D0I:10.13374/i.is8n1001-053x.1981.03.027 北京钢铁学院学报 1981年第3期 弧形连铸机复合差动式振动机构的发展 机械系徐宝升 摘 要 复合差动振动机构是我们发展弧形连铸机时设计的一种结晶器振动装置。本文 绍了它的运动原理及运动精度。通过与国外常用的振动机构对比，看出这种机构具 有运动轨迹准确和结构简单紧凑等一系列优点。在长期生产运转中取得了予期的效 果。 一、引 言 复合差动振动机构是我们发展弧形连铸机时设计的一种性能较好的结晶器振动装置。 我国对连续铸钢技术的研究是从1957年开始的。第一台工业式生产的立式连续铸钢机于 1958年冬在重钢三厂建成，同年12月开始试生产：。在这台连铸机上，采用了凸轮下下、弹簧 上推的结晶器振动方式，我们把这种方式叫做复合振动。在生实践中，我们从降低连铸机 图11960年建成的试验用的弧形连铸机 的高度出发，又创造了弧形连铸机。第一台试验用的弧形连铸机（图1）是]960年秋黍在北 京钢铁学院附属钢厂建成的。同年冬季，就在这台试验装置上浇出了质量合格的200毫米方 坯【。在此基础上，于1962年春季开始设计一台工业生产的、圆孤半径为6米的弧形连铸 机。这台连铸机能够浇铸180×(1200~1500)毫米板坯、还能同时铸出3流180×250毫米方 坯。我们把这台设备定名为1700弧形连铸机。如图2所示。这台弧形连铸机于1964年5月在 44
北 京 钢 铁 学 院 半 报 年第 期 弧形连铸机复合差动式振动机构的发展 机 械 系 徐 宝升 摘 要 复合 差动振 动机构是 我们 发展 弧 形连铸机 时设 计 的一 种 结 晶器 振 动装 置 。 本 文 绍 了它的运 动原 理及运 动精度 。 通 过 与 国外常用 的振 动机构对 比 ， 看 出这 种机构具 有运 动轨 迹 准确和 结构 简单紧凑等一 系 列优 点 。 在长 期 生产运 转 中取 得 了予期 的效 果 。 日 佳 、 子 门 「〕 复 合差 动 振动机 构是 我们 发展 弧形连铸 机 时设 计 的一 种 性能较好 的结 晶 器振 动装 置 。 我 国对连 续铸 钢技 术 的 研 究 是 从 年开 始 的 。 第一 台工 业 试生 产 的立 式连续铸钢机于 年冬在 重钢 三厂 建 成 ， 同年 月 开 始试生 产 。 在 这 台连铸机 上 ， 采用 了凸轮压 下 、 弹 簧 上 推的 结 晶器振 动 方式 ， 我们 把这种 方式 叫做复合振 动 。 在 生 产 实践 中 ， 我们 从 降低连 铸机 图 年建成 的试 验用 的弧 形 连 铸机 的 高度出发 ， 又 创造了弧 形连铸机 。 第一 台试验用 的 弧 形连 铸机 图 是 年秋季在北 京钢铁学 院附属钢厂 建 成的 。 同年冬季 ， 就 在 这 台试 验 装置上 浇 出 了质量 合 格的 毫米方 坯 “ 。 在此 基础 上 ， 于 年春季 开 始设 计一 台工业 生 产的 、 圆弧 半径 为 米的 弧形连铸 机 。 这台连铸机能够 浇铸 。 毫米板坯 、 还 能 同 时铸 出 流 。 毫米方 坯 。 我们 把这 台设备定 名为 弧 形 连 铸机 。 如 图 所 示 。 这 台弧 形 连铸机 于 年 月 在 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1981．03．027
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重钢三厂建成。同年6月24日第一次浇 W 出了180×250毫米方坯，不久又浇出 了180×1200及180×1500毫米板坯。 在这台弧形连铸机上，采用了复合振 动的长臂振动机构」，如图3所示。 这种长臂振动装置在运动轨迹上 可以实现准确的圆孤运动，结构也比 e 较简单。但由于振臂较长，结构很不 紧凑，运动惯性也较大。在温度发生 6 变化时，因膨胀而产生的半径误差也 较大。所以这种振动装置只适用于半 径较小的连铸机。 图3搖臂式振动机构 1一搖臂影2一粘品器影 3一支承弹黄影 图5，差动齿输式振动机构 4一拉杆，片一凸输校杆机制：G—一福臂触承。 1一振动撇架影2,3,4及5一齿输，6一振动拉杆1 7一凸赣：8一团杜限位面：9一端部限位面。 为了进行大型板坯的连续浇铸中间试验，我们于]94年冬季接受了国家科委和冶金部下 达的试验任务，又设计了一台圆弧半径为10米的弧形连铸机[2】。这台设备于1966年在重钢 公司大平炉车间建成并投入生产。这是一台多用途的弧形连铸机。它能够浇铸(250~300)× (1550~2100)毫米大型板坯，也能同时浇铸3流300×300毫米方坯，又能同时浇铸4流250 ×250方坯。我们把这台连铸机定名为2300弧形连铸机。图4是这台连铸机的总图。考虑到 这台连铸机的圆弧半径较大，所以采用了我们首创的复合差动振动机构。图5是这种振动装 置的示意图。这种复合差动式振动装置设计完成之后，首先在1700弧形连铸机上进行试验。 取得了良好的效果以后，才决定应用于2300弧形连铸机上。 46
重钢三厂建成 。 同年 月 日第一次浇 出 了 毫米 方坯 ， 不 久又浇出 了 及 毫米板坯 。 在这 台弧 形连 铸机上 ， 采用 了复 合 振 动的 长臂振 动机构 〔 ’ ， 如 图 所示 。 这种长臂振 动装置 在运 动轨迹上 可 以 实现准确的 圆 弧运 动 ， 结 构也比 较简单 。 但 由于 振臂较长 ， 结 构很 不 紧 凑 ， 运 动惯 性也较 大 。 在 温度发生 变化时 ， 因膨胀 而 产生的 半径 误 差也 较大 。 所 以这种 振动装置只 适用于 半 径 较小的连铸机 。 自 」 图 摇臂式振动机构 －描臂， 仑－枯晶器， － 支承弹簧， －拉杆， 界 － 凸箱根杆机构， － 播 价轴承 。 匕 一 万蔽犷一 又憋讨 汽蘸 口 瑞履 纂十嫩 产 万刁 口瓣 凳 江艾 ‘ 刁尸 训 …… · … 】 … 二 以 ，一 」一 口 江 」 习 工」 广 二」，， 三」 图 差动齿翰式振动机构 一振动框 架， ， ， 及 一齿输， 一振动拉杆， 一凸翰 色一回札限 位面 端部限 位面石 为了进 行大型板坯的 连续 浇铸中间试验 ， 我们 于 权 年冬季接受 了 国家科委和 冶金 部下 达的 试验任 务 ， 又设计 了一 台圆弧 半径 为 米的 弧形连铸机 “ 。 这台设备于 年在 重 钢 公 司大平炉车间建成并投入 生 产 。 这是一 台多用 途的 弧形连铸机 。 它 能够浇铸 。 。 。 毫米大型板坯 ， 也 能同 时 浇铸 流 。 毫米方坯 ， 又 能 同时浇铸 流 方坯 。 我们 把这 台连铸机定 名为 。 弧 形连铸机 。 图 是 这 台连 铸机 的 总图 。 考虑 到 这 台连 铸机 的 圆弧 半径 较大 ， 所以采用 了我们首 创的复合差 动振 动机 构 。 图 是 这种振 动装 置 的 示意图 。 这种 复合差 动式 振 动装置设计完成之后 ， 首 先在 弧形连 铸机上 进 行 试验 。 取得 了 良好的 效 果 以后 ， 才决定应用 于 弧形连铸机 上
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二、复合差动式振动机构 在连续铸钢机上，使结晶器作上下振动的重要性，以及妥善选择振动方式的重要性，已 为连铸技术工作者所周知。在弧形连铸机上亦不例外。所不同者，是弧形连铸机的结晶器必 须绕结晶器圆弧中心作圆周运动，而不是作直线运动。这就使孤形连铸机的结晶器振动机构 更为复杂一些。 参看图5，复合差动振动装置由支承弹簧，振动框架1，齿轮轴2和4及同定在它们端 部的扇形齿轮3和5组成。齿轮轴与固定在振动框架上的齿条相咬合着。齿轮3和齿轮5相 咬合着。由于两齿轮轴的节圆半径相等，而齿轮3和5的节圆半径不相等，所以当用凸轮及 拉杆驱动齿轮5使之上下摆动时，便使两个齿轮轴产生了不同的角速度，因而使固定在框架 上的结晶器中心产生了上下的弧线运动。振动框架的前后限位是通过齿轮轴上的圆柱8（其 直径等于齿轮轴的节圆直径)来实现的。为了使限位圆柱与振动框架导轨之间保持最小的间 隙，框架导轨的高度是可调的。 可以看出，复合差动装置是由复合振动系统及差动振动系统组成的。前者的核心部分是 支承弹簧，后者的核心部分是扇形齿轮3及5。现将复合振动系统及差动振动系统的设计要 点分别叙述如下。 1,复合摄动系统的设计要点 在复合振动系统中，结晶器框架的下降运动是通过凸轮及拉杆的牵引来实现的。采用凸 轮机构的目的是使振动机构有较好的“负滑脱”作用，以避免发生坯壳与结晶器壁的粘结。 结晶器框架的回升是借支承弹簧的推力来实现的。采用弹簧支承的目的有三：其一是用它来 平衡结晶器与振动框架的重量和正常的拉坯阻力，其二是在不正常形况下，拉坯阻力超过正 常数值时，结晶器还可以随坯下行一段距离，作为缓冲余地，其三是使各对咬合着的齿轮能 不脱离接触，起到消除咬合间隙的作用，既保证了运动的精度，又避免了振动时产生的冲击。 对于所用弹簧的刚度m及结晶器的振动幅度Sz,可按下列原则及数据来确定。 设a,b一分别为铸坯的宽和厚，厘米， Y一拉环速度，其平均值可取为v=20”,米/分， 8·一计算的坯壳厚度，厘米，取8=0.375τ6 S,一弹簧的初压缩行程，厘米， S2一一结晶器的正常振幅，厘米， S3一弹簧在压缩了S1及Sz以后还能压缩的行程，厘米，其值可取为(1~1.5)S2 t一相当于以速度v经过行程S,的时间，秒，T=0.6S2/v m一弹簧的刚度，公斤/厘米 W一结晶器及振动框架的重量，公斤， F一正常的拉坯阻力，公斤，在一般情况下可按铸坏断面上每米周边长度为1~1.2 吨计算， σ一计算的坯壳强度，公斤/厘米2。文献3！给出：在钢液开始凝固的最初几秒时 间内，铸坯温度下降速度约为50℃/秒，而坯壳强度增加的速度，对炭素钢来说，每下降1℃ 增加0.5公斤/厘米。所以在头几秒时间内，σ增加的速度为25公斤/秒厘米2，即： 48
二 、 复合 差动式振 动机 构 在连 续铸钢机 上 ， 使结 晶 器 作上 下振 动的 重要 性 ， 以 及妥 善选择振 动方式 的 重要 性 ， 巳 为连铸技术工作者所周 知 。 在 弧 形连铸 机上亦不例外 。 所不 同者 ， 是 弧 形连铸机的 结 晶器 必 须 绕结晶器 回弧 中心作圆周运 动 ， 而 不 是 作直线 运 动 。 这就 使弧形连铸机的 结 晶器振 动机构 更 为复杂一 些 。 参看图 ， 复合差 动振 动装置 由支承 弹簧 ， 振 动框 架 ， 齿轮轴 和 及 固定 在它们端 部的 扇形齿轮 和 组 成 。 齿轮 轴与 固定在振 动框 架上 的齿条相咬合 着 。 齿轮 和 齿轮 相 咬 合 着 。 由于 两齿轮轴 的 节圆 半径 相 等 ， 而齿轮 和 的节圆 半径 木相 等 ， 所以 当用 凸轮 及 拉杆驱 动齿轮 使之 上 下摆 动时 ， 便 使 两个齿轮轴产生了不 同的 角速 度 ， 因而使 固定在框架 上 的 结 晶器 中心产生 了上 下的 弧线运 动 。 振 动框 架的前后 限位 是通 过齿轮轴上的 圆柱 其 直径 等于齿轮轴的节圆 直径 来 实现的 。 为了使 限位 圆 柱 与振 动框 架导轨之 间保持最小的 间 隙 ， 框 架导轨的 高度是可调 的 。 可 以看 出 ， 复合差 动装置 是 由复合振 动系统 及差 动振 动 系统组成的 。 前者 的 核心 部分是 支承弹 簧 ， 后 者的 核心 部分 是扇形齿 轮 及 。 现将 复合振 动系统及差 动振 动 系统的设 计要 点分 别叙述如 下 。 盆合报动 系统的设计要 点 在 复合振 动系统 中 ， 结 晶器 框 架的 下降运 动是通 过凸轮 及拉杆 的 牵引来实现的 。 采 用 凸 轮机构的 目的 是 使振 动机构有较好 的 “ 负滑脱” 作用 ， 以避 免发生坯 壳 与结 晶器 壁 的 粘 结 。 结 晶器 框 架的 回 升是借支承 弹 簧的 推力来实现的 。 采用 弹簧支承的 目的 有三 其一 是用 它来 平衡 结 晶器 与振 动框 架的 重量 和正 常的拉坯 阻力， 其二是在 不正常形 况下 ， 拉坯 阻力超 过正 常数值 时 ， 结 晶器 还可 以随坯 下行一 段距 离 ， 作为缓冲余地 ， 其三是 使 各对 咬合 着的齿轮能 不脱离接触 ， 起 到消除咬合 间隙的 作用 ， 既保证 了运 动的 精度 ， 又避免 了振动时产生 的 冲击 。 对于所用 弹簧的 刚度 及结晶器的振 动 幅度 ， 可按下列原 则 及数据 来确定 。 设 ， － 分别 为铸坯 的宽和厚 ， 厘米 ， 、 ‘ ， 一 二 … － 权坯 速度 ， 其 平均值 “ 取 为 一 术 分 各－ 计算的坯壳厚度 ， 厘 米， 取 二 ” ’ “ － 弹簧的 初压缩行 程 ， 厘 米 ， － 结晶器 的 正常振 幅 ， 厘米， －弹黄在压缩 了 及 以后 还 能压缩 的 行程 ， 厘 米 ， 其值 可 取 为 ， 丫 － 相 当于 以速度 经 过行程 的 时间 ， 秒 二 － 弹簧的 刚度 ， 公 斤 厘 米 ， － 结 晶 器 及振 动框 架的 重量 ， 公斤 ， － 正 常的 拉坏 阻力 ， 公 斤 ， 在一般情 况下可 按铸坏 断面 上每米周 边 长度 为 吨计算， － 计算的坯 壳 强度 ， 公斤 厘米 。 文献 吕 给 出 在钢 液开始凝 固的 最 初几 秒 时 间内 ， 铸坯 温度下降速度约 为 ℃ 秒 ， 而坯 壳 强度增 加的 速度 ， 对炭 素 钢 来说 ， 每 下 降 ℃ 增 加 公 斤 厘 米 盆 。 所 以 在头几秒 时间内 ， 。 增 加的 速度为 公 斤 秒 · 厘 米 “ ， 即 尽