保温炉>充退磁控制器６冶金丛刊２００１年第３期水平连铸铜带坯跑偏原因分析及纠正措施广州铜材厂唐华摘要：利用受力分析理论，分析水平连铸铜带坯跑偏的机理和控制措施，结合生产实际，提出ｒ引锭机的改进方案。关键词：铜带坯水平连铸结晶器引锭机跑偏纠正分析ＴＨＥＲＥＡＳＯＮＡＮＤＡＮＡＬＹＳｌＳ０ＦＤＥＶｌＡＴｌＯＮＴＨＥＣＯＰＰＥＲＲＥＶＥＬＯＦＴＡＰＥＲＩＮＬＥＶＥＬＰＬＡＮＥＣＯＮＮＥＣＴＣＡＳＴＩＮＧＡＮＤＰＵＴＦＯＲＶＶＡＲＤＣＯＮＴＲＯＬＭＥＡＳＵＲＥＡＳＴａｎｇＨｕａＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｒｏｄｕｃｅｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｌｃｓｔｈｅｏｒｙｂｙｕｓｅｄｔｏｃｏｐｐｅｒｒｅａｌｏｆｔａｐｅｆｉｎｌｅｖｅｌｐＪａｎｅｃｏ肌ｅｃｌｃａｓⅡｎｇ．Ｏｎ幽ｅｂａｓｅｓｏｆｐｒｏｄｕｃ“ｏｎｅ印ｅ—ｅｎｃｅ，Ｔｏｐｕ￡ｆｏｒｗａｒｄｊｍｐｍｖ蛐他ｎ￡ｐｒｅｃｅｐ【ｏｆｔｈｅｃｏｐｐｅｒｌｅａｄｏｕｔｍａｃｈｉｎｅＫＥＹｗＯＲＤＳ：ｃｏｐｐｅｒｒｅｖｅｌｏｆｔａｐｅＬｌｅｖｅｌｐｌａｒＩｅｃｏｎｎｅｃｔｃａｓｔｌｎｇ，１ｅａｄｏｕｔｍａｃｈｌｎｅ，ｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ｐｕｔｎ曲ｔ，ｃｒｙｓｔａｌ１．前言铜带坯水平连铸机列工艺流程简单，投资小、生产品种町选择性强，任现代各类铜加Ｔ厂中，被广泛采用。从１９５８年，瑞士一家公司研制出第·台水平洼铸机列以来，各国销售到世界各地的生产线达数百条。我国从八十年代初引进首条铜带水平连铸机列以束，先后引进Ｊ．近２０条生产线．这些生产线的引进推动了我国铜板带工业的进步。在八Ｉ‘午代末，由国内设计院和大学联台为西北铜加丁厂开发出我国第一条铜带水平连铸机列，现已推广销售了八条机列，在安装过程中，发现机列中没备力能参数确定及匹配，是设计的重要依据。过去这蝗力能参数的确定，主要延续进广ｌ设备的技术 参数，系统计算较少。本人结合机列安装的体会和现场工作经验，对机列的受力情况做系统、具体的分析和计算，ｍ了它们之间的柏互关系，利用其关系式确定力能参数，做为设计的理论依据。另外在现场寅践中，铸造带坯的跑偏一直是最棘手的问题，从机列受力分析人手，结合现场下作经验，对带坯跑偏的机理进行理论分析，并提出了克服跑偏的措施。２．机列组成及生产工艺水乎连铸机列通常由以下设备组成：熔化炉、流槽、保温炉、结晶器、引锭机、一＾次冷却装置、舣面铣床、液压剪切机、卷取机、切屑收集装置等，见图１。一Ｉ明目目⑥县④④④⑤＠⑤ｕＵ’ｃ——印ｑ碍熔化炉保温炉引绽 机夹送辊刀轴前后压紧装置卜下铣刀轴液压剪剀机钎面机夹送辊三辊卷取机图１．机列示意图陵机列的生产工艺为：熔化炉熔化的铜水经流槽流入保温炉精炼、保温，结晶器与保温炉相联接，铜液在结品器内冷却结晶成铜带，锏带被引锭机引拉出结晶器，在引锭机前一次冷却装置将带坏冷却至常温，井送入双而铣床，铣削铜带的上Ｆ表面，消除表面铸造缺陷和偏析甚．然后液压剪将带坯头部剪切后，冉将带坯送入卷取机卷取，当卷重达到耍求时，带坯剪断，重昕卷取下一卷。万方数据唐华：水平连铸铜带坯跑偏原因分析及纠正措施７结晶器钢结构架（固定于保温炉前端）内没有冷却铜套，铜套内部有冷却水通过，铜套内侧衬有高纯石墨板，铜液在石墨板形成的孔内结晶成带坯。二次冷却是对拉出结晶器的高温铜坯用冷却水直接喷淋冷却到正常温度。引锭机为下辊驱动的两对夹送辊，上辊由油缸压下夹紧带坏，电机（或油马达）驱动下辊转动引拉带坯，实现铸造工艺要求的拉停反推
等动作，井将带坯送入双血铣床。双面铣床是整体游动的，其内部结构由一对夹送辊、上ｒ铣刀轴和刀轴前后压紧装置等组成，其中夹送辊下辊、上下刀轴由电机驱动运转，夹送辊上辊及前后压紧装置的上部装置由油缸驱动压Ｉｉ夹紧带坯。液压剪也是随动的，一般为上置油缸的上切剪，任剪切过程中随带坯同步移动，卷取机大多数为无芯三辊卷取机，由一对电机传动的夹送辊和可调节升降的后弯曲辊组成卷取辊系，下夹送辊山油缸驱动升降，夹紧带坯，并作为前弯曲辊。３．机列受力情况分析根据ｌ｜冬Ｉ，带坯在水平方向的｝要分力有：Ｆ１．结晶器阻力；Ｆ２．引锭机牵引力；Ｆ３一ｌ铣床夹辊夹送力；Ｆ３—２．铣削圆周切削ＪＪ水平分力；Ｆ３—３．前后夹紧装置的磨擦阻力；Ｆ３—４．铣床游动的磨擦阻力；Ｆ４．卷取机游动的磨擦阻力。对带坯受力状态的说明：（１ｌ液压剪存机列正常Ｔ作时，丁作时问很短，每次剪切动作约２０秒，（剪切最小速度２．４ｍ／ｓｅｃ，行程６０ｍｍ），剪切周期一般大于ｊ小时，大卷（重六吨）甚至长达十几小时，所以剪切机对带坯的作用时间很短，这在受力分析时町省去剪切力引起对带坯的各种作用力。剪切力本身的计算町参Ｉ湖参考文献１第１５章．（２）．结晶器对牵引拉带坏的阻力，可以理解为带坯与石墨板的磨擦力，该力产牛的原因较复杂。由于在铸造过程中，石墨板卜可能会附有锌及氧化锌等杂质，时间长了本身也会磨损，所以该阻力币易控制，通常以单位带坯横截面外形长度受到其值由铸造合金品种和石墨表面质量决定（紫铜２５Ｎ／ｍｍ，黄１６Ｎ／ｍｍ），例如带坯宽Ｂ＝４５０ｍｍ，厚Ｈ＝１６ｍｍ时，结晶器最大阻力为：Ｆ１＝２（Ｂ＋Ｈ）Ｍ＝２（４５０＋１６）２７＝２５ｌ６０Ｎ（３）．引锭机的牵引力Ｆ２＝ｕ．Ｐｕ：铜带与夹送辊之间的滑动磨擦系数，Ｐ：央送辊作用于带坯上的央
紧力，由上夹送辊的油缸产生。根据现场测试，山于下夹送辊为槽辊，磨擦系数“人十正常的铜对钢的磨擦系数０１５，通常接近０．３，由丁有瞬间反推，该力方向有变化日Ｉ拉时为正债，反推时为负值。（４）．双面铣由于在铣削过程中，会产生振动，且与引锭机的拉停反推随动，受力较复杂。为了分析主要的受力情况，可以不考虑铣床整体运动的惯性，把铣床对带坏的作用力模型简化，只考虑夹送辊夹送力Ｆ３一ｌ，铣削的圆蒯切削力Ｆ３—２，前后压紧装置对带坯的磨擦阻力Ｆ３—３和铣床运动时轨道与车轮的磨擦力Ｆ３—４等四种力。夹送辊夹送力：Ｆ３—１＝ｕＰ。铣床的铣削圆周臼Ｊ削力讣算得：Ｆ３—２＝２Ｐ理论上讲夹辊夹送力，是为克服铣刀轴铣削圆周力而提供的进给力，该力与上．下铣刀轴的铣削圆周力及前后夹紧装置与带坏的磨擦力杆Ｉ平衡，合力为零。即Ｆ３—１＋（Ｆ３—２＋Ｆ３—３）＝０可以把夹送辊的夹送力看作铣床的内力。但是在机列中，铣床是随铸造的引拉运动而游动的．铣床的前后运动靠引锭机作用于带坯Ｊ二的水平力驱动，该力通过铜带坯与夹送辊的磨万方数据８冶金丛十２００１年第３期擦力传递给铣床。所以夹送辊的夹送力除为铣刀轴铣削铜带提供进给力外，还应克服铣床运动时的磨擦力Ｆ３—４。根据上文，可以反铣削圆周力、前后夹紧装置的磨擦力及夹送辊克服前两个力的作用力部分称做铣床内力，则铣床对带坯的作用力只有Ｆ３—４，即铣床对带坯的作用力Ｆ３＝Ｆ３—４。（５）．在水平连铸机列中，卷取机的结构通常分有芯卷取和无芯卷取两种，广州铜材厂设计采用ｉ辊无芯卷取机，该卷取机将夹送辊取消，前弯曲辊位置向后移，其中心线与上支承辊的中心线在水平方向有少量偏移，使这对辊既起到夹送带坯的作用，又与后夹送辊一起形成
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弯曲辊系，如果铸造速度与卷取速度同步，卷取机在卷取过程中对带坯的夹送力和弯曲力可视为内力，町以认为卷取机对进入卷取机的带坯不产生任何作用力，但在水平连铸机列中，卷取机与带坯随动，则卷取机的带坯不产生任何作用力，但在水平连铸机列中，卷取机与带坯随动，则卷取机移动过程中导轨对车轮的磨擦力作用十带坯上（由夹送辊传递到带坯上），我们把该力称为Ｆ４。（６）通过以上带坯在机列中受到的各种力的分析，可将带坯水平受力分力简化为四种力：Ｆｌ，结晶器阻力；Ｆ２，引锭机牵引力；Ｆ３，铣床游动的磨擦阻力；Ｆ４．卷取机游动的磨擦阻力。根据静力学平衡原理：Ｆｌ＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＝０（７ｊ．结论：通过以上分析，我们在设计前应首先确定机列中设备的各个分力，如结晶器的阻力、引锭机牵引力、铣削圆周力及铣床、剪切机、卷取机等设备的随动磨擦阻力等分力，需要说明的是结晶器的阻力、引锭机牵引力是最关键的两个力。然后利用上述各力之间的关系式平衡各分力，计算出各分力的大小，即可确定机列中全部设备的力能参数。４．带坯跑偏机理及控制措施水平连铸机别调试运行过程中，带坯的跑偏是最难克服的问题，下面就针对这个问题，结合上述受力分析进行探讨。通过图２可见，铸坯受到引锭机两对夹送辊、铣床夹送辊上下刀轴、前后压紧装置、卷取辊系等设备的夹紧力及牵引或推拉的水平ＪＪ，如果?呦卵菇袅ρ卮 骺矶确较虿痪 猓 ?孟高宝罗翥黧磊荦喜囊耄袁竺竺．竺列的形位公差（尤其是水平．兰竺度和机列中心线的垂直度）超差，将会改变磨擦力的方向产生侧向力；如果轴的园柱度不好，必然会使带坏两图２丁艺流程示罔侧移动速度不等。类似这些制造、安装误差都将引起带坏跑偏，解决上述问题的最好方法是在设计过程中，提出可行的制造和安装精度．保汪制造和安装质量。ｆＨ是实际卜这些辊的位置度
不可能达到珲想状态，在铸造中产生的不均布载荷引起的跑偏现象，而且｝１１于结晶器内侧卜下石墨板间距Ｈ（见图３）存在细微的平行度误差，冷却水系统对带坯两侧的冷却不均衡，以及保温炉内铜液温度的不均匀，都将影响铸造阻力Ｆｌ不能均布，产生跑偏力。同时随着铸造的进行，石墨板表面会不均匀地磨损，锌及氧化锌会不同程度的附于石墨板表面，影响带材的直线运动，发生带材跑偏现象。这将影响铸造质量和结晶器石墨板的使用寿命，甚至会破坏后部设备。万方数据唐华：水平连铸铜带坯跑偏原因分析及纠正措施９从网２可见，带坯受到多重压紧力：如两对牵引辊的压紧力、铣床夹送辊的压紧力、前后压紧装置的夹紧力、卷取机三辊对带坯的压紧力等等。如果这些压紧力部过大，将带坯牢牢磕紧，横向无法微量滑动。跑偏量的积累将会产生很大的侧向力，侧向力将全部作用ｒ游动设备（双面铣床、卷取机）的侧导向机构上，破坏这些机构。如果加大这些机构的强度，保证带坏在未产生横向弹性变形的情况下，侧导向机构不被破坏，Ｉ『『ｉ带坯的宽度通常宽达３００、４５０ｍ，甚至单带宽达６５０ｍｍ，其弯曲刚度极大，机构必然很庞大，这在设计理论上是不合理的。由于机列中各辊的压紧力都很大，横向无法滑动，如果减少ｌ夹紧力，尤其是引锭机和双面铣Ｖ／／／／／／／／／／／／／／／，ｚｌ床各个辊的夹紧力（即减少驱动这些辊压下油缸的压力），使带ｆ坯在不太大的侧向力作用下横向图３．结晶器石墨板示意图滑动，来补偿跑偏量。从图２中可知，卷取机三个辊对带坯的压力除送进外，主要为使带材弯曲．该力较大。牵引辊和铣床夹送辊的压紧力是为了产牛足够的磨擦力引拉或输送带坯。由于这些辊下辊为槽形辊，纵向磨擦系数较大，横向磨擦系数相对较小，通常横向约为纵向
玻璃钢料塔媒体播放的二分之一。所以，合理地凋整夹紧力，还足可行的。要做到这些．首先应根据上述受力分析精确计算所需油缸的最大压力和最小压力，确定油缸直径和系统压力调整范围。这样就一ｒ以在铸造过程中根据带坯的材质，调度最合适的油缸压力。至于铣刀轴前后压紧装置的压紧力，应根据实际情况调整。根据调试经验，前压紧装置压下油缸直径选６３ｍｍ，而后压紧装置后部没有夹送辊可选大一些十８０ｍｍ即可，压力调整范围大一些，应和４—７ＭＰａ之间。以带坯尺寸为１６×４５０的带坯为例，汁算的引锭机和铣床对带坯压紧力的总和约１６０ｋＮ，带坯横向滑动的侧向力约２４ｋＮ（“＝０．１ｊ），这个力设备足可以承受的。在正常铸造时，带坯两端日ｌ结晶器和卷取机拉着，如中间产生跑偏，其跑偏量由带坯的横向滑动补偿。在现场调试、生产过程中曾多次发现，当调到合理的压紧力时，跑偏的带坯，送入卷取机后，带坯的跑偏不再扩大。即对上述分析的证明。上述方法只是被动地克服带坯的跑偏，由于跑偏力来自结晶器内侧阻力的不均布Ｉｆ『ｉ产生的对带坯的弯矩，如果改变牵引力的布置状态，产生反向等值弯矩，就能消除起因。过去国内外引锭机曾广泛采用了一种上辊四辊压紧方案，每辊有一个油缸压下，改变不同辊的压力，使正压力的分夼改变，磨擦力分布也会相应改变，产生牵引弯矩克服结晶器阻力产牛的弯矩，这样可以纠偏。但原结构设计不合理，小辊没有导向，在纠偏过程，本身随带坯摆动，纠偏量很难掌握，要么纠偏不够，要么纠偏过量产生波浪弯。因此我们在每个结晶器出口处加装一对侧导轮保证压辊叶Ｉ心线与机列中心线垂直，另外在带坯中心线上方再加两辊减小单辊压力对纠偏的影响力度，提高纠偏精度，跑偏问题一定可得到很好解决。（见图４）（下转第５页）万方数据（下接第９页）罔４，改进型引锭机构示意ｌ墨ＩＩ压紧辊
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２．导向杆３．油缸５．结束语通过对水平连铸机列受力系统的分析。可以计算出机列的每个力能参数，为机列系统设计提供理论依据，同时指ｍ引锭机和铣面机夹送辊的夹送力过大对防止带坯跑偏是柯害的，应根据计算选择合理的压力范围。并且提出了改进引锭机结构的方案。参考文献：１《扳带车间机械设备设计》Ｆ册武汉钢? 黾蒲芯吭褐鞅啵 苯鸲∫担龋 嫔绯霭妫 ?９８４年８月第一版。２《带钢卷取机》周围盈著，冶金Ｊ二、眦出版１９９２年ｌ２月第二版。３．《２—４５０ｍ铜带水平连铸机列设计说明书＊杜志科编写。万方数据
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