高一倍，这是西德原设中所存在的问题，在今后我国设计同类连俦机时，应注意提高这~· 部位的安全系数，消除这-一隐总。止推轴承内、外联结螺栓的预紧力可以有所降低。 (4)实际测定的止推轴承的轴向间隙为0.32mm,设计的轴向间惊为0.25一0.35mm, 表明止推轴承的制造、安装是好的。 二、拉辊矫直机的研究 R5,25米小方坯连俦机的拉辊矫直机是建立在三辊矫直理论基础上的五辊钳式拉矫 机，根据它的结构特点，拉矫机的力能参数的测试包括： 1。俦坏在不同矫直温度下的矫直力，变形速度对矫直力的彩响： 2。拉辊矫直机在拉坯过程中的压紧力，以及拉矫机的压力对铸坯形成内裂的影响， 3,拉辊矫直机的拉坯力矩，以及送引锭时的力矩， 129
飞 不够的 ， 还 应 该考虑 转臂在热负荷作用 下 ， 不应 产生 过大 的蠕变 变形 。 本东 京 制铁 公 司在 吨钢包 回 转台上 ， 测 得在加 载部位 的变形量 约为 ， 说 明邯 钢 的 回 转台是 比 较 软 的 ， 今后 设 计时应 该 注 意 提 高这 一 部位 的刚性 。 实测钢 包 回转 台转臂的最 大静应 力为 ” ， 最大 动应 力为 ， 号 钢 的焊接钢 板 ， 对 冶金 起重设 备 ， 安 全系数取为 一 时 ， 其许用应 力值为 一 ， 日本 的 吨钢 包 回转台 ， 其 许用应力值为 ‘ 忍 ， 由此 说 明 ， 转臂的实际应 力 稍低于 许用 应 力值 。 实测转臂的最大动载系数为 二 ， 平均动载系 数为 ， 与 公 司 给 出的设计动载系数 是 一致 的 ， 与 日本东京制铁公司所得 的动载系数 也是 一 致 的 。 钢包 回 转台的座 架在 转臂回 转 。 时 的最大压应 力为 ，， 最 大 动 应 力 为 ， 与结构许用应 力 相 比 ， 其应 力水平是低的 钢 包 回转台有三 组 重要联 接螺栓 ， 即止推轴承 的 内圈和外圈螺栓螺栓 ， 以及 地脚 螺栓 ， 三 组联接螺 栓中 ， 在 工作载荷 吨作用下 ， 地脚 螺栓 的工 作应力 为 哪 ， 内 圈 螺 栓 为 ， 外圈螺栓为 ， 安全系 数分别为 ， 和 ， 如果取地脚螺栓的应 力值为 ， 则 应力比值为 ， 其 中以 轴承 内圈螺栓 的 应力值最 大 ， 安全系 数最低 。 在设计载荷 吨作用下 ， 地 脚 螺栓的工 作应 力 为 ， 内 圈 螺 栓 应 为 ， 外 圈螺栓为 ， 安全系数分 别为 ， 和 ， 应力 比值 为 ， ， ， 匕述 实测 和 分析结果 说 明 轴承 内圈螺栓受力最 大 ， 应力 比值 最 高 ， 安全系数最低 ， 又处于 回 转台的重 要部位 ， 成为 钢包 回转台的薄弱环节 。 邯钢 回转台的内 圈 螺栓在安装 、 调 试 中发 现 螺帽变形 ， 进 一步说 明实测 结果是符合实际 的 。 由上述 结果还 可 看 出 ， 邯钢 回转 台在 翻版设 计时 ， 把西德原设计 中的地 脚 螺栓 ， 由 个增加到 个是 合理 的 ， 把西德 的原 设计 中所使用 的 高强度材料 。 ， 改为调 质 处 理后的 是符 合我 国实际 的 ， 它 降低 了地脚 螺栓 的受力 ， 提高了安全系 数 ， 材料 的选 择 也符合我 国情 况 。 在三 组联 接 螺 桂 中 ， 地 脚 螺检 的预 紧力 实测 值 为 吨 ， 按西 德原技术 要 求 ， 轴 承 的 内 、 外 圈螺栓 的预 紧力 大 于 吨 ， 国内取为 吨 ， 预 紧力提高一倍 ， 使螺栓的工 作应 力提 高一倍 ， 这 是西德原设 中所存在 的 问题 ， 在今后 我 国设 计 同类 连铸机时 ， 应 注意提高这 一 部位 的安 全系数 ， 消除这 一 隐患 。 卜推轴承 内 、 外联 结螺栓的预紧力 可 以 有所降低 。 实 际测 定 的止 推轴 承 的轴 向 间 隙为 ， 设 计的轴 向间隙 为 一 ， 表 明」 推轴承 的制造 、 安 装 是 好的 。 二 、 拉辊矫 直机的研 究 米小方坯 连 铸机 的拉 辊矫直 机是建立 在三 辊矫直理论 基础 上的五 辊 钳 式 拉 矫 机 ， 根据它 的结构特 点 ， 拉矫机 的力能参数 的测 试包括 铸 坯 在不 同矫直 温 度 下 的矫直 力 ， 变形速 度对矫 直 力 的影 响， 拉辊矫直机在拉坯过 程 中的压紧力 ， 以及拉矫 机 的压 力 对铸坯形成 内裂 的影 响， ， 拉辊矫直机 的拉坯 力 矩 ， 以及送 引锭时的力矩， 滚
4。铸坯在矫直过程中的温度变化，以及拉坯速度的变化； 5。高温和常温下，拉辊摩擦系数的测定。 实测的结果说明： (1)对120mm或150mm的1.5米/分方坯，其统计的矫直温度为1100一1150°C,对 120mm方坯在正常矫直温度下，矫直力为1.86一1.62吨，对150mm方坯，矫直力为4.6一 3.63吨，在事故情况下，只要矫直温度高于800°C,其矫直力不大力12吨。 拉桥机在正常情况下的压紧力远大于铸坯的矫直力，即使是在事故时，俦坯温度降至 800°C,拉矫机所给定的压紧力也足以把俦坯矫直。 在实测的基础上，我们推导了矫直力的理论计算公式，Demag公司在设计说明书中也 给出了矫直力的计算公式，在反复分析、计算的基础上，比较了实测值与上述理论计算公 式和Demag公司的计算公式的计算结果，若以娇直150mm方坯为例，在1050°C时，实测 值为5.5吨，理论计算公式为5.1吨，Demagl的计算公式为0.208吨（这一计算结果为Demag 公司的设计说明书中所给出的，我们按它的公式计算结果为0.198吨)，这一结果说明，我 们所推导的公式与实测值比较，平均误差不比于9,5%，而西德所给出的公式的计算结果 与实测值相差太大，可以认为Dmag公司提供的关于矫直力的计算公式，不能用于今后设 计中。· (2)拉坯力矩是设计拉矫机的传动系统和电机容量的基本参数，通过实际测定，拉辊 矫直机在浇注120mm方坯时的最大拉坯力矩为117,48kg-m,最小拉坯力矩为19.53kg-m, 每台电机输出的最大功率为0.34KW,注150mm方坯时，最大拉坯力矩为173.98Kg~m, 最小拉坯力矩为7.39Kg-m,每台电机输出功率为0.34KW,送引锭时为156.3Kg-m,电 机输出率为0.965KW;拉辊矫直机的每台电机的额定功率为3KW,说明电机有较大的容 量储备。 按最大负荷计算拉矫机拉杆的实际应力为70Kg/cm2,安全系数为31.5，下横梁的实 际应力为144.43Kg/cm2,安全系数为15.23，说明拉矫机在强度方面有较大的安全储 备。 (3)浇注120mm方坯时，作用在拉坯机和矫直机上的最大拉坯力均为734.25Kg,对 150mm方坯，最大拉坯力均为1087.5Kg,为克服二冷区的阻力和铸坯下滑力以及水平段 ,坯的阻力，拉坯机和娇直机所需付出的拉坯力为489.38和456.3Kg,说明拉矫机电机始 终处于拉坯状态下工作。 (4)高温和常温下的摩擦系数是设计拉矫机的重要参数之一。常温下的各种材料的摩 擦系数已有大量资料，但在高温下物体之间的摩擦特性，目前还研究得不够，因此，对不 同情况下的摩擦系数只能通过实际测定来得到。 拉辊与红坯之间的摩擦系数的测定方法是：只用矫直机拉坯，保持其转速不变，然后 逐步减小矫直机的压力，当矫直机的上辊与红坯之间发生打滑时，记录此刻的气缸压力，电 机的电流、电压和转速，由此求得拉辊与红坯之间的摩擦系数，实测1000°C下，红坯与 拉辊之间的摩擦系数为0.312。用同样方法测得常温下拉辊与引锭杆之间的摩擦系数为 0.210。 (5)为了检测邯钢拉娇机的调速系统，实验中连续记录了拉坯速度的变化曲线，在浇 注150mm方坯时，设定的拉速为1.5m/min,而实际的统计拉速为1.3m/min,速度的波动 130
铸坯在矫直过程中的温度变化 ， 以 及拉坯速度的变化 高温和 常温下 ， 拉辊摩擦系数的测定 。 实测 的结果说 明 对 或 的 。 米 分方坯 ， 其统计 的矫直温度 为 一 ， 对 方坯在正 常矫直温度下 ， 矫直力为 。 一 。 吨 ， 对 方坯 ， 矫直 力为 。 一 吨 ， 在事故情况 下 ， 只要矫直温度 高于 ， 其矫直力不大力 吨 。 拉矫机在正 常情况 下的压紧力远大于铸坯 的矫直力 ， 即使是在事故时 ， 铸坯 温度降至 ， 拉矫机所给定的压紧力也足 以把铸坯矫直 。 在实测的基础上 ， 我们推导 了矫直力的理论计算公式 ， 公司 在设计说 明书 中也 给 出 了矫直力 的计算公式 ， 在反复分析 、 计算的基础上 ， 比较 了实侧值与上述理论计算公 式 和 公司的计算公式的计算结果 ， 若以矫直 方坯为 例 ， 在 时 ， 实测 值为 吨 ， 理论计算公式为 吨 ， 的计算公式为 吨 这一计算结果为 公司的设计说 明书中所给出的 ， 我们 按它的公式计算 结果为 吨 ， 这一结果说明 ， 我 们所推导 的公式与实测 值 比较 ， 平均误差不 比于 ， 而西德所给 出的公式的计 算 结果 与实测值相差太大 ， 可 以 认为 公司提供 的关于矫直力 的计算公式 ，不 能用于 今后 设 计 中 。 拉坯力矩是设计拉矫机的传动系统和 电机容量 的基本参数 ， 通过实际测 定 ， 拉 辊 矫直机在浇注 方坯时的最大拉坯力矩为 一 ， 最小拉坯力矩为 一 ， 每台电机输出的最大功率为 ， 浇注 方坯时 ， 最大拉坯力矩为 一 ， 最小拉坯 力矩为 一 ， 每台电机愉出功率为 。 ， 送 引淀时为 一 ， 电 机输 出率为 拉辊矫直 机 的每台电机 的额定功率为 ， 说明电机有较大的容 量储备 。 按最大负荷计算拉矫机拉杆的实 际应 力为 ， 安全系数为 ， 下 横梁的实 际应力 为 “ ， 安全系数为 。 ， 说 明拉矫机在强度方 面有 较 大 的 安 全 储 备 。 浇注 方坯时 ， 作用在拉坯机和矫直机上的最大拉坯 力均 为 ， 对 方坯 ， 最大拉坯力均为 ， 为克服二 冷 区 的阻力和铸坯 下滑力以及水平 段 铸坯 的阻力 ， 拉坯机和矫直机所需付出的拉坯力为 和 ， 说 明拉矫机 电机始 终处于拉坯状态下工作 。 高温和常温下的摩擦系数是设计拉矫机的重要参数之 一 。 常温 下 的各种材料 的 摩 擦系数 已有大量 资料 ， 但在高温下物体之 间的摩擦特性 ， 目前还研究得不够 ， 因此 ， 对不 同情况 下 的摩擦系 数只能通过 实际测定来得到 。 拉辊与红坯之 间的摩擦系数的测定方法是 只 用矫直机拉坯 ， 保持其转速不变 ， 然后 逐步减小矫直机的压 力 ， 当矫直机 的上辊 与红 坯之 间发生打滑时 ， 记 录此 刻的气缸压力 ， 电 机 的电流 、 电压和转速 ， 由此求得拉辊 与红坯之 间的摩擦系 数 ， 实测 下 ， 红 坯 与 拉辊之 间的摩擦系数 为 。 用 同样方 法测 得常温 下拉辊与 引锭杆之 间 的 摩 擦 系 数为 。 。 为了检测 邯钢拉矫机 的调速系统 ， 实验 中连续记 录 了拉坯速度的变化 曲 线 ， 在浇 注 方坯时 ， 设定的拉速为 ，而实际的统计拉速为 ， ， 速度的波动 至
值为-0.5一+0.2m/min,速度调节的周期很有规律，每六秒钟一次，而西德样机在 给定拉速1.5m/min,实际的统计拉速为1.5m/min,速度波动为-0.1一+0.2m/min, 上述数据说明，邯钢的连铸机在拉坯过程中，速度波动范围为0.7m/mi,统计的拉坯速 度比设定值低0.2m/mi,显然，这种周期性调节拉速是有害的，这是因为：第一，电机 始终处于起动、製动状态下工作，对电机以及相关电器元件的使用寿命是不利的，第二， 传动系统始终处于频繁起动下工作，造成传动零件之间的冲击，对传动系统的工作也不 利，第三，拉速频繁变化，对结晶器内坯壳的形成也是不利的，因此，从调速系统看，邯 钢目前使用的水口直径和设定拉速是值得商榷的。在浇注150mm方坯时，邯钢使用的水口 直径最大为15.8mm,天津的水口直径为16.5mm,邯钢要保持设定1.5m/min的拉速，水 口直径如增加到16.5mm,这样单位小时产量可提高6.3%，浇注时间可缩短约5分钟。 三、四连杆振动机构优化设计的数学模型 随着连俦技术的迅速发展，结晶器振动机构经过几种形式的演变，近十几年来，在大型 板坯以及中小型弧形连铸机上，四连杆振动机构得到广泛应用，这种振动机构能比较准确 的实现结晶器的弧线运动，它对提高铸坯质量、减少铸坯在结晶器中裂纹的形成都具有明 显的优点。 我国从Demag公司引进了R5.25米小方坯连铸机，从Concast公司引进了R10,3米板 坯连铸机，对这两种圆弧半经的连铸机，国内在进行翻版设计时，可按照其结构参数进行设 计，对于其它圆孤半径的连铸机，其振动机构如何设计，它在弧线上的位置如何布置，它 的几何参数如何确定，从消化国外引进技术来说，必须搞清它的设计思想和设计计算方 法，为此，要求我们建立四连杆振动机构优化设计的数学模型。 用四连杆振动机构来近似实现圆弧运动，其机构设计要满足连铸机总体布置、设备的 安装和检修的要求，根据板坯连铸机和方坯连铸机的不同特点，四连杆振动机构有内弧和 外孤两种布置形式。 四连杆振动机构结构参数设计的出发点是：要使结晶器的振动轨迹曲线与理论圆弧曲 线之间的误差最小，在满足结晶器弧线运动的精度下，机构尺寸应尽可能诚小，以减轻振动 机构在往复运动中的冲击力。根据这一设计思想，由四连杆机构的几何关系和运动关系，建 立了内弧布置和外弧布置的四连杆振动机构的六种数学模型，也就是最优化设计中的目标 函数，根据孤型连铸机的工艺设计条件、机构设计条件和总体参数条件，构成了目标函数 的15个不等约束条件。 由上述数学模型和机构设计的约束条件，采用优化设计中的非线性规划中的罚函数方 法，即SUMT方法，在国产TQ-16电子计算机上，参照邯钢、天钢和昆钢R5,25米小方坯 连铸机和武钢R10,3米板坯连铸机振动机构的结构参数来考核该模型的准确性，通过27种 方案的计算，可以得出： 1。用所建立的数学模型和约束条件，对邯钢、天钢和昆钢内弧布置的和武钢外弧布置 的四连杆振动机构，进行优化设计的结果，其尺寸误差分别不大于0.03和2mm,角度误 差不超过25'和16'，说明该模型完全可以满足设计要求。 2。在设计四连杆振动机构时，从误差最小的观点出发，以外弧下口的数学模型作为目 标函数较为合理，但对于小方坯连铸机，由于计算误差不大于0.03mm和25'，因此，采 131
值为 一 。 一 ， 速度调节 的周期很有规律 ， 每木秒钟一次 ， 而 西德 样 机 在 给 定拉速 ， 实际的统计拉速为 ， 速度波动为 一 － 。 ， 亡 上 述数据 说 明 ， 邯钢 的连铸机在拉坯过 程中 ， 速度波动范围为。 ， 统计的拉坯速 度 比设 定值低 ， 显 然 ， 这种周期性调 节 拉速是有害的 ， 这是 因为 第一 ， 电 机 可 始终处于起动 、 掣动状态下工作 ， 对 电机 以及 相关 电器元件的使用寿命是不 利 的， 第二 ， 传动系统始终处于频繁起动下工 作 ， 造成传动零件之 间的冲击 ， 对传动系统的 工 作 也 不 缸 利， 第三 ， 拉速频繁变化 ， 对结晶器 内坯壳 的形成也是不 利的 ， 因此 ， 从调 速系 统看 ， 邯 钢 目前使用的水 口 直径和设定拉速是值得商榷的 。 在浇注 方坯时 ， 邯钢使用 的水 口 气 直径最大为 ， 天 津的水 口 直径为 ， 邯钢要保持设定 。 的拉速 ， 水 口直径如增加到 ， 这样单位小时产量可提高 ， 浇 注时 间可缩短约 分钟 。 多 卜 令 三 、 四 连杆振动机构优化设计 的数学棋型 随着连铸技术的迅速 发展 ， 结晶器振动机构经过 几种形式 的演变 ， 近十 几年来 ， 在大型 板坯 以及 中小型弧形连铸机上 ， 四 连杆振动机构得到广泛应用 ， 这种振动机构能 比较 准确 的实现结晶器的弧 线运动 ， 它对提高铸坯质量 、 减少铸坯在结晶器 中裂纹 的形成 都具有明 显 的优点 。 我国从 五 公司 引进 米小方坯连铸机 ， 从 公 司 引进 了 米板 坯连铸机 ， 对这两种圆弧半经 的连 铸机 ， 国 内在进行翻版设计时 ， 可按照 其结构参数进行设 计 ， 对于其它 圆弧半径的连铸机 ， 其振动机构如何设计 ， 它在弧 线上的位置如何布置 ， 它 的几何参数如何确定 ， 从 消化 国外引进技术来说 ， 必须搞清它的设计 思 想和设 计 计 算 方 法 ， 为此 ， 要求我们建立 四 连 杆振动机构优化设计的数学模型 。 用 四连 杆振动机构来近似实现 圆弧运动 ， 其机构设计要满足连铸机总体布置 、 设备的 安装和检修的要求 ， 根据板坯连 铸机和方坯连铸机 的不 同特点 ， 四 连杆振动机构有内弧和 外弧两种布置形式 。 四 连杆振动机构结构参数设计 的出发 点是 要使结晶器 的振动轨迹 曲线与理论 圆弧曲 线之 间的误差最小 ， 在满足 结晶器弧线运 动的精度 下 ， 机构尺 寸应 尽可 能减小 ， 以减轻振动 机构在往复运动 中的冲击力 。 根据这 一设计思 想 ， 由四 连杆机构的几何关系 和运动关系 ，建 立 了内弧布置 和外 弧 布置的 四连杆振动机构的六 种数学模型 ， 也就是最优化设计 中的 目标 函数 ， 根据弧型 连铸机 的工艺设计条件 、 机构设计条件和总体参数条件 ， 构成 了 目标函数 的 个不等约束条件 。 由上述数学模型 和机构设计的约束条件 ， 采用优化设计 中的非线性规划 中的罚 函数方 法 ， 即 方法 ， 在 国产 一 电子 计算机上 ， 参照邯钢 、 天钢 和 昆钢 米小 方坯 连铸机和武钢 米板坯连铸机振 动机构的结构参数来考核该模型 的准确性 ， 通 过 种 方案的计算 ， 可 以 得出 用所建立 的数学模型 和约束条件 ， 对邯钢 、 天钢 和 昆钢内弧 布置的和武钢外弧布置 的四连杆振动机构 ， 进行优化设计的结果 ， 其 尺寸误差 分 别不 大于 和 ， 角 度 误 差不超过 ‘ 和 ‘ ， 说 明该模型完全可以满足设 计要求 。 在设计 四 连杆振动机构时 ， 从误 差最小 的观点出发 ， 以外弧下 口 的数学模型作为 目 标 函数较为合理 ， 但对于小方坯连铸机 ， 由于计算误差不大于 和 ， ， 因 此 ， 采