一種先進(jìn)的小方圓坯連鑄機(jī)冷床區(qū)出坯系統(tǒng)

1、一種先進(jìn)的小方圓坯連鑄機(jī)冷床區(qū)出坯系統(tǒng)    摘要： 本文對(duì)小方/圓坯連鑄機(jī)出坯系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行比較詳細(xì)的論述并對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)。 Abstract： This paper discusses on the billet system characteristics of square or round billet continuous casting machine in detail， and summarizes the key points of the design. 關(guān)鍵詞： 小方/圓坯連鑄；冷床系統(tǒng) Key words： squa

2、re or round billet continuous casting；cooling bed zone 中圖分類號(hào)：TF777.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）13-0040-03 1 概述 現(xiàn)代高效連鑄機(jī)是一套系統(tǒng)工程，各種機(jī)構(gòu)之間的配合更加緊密，除了傳統(tǒng)意義上的結(jié)晶器振動(dòng)、拉矯機(jī)等影響生產(chǎn)節(jié)奏的關(guān)鍵設(shè)備，冷床區(qū)出坯系統(tǒng)也扮演著越來越重要的角色。出坯系統(tǒng)的功能是否滿足生產(chǎn)多種坯型的要求，出坯節(jié)奏能否與生產(chǎn)周期相匹配都成為制約鑄坯質(zhì)量與工作拉速的直接因素。筆者作為長(zhǎng)期從事連鑄機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐的一線工作者，收集整理了一些國內(nèi)、外冷床出坯系統(tǒng)比較有代表性的資料。下面將結(jié)

3、合具體工程，針對(duì)方/圓坯連鑄機(jī)的出坯系統(tǒng)做出比較詳細(xì)的介紹。希望對(duì)廣大讀者有一定借鑒意義。 2 小方/圓坯連鑄機(jī)出坯系統(tǒng)主要設(shè)備及設(shè)計(jì)要點(diǎn) 如圖1所示，為我公司為天津某鋼廠R10m六機(jī)六流方/圓坯連鑄機(jī)所設(shè)計(jì)冷床區(qū)出坯系統(tǒng)。鑄坯規(guī)格：150×150毫米、160×160毫米、？覫150毫米、？覫160毫米、？覫280（預(yù)留）毫米。切割定尺：1216米。工作拉速：2.53.5米/分鐘。 2.1 冷床區(qū)輥道（件1） 冷床區(qū)輥道的用途是將火焰切割機(jī)按工藝要求切割后的鑄坯快速輸送至冷床區(qū)域，并將鑄坯做暫時(shí)存放。技術(shù)要點(diǎn)： 冷床區(qū)輥道由多組長(zhǎng)輥道組成，每組長(zhǎng)輥道為一至六流共用，輥道間距

4、1600毫米布置。輥間距的選定應(yīng)小于最短鑄坯定尺的一半。 長(zhǎng)輥道內(nèi)部設(shè)計(jì)有通水冷卻，冷卻進(jìn)水管經(jīng)由旋轉(zhuǎn)接頭連接輥?zhàn)又行模鋮s水在輥?zhàn)觾?nèi)循環(huán)一周后再由旋轉(zhuǎn)接頭處排出，并流至冷卻系統(tǒng)，最終冷卻水經(jīng)過冷卻后再送回進(jìn)水管路循環(huán)使用。這種設(shè)計(jì)可有效降低輥道工作溫度，有助于延長(zhǎng)輥道使用壽命；并且循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保的要求。 當(dāng)作長(zhǎng)距離輥道布置方案時(shí)，由于輥道輸送距離較長(zhǎng)，輥?zhàn)訑?shù)量多，根據(jù)鑄坯定尺長(zhǎng)度、鑄坯處理功能及自動(dòng)跟蹤等要求可對(duì)輥道進(jìn)行分組設(shè)計(jì)及控制。針對(duì)冷床區(qū)輥道設(shè)計(jì)為整體控制即可。 長(zhǎng)輥道設(shè)計(jì)為單獨(dú)傳動(dòng)。即每組輥道由一臺(tái)減速-電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的好處是：生產(chǎn)中，當(dāng)某一臺(tái)減速-電機(jī)

5、出現(xiàn)故障，影響到對(duì)應(yīng)長(zhǎng)輥道轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其他長(zhǎng)棍道可繼續(xù)工作，并可通過在計(jì)算電機(jī)能力時(shí)加大安全系數(shù)，以保證生產(chǎn)不受影響。 電機(jī)與減速機(jī)能力按照一塊鑄坯最少接觸輥道支撐的情況計(jì)算，按此計(jì)算出的電機(jī)靜功率再乘以1.82.0倍的安全系數(shù)選取電機(jī)。應(yīng)選用輥道專用電機(jī)和減速機(jī)，采用電機(jī)減速機(jī)直聯(lián)型結(jié)構(gòu)，電機(jī)在減速機(jī)下面， （或者加裝防護(hù)罩等方式）以防止熱量輻射，單傳動(dòng)輥道減速機(jī)多選用行星減速機(jī)，當(dāng)然也可選用三環(huán)減速機(jī)等。 減速-電機(jī)轉(zhuǎn)速的選取，根據(jù)輥道線速度的大小和變化根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏和輥道的功能特點(diǎn)（如停止精度、與連鑄機(jī)同步、輸送鑄坯的周期等方面）確定，例如切前輥道、切下輥道、切后輥道、去毛刺輥道等等。根據(jù)輥道

6、的不同功能，常用的最大線速度有60m/min，30m/min，10m/min，5m/min等。必須進(jìn)行出坯系統(tǒng)每個(gè)設(shè)備的周期計(jì)算，才能最終確定輥道速度。計(jì)算設(shè)備周期時(shí)，電機(jī)啟、制動(dòng)的加、減速時(shí)間按小于2s設(shè)計(jì)。每個(gè)設(shè)備的周期都必須滿足連鑄機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏，且必須留有余地，例如，增加等待輥道（緩沖輥道），以預(yù)防突發(fā)事故的產(chǎn)生。 長(zhǎng)棍道在每流中心線兩側(cè)設(shè)計(jì)有凸緣，在輸送鑄坯時(shí)起導(dǎo)向作用。 2.2 鑄坯抬升機(jī)構(gòu)（件2） 鑄坯抬升機(jī)構(gòu)的用途是將存放在冷床區(qū)輥道上的鑄坯抬升起來，距離輥面有一定高度。這樣一方面方便進(jìn)行下一步撈鋼機(jī)的工作，避免當(dāng)鑄坯跑偏時(shí)等意外情況發(fā)生干涉；另一方面可以作為一個(gè)緩存裝置，當(dāng)撈鋼

7、機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏暫時(shí)跟不上鑄坯出坯速度時(shí)，使鋼坯離開輥道，不影響下一根鑄坯。技術(shù)要點(diǎn)： 鑄坯抬升機(jī)構(gòu)主要是由固定滑軌、連桿機(jī)構(gòu)及液壓驅(qū)動(dòng)裝置等組成。在連桿的上端設(shè)計(jì)有一個(gè)活動(dòng)撥爪，當(dāng)液壓缸伸出時(shí)，推動(dòng)撥爪上升，使鑄坯沿著固定滑軌提升并存放；在液壓缸縮回時(shí)，活動(dòng)撥爪自動(dòng)放下。 由于小方坯鑄坯定尺較長(zhǎng)，抬升機(jī)構(gòu)受力點(diǎn)總跨距相應(yīng)也要加長(zhǎng)，在液壓缸工作時(shí)，為保證抬升的同步性，在連桿機(jī)構(gòu)處設(shè)計(jì)有同步軸。 當(dāng)連鑄機(jī)出坯垮與澆鑄垮地勢(shì)存在高度落差時(shí)，也可考慮此機(jī)構(gòu)。 2.3 推鋼/撈鋼機(jī)（件3） 為保證連鑄機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏以及同時(shí)生產(chǎn)兩種不同斷面鑄坯的要求，本方案采用一臺(tái)推鋼/撈鋼機(jī)，用于將冷床前輥道上的鑄坯收集/撈

8、起并運(yùn)至冷床臺(tái)架或熱送輥道上。撈鋼機(jī)是一臺(tái)工作頻繁、自動(dòng)控制的專門用于將鑄坯吊離輥道的起重機(jī)設(shè)備。技術(shù)要點(diǎn)： 推鋼/撈鋼機(jī)是由支撐梁、撈鋼車等組成。撈鋼機(jī)的主要支撐裝置是固定在土建基礎(chǔ)上的兩個(gè)支架，在支架上固定有車輪齒條等裝置。撈鋼車由運(yùn)行機(jī)構(gòu)及提升機(jī)構(gòu)組成，兩個(gè)機(jī)構(gòu)互相配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)撈鋼動(dòng)作。 撈鋼車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)由一臺(tái)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)撈鋼車走行。減速電機(jī)通常設(shè)計(jì)在撈鋼車中部，減速機(jī)輸出軸與撈鋼車兩端齒輪之間由機(jī)械軸同步；齒輪與支撐梁上的齒條嚙合，可保證撈鋼車在走行的過程中不會(huì)發(fā)送車輪空轉(zhuǎn)的情況，更好提供動(dòng)力。減速機(jī)另一輸出軸連接有編碼器，編碼器與PLC系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)走行的自動(dòng)控制。編碼器的原理

9、是通過統(tǒng)計(jì)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)，按照減速比可換算出齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)，最后帶入齒輪的分度圓半徑，可計(jì)算出撈鋼車的走行距離，這種設(shè)計(jì)相比行程開關(guān)或接近開關(guān)，控制精度大大增加。 撈鋼車的提升機(jī)構(gòu)由兩個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)撈鋼車吊鋼功能。曲柄連桿機(jī)構(gòu)一端與液壓缸連接，另一端與撈鉤梁鉸接，吊鉤梁均勻布置了3組導(dǎo)向輪，提升過程的穩(wěn)定性。液壓缸伸出時(shí)，吊鉤下降；縮回時(shí)，吊鉤上升。在液壓缸的同步軸一端，也設(shè)計(jì)有編碼器，原理同上，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊鉤升降過程的控制。 正常生產(chǎn)長(zhǎng)定尺鑄坯時(shí)，每流每次吊起一根鑄坯。當(dāng)有特殊需要生產(chǎn)短定尺鑄坯時(shí)（鑄坯定尺小于8米），考慮撈鋼機(jī)工作能力，可每流每次撈鋼可一次吊兩根鑄坯。 吊鉤的齒狀設(shè)計(jì)與

10、翻鋼步進(jìn)冷床齒形相配合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)運(yùn)送批次（兩組）鑄坯間的分鋼功能，稍后將做詳細(xì)介紹。 2.4 翻鋼步進(jìn)冷床（件4） 翻鋼步進(jìn)冷床多用于小方/圓坯連鑄機(jī)；少數(shù)情況應(yīng)用于大方/圓坯，如：鑄機(jī)需要兼顧多種斷面的生產(chǎn)等。其用途是將鑄坯（小方坯、小圓坯）在冷床架上翻轉(zhuǎn)冷卻，防止鑄坯變形，然后收集成組橫向移動(dòng)、冷卻，以備吊運(yùn)。技術(shù)要點(diǎn)： 冷床為液壓傳動(dòng)、步進(jìn)翻轉(zhuǎn)式。主要由橫梁、縱梁、傳動(dòng)梁、動(dòng)齒條、靜齒條、床體蓋板、液壓缸、搖架、拉桿和同步軸等組成。 冷床在初始位等待鑄坯，此時(shí)液壓缸均為縮回狀態(tài)。工作時(shí)，按照“初始位上升位前進(jìn)位下降位后退（初始）位”的步驟循環(huán)工作。 升降機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)

11、沿型滑軌向上，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的上升。液壓缸的布置應(yīng)靠近受力中心位；多組液壓缸時(shí)應(yīng)考慮同步機(jī)構(gòu)；拉桿機(jī)構(gòu)應(yīng)有導(dǎo)向裝置。 橫移機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓缸的布置應(yīng)靠近受力中心位；多組液壓缸時(shí)應(yīng)考慮同步機(jī)構(gòu)。 冷床的跨距根據(jù)最大鑄坯定尺決定。鑄坯在冷床上翻轉(zhuǎn)的過程中，鑄坯兩端懸空距離應(yīng)越小越好，一般情況下設(shè)計(jì)小于1米。因?yàn)殍T坯懸空越多，越容易變形，影響鑄坯質(zhì)量。 冷床的動(dòng)齒條和靜齒條并排布置，多組齒條間跨距應(yīng)盡量均勻；在有多種鑄坯定尺的情況下，也應(yīng)滿足其生產(chǎn)要求。 冷床的長(zhǎng)度由生產(chǎn)工藝決定，確切的說就是跟鑄坯下線溫度有密切關(guān)系。因?yàn)槔浯裁恳粋€(gè)步進(jìn)周期時(shí)間一定，鑄坯停留時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越低。 2.5 鑄坯收集

12、裝置（件5） 鑄坯收集裝置位于冷床區(qū)的末端，用于鑄坯的收集、存放，并等待下線。 鑄坯收集裝置主要由軌道梁、縱梁、滑軌、同步梁搖臂、撥爪小車和驅(qū)動(dòng)液壓缸等組成。同步軸由軸承座支撐，并固定在支架的底座上。同步軸上設(shè)計(jì)有幾組連臂，每個(gè)連臂各與一臺(tái)撥爪小車鉸接，另有兩個(gè)連臂分別與兩個(gè)液壓缸相連。當(dāng)液壓缸工作時(shí)，推動(dòng)連臂擺動(dòng)，從而帶動(dòng)撥爪小車沿支架上的導(dǎo)軌前后移動(dòng)，撥爪即可推動(dòng)由翻鋼步進(jìn)冷床送來的鑄坯至軌道梁末端，等待吊送。 鑄坯收集裝置每一個(gè)撥鋼動(dòng)作可同時(shí)推動(dòng)多根鑄坯。鑄坯數(shù)目可根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏，或吊車每次起吊間隔時(shí)間確定。 鑄坯收集裝置的長(zhǎng)度根據(jù)儲(chǔ)存鑄坯數(shù)量及鑄坯外形決定。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮留有一定緩

13、沖能力，以防設(shè)備故障時(shí)儲(chǔ)存。 鑄坯收集裝置的寬度主要取決于最大鑄坯定尺長(zhǎng)度。當(dāng)用夾具吊運(yùn)鑄坯時(shí)，收集裝置最外側(cè)軌道梁中心到鑄坯的端部最少要保留200毫米的距離，以滿足夾頭動(dòng)作的要求。 軌道梁的布置主要考慮與翻鋼冷床齒條之間的間隔，同時(shí)滿足多種定尺鑄坯的收集。設(shè)計(jì)中常用平面排列法來得出軌道梁之間的距離。 3 工作流程及自動(dòng)化控制 冷床區(qū)設(shè)備工作流程如圖2所示。 鑄坯被火切機(jī)切斷后，由長(zhǎng)輥道快速運(yùn)送至冷床區(qū)，遇到固定擋板停止。固定擋板附近設(shè)置有熱金屬探測(cè)器（也可是碰球開關(guān)等傳感器，視配置要求而定），檢測(cè)每流鑄坯的輸送情況，并反饋信號(hào)給自動(dòng)化控制系統(tǒng)。當(dāng)熱金屬探測(cè)器檢測(cè)到鋼坯信號(hào)后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)

14、立即給對(duì)應(yīng)鑄流的鑄坯抬升機(jī)構(gòu)發(fā)出工作指令，將鑄坯抬升起來。在鑄坯抬升后的對(duì)等高度區(qū)域，配有打號(hào)機(jī)；打號(hào)機(jī)為成套設(shè)備，自身有其配套的控制，設(shè)置在前端的傳感器得到信號(hào)后，盤式打號(hào)機(jī)構(gòu)前伸開始工作，打印上規(guī)定編號(hào)。打印結(jié)束后，控制系統(tǒng)會(huì)得到打號(hào)機(jī)發(fā)出的信號(hào)，開始下一步撈鋼機(jī)的工作。 撈鋼機(jī)安裝在長(zhǎng)輥道和鑄坯抬升機(jī)構(gòu)的上方，生產(chǎn)伊始，撈鋼機(jī)的撈鋼小車停放在檢修位等待；檢修位位于翻鋼步進(jìn)冷床的對(duì)面一側(cè)，并與長(zhǎng)輥道間隔一定距離，此事吊鉤處于高位。工作時(shí)，撈鋼小車先走行至鑄坯抬升機(jī)構(gòu)上存放有鑄坯的流之前（當(dāng)同時(shí)存有多根鑄坯時(shí)，以時(shí)間先后自動(dòng)排列），吊鉤距離鑄坯一段距離停止；提升吊鉤吊起鑄坯，起吊工作流程為“

15、下降前進(jìn)抬升至下一吊坯位”，收集滿連根鑄坯后，橫移到翻鋼步進(jìn)冷床前部落鋼位放置，然后再返回進(jìn)行下一塊鑄坯的吊運(yùn)。如圖3落鋼位所示，撈鋼機(jī)吊鉤齒距與翻鋼步進(jìn)冷床靜齒距相同，吊鉤下落的過程，可使兩個(gè)鑄坯分別停留在冷床靜齒條的兩個(gè)相鄰齒凹之內(nèi)。落鋼位在調(diào)試時(shí)必須要準(zhǔn)確定位，才能保證實(shí)現(xiàn)分鋼功能。 在撈鋼機(jī)放鋼的過程中，翻鋼步進(jìn)冷床的動(dòng)梁應(yīng)保持靜止?fàn)顟B(tài)。待撈鋼機(jī)完成動(dòng)作后，冷床開始工作。冷床的升降機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)均有接近開關(guān)反饋信號(hào)，通過編程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作。鑄坯在冷床上的運(yùn)行軌跡如圖3左側(cè)所示，每一個(gè)步進(jìn)周期，方坯可實(shí)現(xiàn)一個(gè)側(cè)面的翻轉(zhuǎn)，四個(gè)周期翻轉(zhuǎn)一周；圓坯根據(jù)斷面不同，翻轉(zhuǎn)角度各不一樣，但最終也能實(shí)現(xiàn)

16、翻轉(zhuǎn)。圖3右側(cè)示意可以看出，在翻鋼步進(jìn)冷床的末端，動(dòng)齒條會(huì)將鑄坯送至鑄坯收集裝置的滑軌上，并在下一個(gè)步進(jìn)動(dòng)作中，用動(dòng)齒條的側(cè)面將鑄坯向前推擠成組。根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏要求，距滑軌前端一定距離的位置設(shè)有一個(gè)碰撞開關(guān)（此開關(guān)位置可調(diào)，以適應(yīng)不同斷面鑄坯），在鑄坯排列四至六組后觸碰開關(guān)，鑄坯收集裝置的液壓缸工作，將鑄坯用撥爪小車送到滑軌末端，等待吊車運(yùn)走。 4 技術(shù)優(yōu)勢(shì) 其一，本套出坯方案可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制，最大程度減少人工成本。并且，由于不用人工操作，避免了操作失誤的可能，也提高了設(shè)備之間的配合效率。 其二，與傳統(tǒng)小方坯出坯系統(tǒng)“推鋼機(jī)分鋼裝置步進(jìn)冷床收集臺(tái)架”相比，本方案節(jié)省了“分鋼裝置”的中間過程，

17、減少事故隱患點(diǎn)，可更流暢、快捷的出坯。且本方案沒有設(shè)計(jì)推鋼機(jī)，整個(gè)過程中只有末端的鑄坯收集裝置有限的距離會(huì)發(fā)生鑄坯與滑軌的摩擦，最大程度保證了鑄坯表面質(zhì)量。 關(guān)于鑄坯的分鋼，是一個(gè)逐步演化的過程。最早我國在步進(jìn)冷床之前普遍采用一種分鋼機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)設(shè)有一個(gè)向下成一定角度的滑軌，鑄坯靠自身重量沿滑軌下落后，由帶有彈簧減震裝置的擋板接住。步進(jìn)冷床的每個(gè)步進(jìn)周期帶走一根鑄坯，以實(shí)現(xiàn)分鋼?，F(xiàn)代分鋼技術(shù)主要有（本方案）撈鋼機(jī)的吊鉤分鋼和步進(jìn)冷床的階梯式分鋼，階梯式分鋼是靠冷床自身的動(dòng)齒條和靜齒條之間階梯狀的布置，使得每次步進(jìn)只放過一根鑄坯，而把其余鑄坯擋住，以實(shí)現(xiàn)分鋼。 其三，新式翻鋼步進(jìn)冷床的應(yīng)用，不光可實(shí)現(xiàn)鑄坯翻轉(zhuǎn)和步進(jìn)兩種功能，控制鑄坯的變形量；而且升降機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，使得冷床的機(jī)構(gòu)更加合理，事故率大大降低。 其四，冷床區(qū)液壓系統(tǒng)可通過在增加調(diào)速閥和比例閥