大学毕业论文-—连铸机脱引锭装置.doc

武汉科技大学本科生毕业设计说明书摘 要连铸设备中，引锭装置具有重要作用。在开浇前将引锭上端的引锭头伸入结晶器内,作为结晶器活动底部把结晶器的下口堵住；开浇后,随着钢水的凝固,铸坯端部和引锭头凝结为一体,引锭作为拉坯的传动部件,把铸坯连续地从结晶器内拉出来；当引锭头通过拉辊之后, 脱锭装置将引锭头与铸坯快速脱开,引锭被运送到引锭存放装置收存,待下次浇注时使用。引锭装置包括引锭、脱锭装置、引锭存放装置和引锭跟踪装置。铸坯引锭装置虽然不影响铸坯质量和浇注速度,但它是构成连铸设备的一个重要组成部分,直接影响着连铸机的作业率。短链节脱引锭装置是一种结构紧凑,使用可靠的在线脱锭装置。该结构采用双缸脱锭, 缸头把合在脱锭架下侧的支座上,缸尾把合在底座上,通过脱锭架上面的脱锭辊装置连为一体，脱锭辊采用S25CrMo材质实心辊,辊子表面喷水冷却从而辟免了辊子变形。本文将着重介绍这一装置工作中的运动分析，受力情况以及强度校核。关键词： 脱引锭； 运动； 受力； 强度校核； AbstractIn the continuous casting equipment, dummy device plays an important role. Before the cast start, as the movable bottom of the crystallizer, dummy head is stretched into the crystallizer. When the cast start later, as the molten steel solidification, the dummy head become united with the top of the casting blank. Afterwords, the dummy as a driving part, pull the casting blank out continuously from the crystallizer; When the dummy head pass through the withdrawer roll, specific device quickly disconnect the dummy head, and transported it to the dummy bar. It is stored to be used the next pouring.Dummy device including dummy, stripping device, dummy bar storage device and dummy tracking device. Although casting dummy device does not affect the casting billet quality and casting speed, but it is constitute an important part of continuous casting equipment, directly affects the operation efficiency of continuous casting machine.The short link dummy device is a kind of reliable online stripping device with compact structure. The structure adopts double cylinder ingot whose head in ingot connected to the underside of the bearing. Cylinder tail was closed on the base, and they connect as a whole by stripping roller which is made of S25CrMo. Water was used to cool the roller surface so as to avoid the roll deformation.This article focuses on the device motion analysis, work force status and intensity verification.Key words Dummy bar disconnection; motion analysis; work force status; intensity verification目录一 绪论1二 文献综述12.1 工艺特点12.1.1 工艺路线12.1.2 工艺流程22.2 国内外研究现状32.2.1 连铸机的种类32.2.2 引锭杆与引锭方式42.2.3 引锭头62.2.4 引锭杆62.2.5 引锭存放装置82.3 发展趋势102.3.1 结晶器在线调宽102.3.2 结晶器液压伺服振动装置102.3.3 二冷自动控制11三 脱引锭装置的设计内容113.1 主要设计参数123.2 参数分析123.3 设计目标133.4 设计中的关键问题13四 设计方案134.1 大节距弧形引锭杆和刚性引锭杆的脱锭134.2 小节距引锭链的四连杆液压脱锭机构脱锭144.3 短链节在线脱锭装置144.4 其他脱引锭装置15五 设计内容165.1脱引锭装置设计165.1.1 脱引锭力的计算165.1.2 运动位置的坐标175.1.3各铰接点的受力计算195.1.4 液压缸的选择205.1.5 校核力的大小205.2 绘制图纸28六 参考文献28个人小结30特别感谢30附录31一 绪论连续铸钢自问世以来，立刻便得到迅速的发展。这主要是由于它与传统的“模铸-开坯”工艺相比，具有突出的优点。连铸简化了生产钢坯的工艺流程，节约了大量的能源。连铸的能源消耗仅为模铸工艺的20.8%-13.5%。由于能在一个机组上连续浇铸出钢坯来，可以提高金属收得率达7%-8%，成材率提高10%-15%，成本还可以降低约10%-12%。可以采用计算机自动控制，易于实现连续生产。从根本上改变了工人劳动条件，生产率相应得到提高。连铸设备中引锭装置包括引锭、脱锭装置、引锭存放装置和引锭跟踪装置。铸坯引锭装置虽然不影响铸坯质量和浇注速度,但它是构成连铸设备的一个重要组成部分,直接影响着连铸机的作业率。引锭装置的作用是：在开浇前将引锭上端的引锭头伸入结晶器内,作为结晶器的“活底”把结晶器的下口堵住,并用石棉绳塞好间隙；开浇后,随着钢水的凝固,铸坯端部和引锭头凝结为一体,引锭作为拉坯的传动部件,把铸坯连续地从结晶器内拉出来。当引锭头通过拉辊之后, 脱锭装置将引锭头与铸坯快速脱开,引锭被运送到引锭存放装置收存,待下次浇注时使用。引锭装置的设计对连铸生产具有重要影响。二 文献综述2.1 工艺特点连铸有助于实现钢铁生产的紧凑化和连续化；提高了金属的收得率7%-12%；降低了30%左右的建设费用；可改善作业环境；节约能源及原材料消耗，降低了人工费用。2.1.1 工艺路线图2.1 连铸机主要设备图 2.1.2 工艺流程如图2.1为立式连铸机的主要设备图。转炉炼出来的钢水倒入钢包，氩气自动接通，用行车运送到精炼，按不同钢种进行各种处理。处理后的钢水经行车吊至回转台；在钢包接收位置，接上压缩空气配管、滑动水口液压缸等，将钢包回转到浇注位置，用长水口与钢包滑动水口连接在一起，打开钢包滑动水口，使钢水注入中间包，待中间包钢水液面达到要求时，打开塞棒，同时用塞棒控制注流，使中间包钢水按一定速度注入到结晶器中。 注入到结晶器内的钢水被已经密封在结晶器下口的引锭头挡住，经结晶器冷却水的冷却，钢水凝固成坯壳，启动拉坯辊，通过引锭杆将铸坯徐徐拉出。此时铸坯内部仍是熔融的钢水，在整个诱导装置内经二冷水向铸坯表面喷水，以保证铸坯在出主机前完全凝固。 当铸坯尾部出连铸机时，用脱引锭装置把引锭杆与铸坯分离，引锭杆被引锭卷扬装置收到操作平台上的引锭杆小车上，以备下次浇铸时再用。而铸坯则继续由辊道向前输送，在切割辊道按定尺切割；切割后的板坯在去毛刺辊道上，用去毛刺装置去除两端的切割毛刺；在喷印辊道，用喷印机在其前端喷印上各种板坯号；然后，把板坯送到横移辊道。停留在横移辊道上的板坯，用板坯移送台车移送到板坯热送辊道。根据计算机和质量判断，对于无缺陷的板坯，用直送辊道直接送往热轧厂；对于有轻微缺陷的板坯，用堆跺机下线，在热态下进行机械清理，再经直送辊道直接送往热轧厂；对于有缺陷的板坯则先下线到空冷场冷却，再上线经机械清理及人工局部清理，然后经直送辊道直接送往热轧厂。2.2 国内外研究现状2.2.1 连铸机的种类连铸机可以按多种形式来分类。若按结构外形可把连铸机分为立式连铸机，立弯式连铸机，带直线段弧形连铸机，弧形连铸机，多半径椭圆形连铸机和水平连铸机。随着连铸技术的发展，又开展了轮式连铸机，特别是薄板坯连铸机的研究。下图2.2为各种连铸机简图，不同类型的连铸机各具有不同的特点：图2.2 各种连铸机简图1、立式连铸机：结晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列。优点：无弯曲变形、冷却均匀、裂纹少；夹杂物容易上浮；缺点：设备高，建设费用大；钢液静压大，容易产生鼓肚。2、带直线段的弧形连铸机：有垂直段，夹杂物易上浮，具有立弯式的优点；多点弯曲，减小应力集中，裂纹少；可在未完全凝固进入弧形段，故可以提高生产率，增大拉速。3、立弯式连铸机：其结晶器下有垂直段，铸坯通过拉坯辊后（钢水完全凝固或接近完全凝固），用顶弯机使铸坯弯曲，进入圆弧段。这种连铸机相比立式连铸机机身高度降低，降低设备成本；有垂直段，夹杂物容易上浮且分布均匀；水平出坯可以适当加长机身，铸坯的定尺不受限制。但也存在铸坯在一点弯曲，一点矫直，容易形成裂纹以及要求全凝固矫直，限制生产率的问题。4、弧形连铸机：分为弧形结晶器和直结晶器两种。优点：机身高度为立式的1/2-1/3，基建费用低；钢液静压小，鼓肚、裂纹缺陷少；加长机身容易，可高速浇铸，生产率高。缺点：内弧夹杂物易聚集；弧形结晶器加工复杂；直结晶器出口为弧形和直线切点，易漏钢。5、椭圆形连铸机：优点：机身高度低，基建费用降低；多次变形，每次变形量不大，铸坯质量好；钢液静压小，皮壳鼓肚小，质量好。缺点：结晶器内夹杂物不易上浮，且内弧聚集；多半径，对弧、安装、调整困难，设备复杂。6、水平连铸机：高度仅为立式的1/10，节约基建费用。如果按照连铸机所浇铸的断面的大小和外形来区分，连铸机又可分为板坯连铸机、小方坯连铸机，大方坯连铸机、圆坯连铸机、异形断面连铸机和薄板坯连铸机。在方坯连铸机中也包括矩形坯连铸机，通常把浇铸断面或当量断面积大于200200的铸坯叫大方坯，断面或当量断面积小于160160的铸坯叫小方坯，宽厚比大于3矩形坯称为板坯。 若按连铸机在共用一个钢水包下所能浇铸的铸坯流数来区分，则可分为单流、双流或多流连铸机。2.2.2 引锭杆与引锭方式引锭杆是连铸机必不可少的组成部分。如图2.3引锭杆引锭示意图，引锭杆的头部作为结晶器的“活底”在开浇前伸入结晶器内1/4 处，用引锭头堵住结晶器下口，并用石棉绳塞好间隙。在引锭杆头上放一些废钢板、碎钢等，以使铸坯与引锭头既连接牢固又有利于脱锭。同时，引锭杆的尾部则应夹在拉矫机中。浇铸开始后，所注入的钢液与引锭头部凝结在一起，通过拉矫机的牵引，铸坯随引锭杆连续地从结晶器下口拉出，直到铸坯通过拉矫机，与引锭杆脱钩为止。其后的拉坯将通过拉矫辊夹紧铸坯连续拉出。而引锭杆会被送至连铸生产线外存放，以备下次浇注时使用，故引锭杆只在每次开浇时使用一次。图2.3 引锭杆引锭示意图引锭杆的安装方式可分为下装引锭杆和上装引锭杆。安装方式的比较如表2.1所示。上装引锭杆是将引锭杆从连铸机上端经结晶器送入。当一个浇次结束后，尾坯离开结晶器一定距离后，就可以从结晶器上口装入引锭杆，装引锭杆可以和拉尾坯同时进行。下装引锭杆是在开浇前，由专用的驱动装置通过轨道将引锭杆由存放位置移放在辊道上，通过辊道输送进入铸流导向里，再由拉矫辊夹持送进，将引锭杆头部引入到结晶器下方的设定位置。由于上装式引锭杆具有准备时间短，铸机作业率高，作业环境好等优点，在大型板坯连铸机中，较多地采用了上装式引锭杆系统。表2.1 安装方式的比较条件下装方式上装方式连铸准备时间准备时间长（连铸结束时，尾坯通过铸机末端的夹送辊后，方可进行引锭杆的下装入）准备时间短（连铸结束时，尾坯通过扇形段第一组驱动辊后，即可进行上装入）结构简单（设备组成少）复杂（设备组成多）更换引锭头或更换链节时的作业环境恶劣（作业环境受铸坯辐射热影响）良好（在操作台上的作业安全、可靠）引锭杆装入时的蠕动有蠕动（会产生20-30蠕动，需与结晶器之间配合，在引锭头处2加调整垫片）无蠕动引锭杆装入时的目视检查情况不可以可以辊缝检查情况不能全部检查实现在线拉坯全部检查引锭杆装入时的压紧次数1.0（引锭杆在装入和引锭时，均承受驱动辊的压紧负荷）0.5（引锭杆只在引锭时，承受驱动辊的压紧负荷）对维修或更换主机区在线设备的影响对切割前及剪切后之间的辊道维修或更换有一定困难无困难2.2.3 引锭头常用的脱锭装置脱锭的引锭头有燕尾式和勾头式两种。 1、燕尾槽式引锭头钢水流入燕尾槽内凝固后，引锭与铸坯可靠地链接在一起，在引锭头通过拉矫机后，要人工把引锭头与第一节引锭杆链接的销钉打出来或用专门装置使引锭头与引锭杆脱开，然后再从铸坯上取下。由于操作复杂，切头损失也大，目前已经淘汰。第 32 页图2.5 燕尾槽式引锭头图2.4 钩头式引锭头 2、勾头式引锭头 这种引锭头的主要特点是可以自动脱锭。设计时除了考虑必要的强度外，主要应使钩头的形状便于脱钩，防止脱不开。因此，引锭头与铸坯的接触面都要有适当的斜度。2.2.4 引锭杆引锭杆结构按结构可分为挠性引锭杆和刚性引锭杆。 1、挠性引锭杆：一般作为链式。按构成引锭链的链节长短可分为大节距引锭链和小节距引锭链。 图2.6 大节距引锭链1-弧形链 2-钩头式引锭头 3-铸坯 图2.7 链板式引锭链 1-链板 2-销轴 3-燕尾槽式引锭头 4-铸坯1）大节距引锭链：由若干节弧形链板铰接而成。优点是工作可靠，刚性好，运行平稳，便于机械脱锭，因而得到广泛的应用。缺点是加工难度大，在椭圆形连铸机和采用多辊拉矫的连铸机上不能应用。2）小节距引锭链：这种引锭链节距较小，加工方法简单，有下列4中结构形式：（1）链板式引锭链：由小节距链板铰接而成。在送引锭杆时不够平稳，有是有卡住现象，目前使用不多。（2）橡皮夹层引锭链：引锭链的两侧小节距链板，中间有橡皮带，两侧链板由销轴铰接而成。具有送引锭链时运行平稳，不会卡住，质量小，加工方便。目前应用较多。图2.8 橡皮夹层引锭链1-链板 2-橡胶带 3-燕尾槽式引锭头 4-铸坯 5-销子图2.9 钢板引锭链1-挠性钢板 2-链板 3-引锭头（3）钢板引锭链：引锭本身由两部分组成。前段连接着与铸坯数量相同的几根小节距链条，后段采用8-12厚的挠性钢板制成。钢板上下两面对称布置许多圆钢，与铸坯同厚。该引锭链结构简单，质量小，加工方便易于维修。缺点是钢板易于拱起，引锭变形影响操作。图2.10 双链节链a) 双列节链本体b)钩头式引锭链1-引锭头 2-锥形连接链节 3-引锭链链节 4-调宽块图2.11 刚性长引锭杆1-引锭杆 2-驱动装置 3-拉辊 4-矫直辊 5-二冷区 6-拉坯辊 （4)双链节链：由许多链接利用耐磨轴套内的周晓互相连接起来。用双接头板与板条横向连接和导向。引锭头通过锥形连接链节与引锭链本身相连接。由于引锭头设有调宽板，可适当调整其宽度。目前在单流板坯连铸机上使用效果好。2、刚性引锭杆：用于小方坯连铸机。它实际是一根带有钩头的实心弧形钢棒，分短杆和长杆两种。引锭杆通过驱动装置，可以沿自己的弧形轨道直接进入结晶器底部。故具有结构简单、运行可靠、脱坯方便的优点，并能与结晶器液面自动控制很好的配合。缺点是整体加工较为困难。2.2.5 引锭存放装置引锭存放装置包括引锭移动装置和存放装置，一般分为下装引锭的存放装置和上装引锭的存放装置。 1、下装引锭存放装置：主要分为三种方式： 1）离线存放：借助车间吊车，用长形笼式吊具吧钻入笼内的引锭吊离辊道，放在铸机边上，有专人挂钩。该方式在小型连铸机中应用较多，占用吊车，不能自动作业。 2）辊道存放：在出坯辊道后边设置专门的辊道来存放引锭或者在输送辊道的旁边设置专用的停放架，用推钢机把引锭推到上面存放。该方式仅在特殊条件下使用。 3）专用装置存放。主要结构列于下表2.2中。表2.2 引锭杆存放装置的比较型式机构型式结构简介特点升降式吊挂式浇钢前吊架落在输送辊道上，脱坯后的引锭由辊道进入吊架内。通过提升卷扬把吊架吊起来。有足够的提升高度，可免受热坯烘烤，适宜大节距引锭存放。摆动式浇钢前摆动台头部落到拉矫机出口处，拉坯时卷扬机构把引锭拉上摆动台，提升卷扬把摆动台头部抬起。送引锭快，适宜小节距引锭链，广泛引用于板坯连铸机。缺点是结构较复杂，受热坯烘烤，转角下维修不便。侧入式台车存放式引锭杆收容于平面台车，台车被移动到铸机侧面，以备下次装入。结构简单，便于维修，缺点是横移时辊道上不能有铸坯，降低作业率。平移式引锭杆收容于存放架后，靠支架摆动移向铸机侧面，以备下次装入。结构简单，动作迅速，不影响辊道维修，在小方坯连铸机中广泛应用。固定式斜桥存放式引锭杆通过升降斜桥被拉入到固定斜桥辊道上后，抬起升降斜桥，存放于铸机辊道上方，以备再次装入。原理同摆动式，但有一半引锭长度固定不动，摆动部分靠液压缸。斜桥卷取式引锭杆通过升降斜桥辊道被拉入圆弧导向架之后，抬起升降斜桥，存放于铸机上方，以备再次装入。便于维修，减少烘烤，引锭卷绕在圆弧框架中，改善了主架体的受力情况。整体刚性引锭存放装置引锭通过道轨和驱动装置，沿自己的弧形轨道直接送进。结构简单，运行平稳，用于小方坯连铸机。卷取式转筒式引锭杆通过转筒斜面被拉入旋转筒上存放，转筒装于台车上，台车在铸机侧面移动，以备再次装入。结构紧凑，但较为复杂。 2、上装引锭存放装置新型板坯连铸机大多采用上装引锭方式以提高连铸机的作业效率。上装引锭系统一般主要由引锭杆车、卷扬提升装置、引锭防落装置、脱锭机构和引锭导向装置组成。主要分为两类： 1）小车式存放装置：接收引锭时，引锭脱离装置将引锭与铸坯脱开，经导向装置有卷扬装置直接把引锭提起来直引锭小车的链式输送机上。送引锭时，引锭车载着引锭从结晶器上方将锭送入。此装置结构简单，投资较少，但占用操作平台面积。 2）摆动台式存放装置：引锭由2连铸机夹送辊和摆动臂上的引锭驱动辊送上摆动臂，然后用液压缸顶起摆动臂，再用摆动臂上的驱动辊将引锭送到引锭车上。此装置结构简单，但造价较高。图2.13 小车式上装引锭杆1-引锭杆 2-结晶器 3-小车 4-浇铸平台图2.12 摆动台式存放装置2.3 发展趋势 由于连铸的优越性，许多钢厂纷纷采用连铸取代模铸工艺，并出现全连铸炼钢车间。经过几十年的研究，连铸技术正朝着高拉速、高连浇率、高作业率、高铸坯无缺陷率的方向发展。先进的生产技术有如下几点：2.3.1 结晶器在线调宽 为满足用户产品宽度变化以适应市场的要求，西重所为该铸机设计的结晶器宽度调整系统可实现：离线宽度调节；浇铸过程中在线宽度调节；拉坯速度和冷却系统连续监视；在线宽度和锥度调节以补偿拉坯速度变化对冷态铸坯宽度的应响。 该系统主要包括：结晶器夹紧和调宽装置；在线宽度和锥度调节数学模型（与铸坯规格、钢种、过热度、拉速、冷却等有关）；拉坯速度和冷却系统连续监视系统；在线宽度和锥度调节控制模型。2.3.2 结晶器液压伺服振动装置 结晶器液压振动系统可实现振动频率和振幅的最佳组合，再加上最合适振动波型和偏斜率，可用于所有的浇铸条件和生产钢种。液压非正弦振动可在线调节振动参数，如振动频率、振幅、偏斜率。选择适当的参数可减小负滑动时间，使振痕变浅，并可增加正滑动时间，增加保护渣消耗量，改善润滑。液压非正弦振动可在最佳负滑动时间和正滑动时间的情况下降低振动频率，提高设备的使用寿命和稳定性。液压非正弦振动可对于不同钢种，通过选择优化的控制模型及参数获得良好的铸坯质量。2.3.3 二冷自动控制板坯连铸机二次冷却水动态自动控制，是连铸核心技术之一。经过二次冷却的铸坯，易出现表面缺陷和内部缺陷。通常表面缺陷起原于结晶器，内部缺陷主要是二冷区的不均匀冷却造成的。二次冷却局部过冷产生纵向凹陷而导致表面纵向裂纹；二次冷却的水量过大或角部水量过大易造成表面、角部横向裂纹；铸坯在凝固过程中过冷或不均匀二次冷却产生的热应力作用在树枝晶较弱的部位而产生中间裂纹；二次冷却过激易造成中心星状裂纹；二次冷却不均匀，柱状晶生成不规则，产生了“搭桥”而导致中心偏析与中心疏松。为提高板坯内部质量和表面质量二次冷却水动的态自动控制就尤为重要。为此在板坯连铸静态水表的基础上开发了二冷自动控制模型。1、根据钢种及钢的高温延性曲线设定在二冷各冷却区的目标表面温度2、用二维传热模型进行计算，忽略板坯沿横向和铸流方向的传热，建立传热方程3、水量计算数学模型：根据目标表面温度，计算铸坯表面对应的传热系数，由求得的传热系数平均值计算实际表面温度及喷水量的分布4、传热系数模型5、表面温度计算模型及动态水计算模型在考虑实际水流量、铸速、钢种和过热度的情况下，跟踪铸坯在线实时计算铸流的温度分部情况。根据温度分部和所选择的冷却策略，计算各个冷却回路的动态冷却水量设定值，即表面温度控制（在各个冷却规定的表面温度）。三 脱引锭装置的设计内容本人负责脱引锭装置的设计，其具体内容如下：3.1 主要设计参数 铸坯厚度： 铸坯宽度： 铸坯长度： 铸坯运行速度： 3.2 参数分析机型最大断面最小断面经常浇注断面板坯300264031025001302501807003002000大方坯600600200200250250-450450240280-400560小方坯16016055559090-150150圆坯450100200-300异形坯工字型460460120中空坯450/6100椭圆形120140由上表可以看出，铸坯厚度范围为130-300，设计参数最大值为250，厚度较大；铸坯宽度范围为250-2640，设计参数最大值为2150，宽度较大；参数要求的最大横截面积要求为2502150，相较于最大断面3002640和3102500，以及经常浇铸断面180700-3002000，属于非经常浇铸的特种大型断面。由此可以推断，设计要求的脱引锭力较大。当流量保持不变时，对于较小的横截面积，可以采取较大的拉坯速度，而最大横截面积所对应的拉坯速度为最小值。比较连铸机手册中相关数据可知，设计参数中的拉坯速度明显偏大。3.3 设计目标脱引锭的方式分为在线脱引锭与离线脱引锭两种方案。在线脱引锭又分为脱引锭装置脱锭和自动脱锭两种方式，自动脱引锭可以利用上装卷扬装置通过吊钩勾住引锭杆尾部将引锭杆吊起，其上提力可以使引锭头与铸坯分离，从而不借助脱引锭装置而实现自动脱锭。但自动脱锭必须使用引锭杆上装系统，需要引锭杆从结晶器的上端入口进入结晶器。此外自动脱锭依赖于引锭头的形状设计，既要满足脱锭时的受力稳定，又要满足脱锭的顺利，设计要求较高，脱锭稳定性不足，在线脱锭失败会导致生产线停运。离线脱锭是指将连在引锭杆头部的坯头用切割机切下后横移到线外，利用专门的脱锭装置脱锭。这种方式避免了生产中偶尔脱不掉引锭杆的事故，但同时需要增加切割装置和横移的场地与设施，增加了成本费用。故一般选用在线脱引锭装置脱锭，在保证脱锭成功稳定性的同时，减少成本费用。3.4 设计中的关键问题脱锭力及脱锭液压缸的确定。脱锭力是由液压缸驱动脱锭辊来完成的, 根据铸坯的最大断面和经同类型的脱锭装置相比较而确定的。由实际的设计和使用经验与通过同类型的脱锭装置进行脱锭力的实测得出。在确定完脱锭液压缸的类型后需要对液压缸的工作行程进行校核。四 设计方案4.1 大节距弧形引锭杆和刚性引锭杆的脱锭采用与四辊拉矫机配合实现自动脱锭。如图所示，在引锭头通过拉辊后，用上矫直辊压一下第一节引锭杆的尾部，便可以使引锭头与铸坯脱开。图4.2 四连杆液压脱锭机构原理图1-引锭杆本体 2-引锭杆头 3-板坯 4-顶头 5-脱离液压缸 6-后退液压缸图4.1 拉矫机脱锭示意图1-铸坯 2-拉辊 3-下矫直辊 4-上矫直辊 5-引锭链4.2 小节距引锭链的四连杆液压脱锭机构脱锭 原理如图10 所示。这种机构由二个脱锭油缸、二个移动油缸与脱锭体相连接的四连杆摆动机构组成。图a为等待脱锭位置。浇注开始后,引锭杆与铸坯一起拉出结晶器。当引锭头与铸坯头部衔接处运行到脱锭位置时,检测器发出信号,脱锭开始；图b为脱锭液压缸将顶头向上顶起引锭杆头,使其与铸坯脱开；图c为在连接部脱开的同时,用后退液压缸使顶头沿注流前进方向以拉坯速度同步运动；图d为由脱锭液压缸降下顶头的情况。然后,后退液压缸将顶头返回, 完成一个脱锭周期。4.3 短链节在线脱锭装置短链节在线脱锭结构紧凑,使用可靠,由于采用双缸脱锭, 缸头把合在脱锭架下侧的支座上,缸尾把合在底座上,通过脱锭架上面的脱锭辊装置连为一体,脱锭架绕支座4上的销轴旋转带动脱锭辊顶升从而达到脱锭目的。脱锭辊采用35CrMo材质实心辊,辊子表面喷水冷却从而辟免了辊子变形,底座采用整体焊接下部采用防滑筋与基础浇灌一体,使整套设备坚固稳定。底座上部装有格栅架位于脱锭辊前后以用于支承引锭头。脱锭行程通过液压缸设计行程及脱锭架下方的两个接近开关来控制。图4.3 短链节在线脱锭结构1-脱锭架 2-底座 3-脱锭辊装配 4-支座 5-格栅架 6-脱锭液压缸4.4 其他脱引锭装置 如下图所示分别为单液压缸四连杆脱引锭装置和单液压缸脱引锭装置：图4.5 单液压缸脱引锭装置1-引锭头 2-铸坯 3-顶头 4-液压缸 5-拉坯 6-输送辊道图4.4 四连杆脱引锭装置由设计参数可知，脱引锭装置的工作要求是对大截面高拉坯速度的引锭杆进行脱锭动作，所需要的脱引锭力较大，需要结构稳定的短链节脱锭装置，参考以上个方案，可选取图所示的机构类型。五 设计内容5.1脱引锭装置设计5.1.1 脱引锭力的计算非传动辊冲击铸坯的过程分析：初始状态下：铸坯在水平方向上移动，非传动辊与铸坯相接处转动，此时棍子在竖直方向上速度为零；b.过程状态：在液压缸的施加力下，非传动辊加速向上移动，其上方的铸坯也因此获得竖直方向的速度。辊子的运动规律在前半段加速上升，后半段减速上升，近似认为前后两端行程相等，用时相同，加速度绝对值也相同。这一过程中辊子施加给铸坯的力包括铸坯的重力加上使其加速向上的力，由于引锭头和铸坯的接触面间的连接强度无法使引锭头获得同样的上升加速度，故引锭头与铸坯瞬间分开；c.结束状态：铸坯被非传动辊抬升至距原水平面数值高度的位置，速度加速度均降为，非传动辊与铸坯间受力为铸坯的重力。由于整个分离过程持续时间很短（，故可忽略整个过程中铸坯水平方向的运动。1） 计算辊子的加速度：即计算辊子绕支座（一）旋转的角加速度，由运动学规律为：；其中为提升高度所对应的圆心角，其角加速度为；2)计算辊子与铸坯之间的作用力：铸坯脱锭中，在重心处受到重力，在铸坯与辊子接触处受到接触力，合力矩作用使铸坯以角加速度旋转。两辊间铸坯质量为： 脱锭的动力学方程：其中为两辊子之间的距离，为两辊子之间的钢坯的重量，计算可得： 3） 单侧框架所承担的作用力：非传动辊与铸坯间的作用力分别由左右两框架平均承担：5.1.2 运动位置的坐标分别计算在初态（非传动辊辊心位于竖直坐标零点）、末态（辊心位于竖直坐标192mm情况下）各受力点之间的相对位置。初态、末态固定支座以及非传动辊的相对位置简化图如下所示，其中支座（一），支座（二），非传动辊之间的相对位置在整个脱锭过程中没有改变，支座（一）与支座（三）前后绝对位置不变，支座（二）与支座（三）间的液压缸伸长使得非传动辊在竖直方向上上升192mm。初始状态相对位置简化图结束状态相对位置简化图比较支座（二）与支座（三）两状态下二者的相对位置由相距到相距可知液压缸的行程为。5.1.3各铰接点的受力计算在脱引锭过程的末状态时，即非传动辊处于最高点时，脱引锭力最大。故对此时的非传动辊与框架的合体进行受力分析，各铰接点处的受力情况如下图所示：框架对框架受力分析如下：框架在竖直方向上受力平衡：框架在水平方向上受力平衡：由于支座（二）处的支反力沿液压缸方向作用，故有：框架受力在支座（一）处所产生的合力矩平衡：求得各处支反力如下：其中为液压缸与水平方向的夹角，分别为支座（一）与支座（二）之间的水平与竖直方向上的距离，为支座（一）与非传动辊之间的水平距离，为单侧框架支撑非传动辊的作用力。由此可知，支座（一）所受到的合力为：支座（二）、支座（三）所受到的合力为：5.1.4 液压缸的选择考虑在高温、高冲击力的状况下，选用冶金重型机械专用液压缸UY型。由上面的计算可知液压缸的使用要求是：行程为，所用力的大小为；初选液压缸的液压油压力为 由 求得；选用液压缸为高温R型，TF头部法兰式。缸内径/活塞杆径为，活塞面积，活塞杆端环形面积，推力，拉力；生产厂家为天津优瑞纳斯油缸有限公司。5.1.5 校核力的大小1）、轴承的校核 采用调心辊子轴承，选用型号23222EAS.M，轴承内径，轴承外径，轴承宽，当量静载荷，当量动载荷。（1）动载的校核设铸坯与非传动辊之间为纯滚动，由铸坯最大移动速度轴承转速。由于左右框架存在不同步，轴承受载荷不均，存在一边框架受到整个脱引锭力作用的情况，故当量动载荷。综合考虑轴承高温受载，故轴承动载荷校核合格。（2） 静载的校核非传动辊顶起铸坯加速向上的过程轴承受到冲击力的作用，需要校核静载荷。轴承所受到的静载荷，由于冶金设备冲击力大，平稳性较低，取安全系数，计算可知在安全系数远远满足的条件下，高温条件下静载荷亦满足条件。2） 、非传动辊的校核非传动辊采用的材料为S25CrMo，对于合金锻钢轧辊，当强度限时，许用应力；辊子的受力并非集中力，而是沿铸坯接触线均匀分布的均布载荷， 其中b为接触宽度，q为单位长度力的大小非传动辊的危险截面如图中所示，分别为辊颈1-1，2-2，3-3。非传动辊危险截面示意图对于截面1-1： 对于截面2-2： 对于截面3-3： 其中为辊子上的总压力； ，分别为三个截面的直径； ，为两截面到支反力的距离； 为两支反力间的距离，为3-3截面的长度。3） 、销的校核销的材料为45钢，许用弯曲强度为，许用剪切强度为。（1） 、销的校核销作用在销轴（一）处，受到的作用力，支反力两作用点间的长度a. 弯曲应力：抗弯截面系数弯曲应力故弯曲强度合格。b.剪切应力：剪切应力故剪切强度合格。（2） 、销的校核 销作用在销轴（二）、销轴（三）处，受到的作用力，支反力两作用点间的长度b. 弯曲应力： 抗弯截面系数弯曲应力故弯曲强度合格。b.剪切应力：剪切应力故剪切强度合格。4） 、螺栓组的校核 螺栓等级为8.8级，安全系数，摩擦系数（1） 螺栓组（22号件）螺栓组的受力情况如图所示，单个螺栓所受的轴向力为：所有螺栓的剩余预紧力所产生的摩擦力合力与平衡：单个螺栓所受总拉力：为单个螺栓的预紧力、轴向拉力的合力，即残余应力；该螺栓组的许用应力；校核螺栓的直径:故该螺栓组校核合格。（2） 螺栓组（8号件）螺栓组的受力情况如图所示，单个螺栓所受的轴向力为所有螺栓的剩余预紧力所产生的摩擦力合力与平衡：单个螺栓所受总拉力为单个螺栓的预紧力、轴向拉力的合力，即残余应力；该螺栓组的许用应力；校核螺栓的直径:故该螺栓组校核合格。5） 、框架的校核危险截面如图所示，应力为其夹角为的函数，为截面与水平方向的夹角，对角求导可求得应力的最大值；框架厚度为，由于框架为焊接件，截面为工字型，折合为等长的矩形截面其厚度为；Y轴X轴Y轴X轴框架材料为Q235-A，抗弯曲强度，抗剪强度；（1） 剪切应力的校核在该截面处（夹角为小于直角的任意值）的受力分析：平行于截面：垂直于截面：受剪面的折合厚度为：A. 当时 受剪面的长度为的函数:由此可算出受剪面积剪切应力其中由此可得，当取最大值，即时取最大值，此时B.当时 受剪面的长度为的函数:由此可算出受剪面积剪切应力其中由此可得，当取最大值，即时取最大值，此时由以上两种情况可知，而，故剪切强度符合要求。（2） 弯矩应力的校核与在截面处所产生的力矩：在任意截面处的抗弯截面系数为：A. 当时受弯面的长度为的函数:抗弯截面系数表达式为当时，为最小值，此时有最大弯曲应力：B. 当时受弯面的长度为的函数:抗弯截面系数表达式为当时，为最小值，此时有最大弯曲应力：由以上两种情况可知，而抗弯曲强度，故弯曲强度符合要求。