一种先进的小方圆坯连铸机冷床区出坯系统最新文档.docx

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一种先进的小方圆坯连铸机冷床区出坯系统最新文档

一种先进的小方圆坯连铸机冷床区出坯系统

　　1概述

　　现代高效连铸机是一套系统工程，各种机构之间的配合更加紧密，除了传统意义上的结晶器振动、拉矫机等影响生产节奏的关键设备，冷床区出坯系统也扮演着越来越重要的角色。

出坯系统的功能是否满足生产多种坯型的要求，出坯节奏能否与生产周期相匹配都成为制约铸坯质量与工作拉速的直接因素。

笔者作为长期从事连铸机设计实践的一线工作者，收集整理了一些国内、外冷床出坯系统比较有代表性的资料。

下面将结合具体工程，针对方/圆坯连铸机的出坯系统做出比较详细的介绍。

希望对广大读者有一定借鉴意义。

　　2小方/圆坯连铸机出坯系统主要设备及设计要点

　　如图1所示，为我公司为天津某钢厂R10m六机六流方/圆坯连铸机所设计冷床区出坯系统。

铸坯规格：

150×150毫米、160×160毫米、？

覫150毫米、？

覫160毫米、？

覫280（预留）毫米。

切割定尺：

12～16米。

工作拉速：

2.5～3.5米/分钟。

　　2.1冷床区辊道（件1）冷床区辊道的用途是将火焰切割机按工艺要求切割后的铸坯快速输送至冷床区域，并将铸坯做暂时存放。

技术要点：

　　①冷床区辊道由多组长辊道组成，每组长辊道为一至六流共用，辊道间距1600毫米布置。

辊间距的选定应小于最短铸坯定尺的一半。

　　②长辊道内部设计有通水冷却，冷却进水管经由旋转接头连接辊子中心，冷却水在辊子内循环一周后再由旋转接头处排出，并流至冷却系统，最终冷却水经过冷却后再送回进水管路循环使用。

这种设计可有效降低辊道工作温度，有助于延长辊道使用寿命；并且循环冷却水系统的设计也实现了节能、环保的要求。

　　③当作长距离辊道布置方案时，由于辊道输送距离较长，辊子数量多，根据铸坯定尺长度、铸坯处理功能及自动跟踪等要求可对辊道进行分组设计及控制。

针对冷床区辊道设计为整体控制即可。

　　④长辊道设计为单独传动。

即每组辊道由一台减速-电机驱动。

这样设计的好处是：

生产中，当某一台减速-电机出现故障，影响到对应长辊道转动时，其他长棍道可继续工作，并可通过在计算电机能力时加大安全系数，以保证生产不受影响。

　　⑤电机与减速机能力按照一块铸坯最少接触辊道支撑的情况计算，按此计算出的电机静功率再乘以1.8～2.0倍的安全系数选取电机。

应选用辊道专用电机和减速机，采用电机减速机直联型结构，电机在减速机下面，（或者加装防护罩等方式）以防止热量辐射，单传动辊道减速机多选用行星减速机，当然也可选用三环减速机等。

　　⑥减速-电机转速的选取，根据辊道线速度的大小和变化根据生产节奏和辊道的功能特点（如停止精度、与连铸机同步、输送铸坯的周期等方面）确定，例如切前辊道、切下辊道、切后辊道、去毛刺辊道等等。

根据辊道的不同功能，常用的最大线速度有60m/min，30m/min，10m/min，5m/min等。

必须进行出坯系统每个设备的周期计算，才能最终确定辊道速度。

计算设备周期时，电机启、制动的加、减速时间按小于2s设计。

每个设备的周期都必须满足连铸机的生产节奏，且必须留有余地，例如，增加等待辊道（缓冲辊道），以预防突发事故的产生。

　　⑦长棍道在每流中心线两侧设计有凸缘，在输送铸坯时起导向作用。

　　2.2铸坯抬升机构（件2）铸坯抬升机构的用途是将存放在冷床区辊道上的铸坯抬升起来，距离辊面有一定高度。

这样一方面方便进行下一步捞钢机的工作，避免当铸坯跑偏时等意外情况发生干涉；另一方面可以作为一个缓存装置，当捞钢机生产节奏暂时跟不上铸坯出坯速度时，使钢坯离开辊道，不影响下一根铸坯。

技术要点：

　　①铸坯抬升机构主要是由固定滑轨、连杆机构及液压驱动装置等组成。

在连杆的上端设计有一个活动拨爪，当液压缸伸出时，推动拨爪上升，使铸坯沿着固定滑轨提升并存放；在液压缸缩回时，活动拨爪自动放下。

　　②由于小方坯铸坯定尺较长，抬升机构受力点总跨距相应也要加长，在液压缸工作时，为保证抬升的同步性，在连杆机构处设计有同步轴。

　　③当连铸机出坯垮与浇铸垮地势存在高度落差时，也可考虑此机构。

　　2.3推钢/捞钢机（件3）为保证连铸机的生产节奏以及同时生产两种不同断面铸坯的要求，本方案采用一台推钢/捞钢机，用于将冷床前辊道上的铸坯收集/捞起并运至冷床台架或热送辊道上。

捞钢机是一台工作频繁、自动控制的专门用于将铸坯吊离辊道的起重机设备。

技术要点：

　　①推钢/捞钢机是由支撑梁、捞钢车等组成。

捞钢机的主要支撑装置是固定在土建基础上的两个支架，在支架上固定有车轮齿条等装置。

捞钢车由运行机构及提升机构组成，两个机构互相配合，实现整个捞钢动作。

　　②捞钢车的运行机构由一台减速—电机驱动，实现捞钢车走行。

减速—电机通常设计在捞钢车中部，减速机输出轴与捞钢车两端齿轮之间由机械轴同步；齿轮与支撑梁上的齿条啮合，可保证捞钢车在走行的过程中不会发送车轮空转的情况，更好提供动力。

减速机另一输出轴连接有编码器，编码器与PLC系统连接实现走行的自动控制。

编码器的原理是通过统计输出轴的转数，按照减速比可换算出齿轮的转数，最后带入齿轮的分度圆半径，可计算出捞钢车的走行距离，这种设计相比行程开关或接近开关，控制精度大大增加。

　　③捞钢车的提升机构由两个油缸驱动曲柄连杆机构，实现捞钢车吊钢功能。

曲柄连杆机构一端与液压缸连接，另一端与捞钩梁铰接，吊钩梁均匀布置了3组导向轮，提升过程的稳定性。

液压缸伸出时，吊钩下降；缩回时，吊钩上升。

在液压缸的同步轴一端，也设计有编码器，原理同上，实现对吊钩升降过程的控制。

　　④正常生产长定尺铸坯时，每流每次吊起一根铸坯。

当有特殊需要生产短定尺铸坯时（铸坯定尺小于8米），考虑捞钢机工作能力，可每流每次捞钢可一次吊两根铸坯。

　　⑤吊钩的齿状设计与翻钢步进冷床齿形相配合，可实现对一个运送批次（两组）铸坯间的分钢功能，稍后将做详细介绍。

　　2.4翻钢步进冷床（件4）翻钢步进冷床多用于小方/圆坯连铸机；少数情况应用于大方/圆坯，如：

铸机需要兼顾多种断面的生产等。

其用途是将铸坯（小方坯、小圆坯）在冷床架上翻转冷却，防止铸坯变形，然后收集成组横向移动、冷却，以备吊运。

技术要点：

　　①冷床为液压传动、步进翻转式。

主要由横梁、纵梁、传动梁、动齿条、静齿条、床体盖板、液压缸、摇架、拉杆和同步轴等组成。

　　②冷床在初始位等待铸坯，此时液压缸均为缩回状态。

工作时，按照“初始位—上升位—前进位—下降位—后退（初始）位”的步骤循环工作。

　　③升降机构由液压缸驱动，带动拉杆机构沿∠型滑轨向上，从而实现动梁的上升。

液压缸的布置应靠近受力中心位；多组液压缸时应考虑同步机构；拉杆机构应有导向装置。

　　④横移机构由液压缸驱动，液压缸的布置应靠近受力中心位；多组液压缸时应考虑同步机构。

　　⑤冷床的跨距根据最大铸坯定尺决定。

铸坯在冷床上翻转的过程中，铸坯两端悬空距离应越小越好，一般情况下设计小于1米。

因为铸坯悬空越多，越容易变形，影响铸坯质量。

　　⑥冷床的动齿条和静齿条并排布置，多组齿条间跨距应尽量均匀；在有多种铸坯定尺的情况下，也应满足其生产要求。

　　⑦冷床的长度由生产工艺决定，确切的说就是跟铸坯下线温度有密切关系。

因为冷床每一个步进周期时间一定，铸坯停留时间越长，温度越低。

　　2.5铸坯收集装置（件5）铸坯收集装置位于冷床区的末端，用于铸坯的收集、存放，并等待下线。

　　①铸坯收集装置主要由轨道梁、纵梁、滑轨、同步梁摇臂、拨爪小车和驱动液压缸等组成。

同步轴由轴承座支撑，并固定在支架的底座上。

同步轴上设计有几组连臂，每个连臂各与一台拨爪小车铰接，另有两个连臂分别与两个液压缸相连。

当液压缸工作时，推动连臂摆动，从而带动拨爪小车沿支架上的导轨前后移动，拨爪即可推动由翻钢步进冷床送来的铸坯至轨道梁末端，等待吊送。

　　②铸坯收集装置每一个拨钢动作可同时推动多根铸坯。

铸坯数目可根据生产节奏，或吊车每次起吊间隔时间确定。

　　③铸坯收集装置的长度根据储存铸坯数量及铸坯外形决定。

同时在设计时也要考虑留有一定缓冲能力，以防设备故障时储存。

　　④铸坯收集装置的宽度主要取决于最大铸坯定尺长度。

当用夹具吊运铸坯时，收集装置最外侧轨道梁中心到铸坯的端部最少要保留200毫米的距离，以满足夹头动作的要求。

　　⑤轨道梁的布置主要考虑与翻钢冷床齿条之间的间隔，同时满足多种定尺铸坯的收集。

设计中常用平面排列法来得出轨道梁之间的距离。

　　3工作流程及自动化控制

　　冷床区设备工作流程如图2所示。

　　铸坯被火切机切断后，由长辊道快速运送至冷床区，遇到固定挡板停止。

固定挡板附近设置有热金属探测器（也可是碰球开关等传感器，视配置要求而定），检测每流铸坯的输送情况，并反馈信号给自动化控制系统。

当热金属探测器检测到钢坯信号后，自动化控制系统会立即给对应铸流的铸坯抬升机构发出工作指令，将铸坯抬升起来。

在铸坯抬升后的对等高度区域，配有打号机；打号机为成套设备，自身有其配套的控制，设置在前端的传感器得到信号后，盘式打号机构前伸开始工作，打印上规定编号。

打印结束后，控制系统会得到打号机发出的信号，开始下一步捞钢机的工作。

　　捞钢机安装在长辊道和铸坯抬升机构的上方，生产伊始，捞钢机的捞钢小车停放在检修位等待；检修位位于翻钢步进冷床的对面一侧，并与长辊道间隔一定距离，此事吊钩处于高位。

工作时，捞钢小车先走行至铸坯抬升机构上存放有铸坯的流之前（当同时存有多根铸坯时，以时间先后自动排列），吊钩距离铸坯一段距离停止；提升吊钩吊起铸坯，起吊工作流程为“下降—前进—抬升—至下一吊坯位”，收集满连根铸坯后，横移到翻钢步进冷床前部落钢位放置，然后再返回进行下一块铸坯的吊运。

如图3落钢位所示，捞钢机吊钩齿距与翻钢步进冷床静齿距相同，吊钩下落的过程，可使两个铸坯分别停留在冷床静齿条的两个相邻齿凹之内。

落钢位在调试时必须要准确定位，才能保证实现分钢功能。

　　在捞钢机放钢的过程中，翻钢步进冷床的动梁应保持静止状态。

待捞钢机完成动作后，冷床开始工作。

冷床的升降机构和横移机构均有接近开关反馈信号，通过编程可实现自动工作。

铸坯在冷床上的运行轨迹如图3左侧所示，每一个步进周期，方坯可实现一个侧面的翻转，四个周期翻转一周；圆坯根据断面不同，翻转角度各不一样，但最终也能实现翻转。

图3右侧示意可以看出，在翻钢步进冷床的末端，动齿条会将铸坯送至铸坯收集装置的滑轨上，并在下一个步进动作中，用动齿条的侧面将铸坯向前推挤成组。

根据生产节奏要求，距滑轨前端一定距离的位置设有一个碰撞开关（此开关位置可调，以适应不同断面铸坯），在铸坯排列四至六组后触碰开关，铸坯收集装置的液压缸工作，将铸坯用拨爪小车送到滑轨末端，等待吊车运走。

　　4技术优势

　　其一，本套出坯方案可实现完全自动化控制，最大程度减少人工成本。

并且，由于不用人工操作，避免了操作失误的可能，也提高了设备之间的配合效率。

　　其二，与传统小方坯出坯系统“推钢机—分钢装置—步进冷床—收集台架”相比，本方案节省了“分钢装置”的中间过程，减少事故隐患点，可更流畅、快捷的出坯。

且本方案没有设计推钢机，整个过程中只有末端的铸坯收集装置有限的距离会发生铸坯与滑轨的摩擦，最大程度保证了铸坯表面质量。

　　关于铸坯的分钢，是一个逐步演化的过程。

最早我国在步进冷床之前普遍采用一种分钢机构，机构设有一个向下成一定角度的滑轨，铸坯靠自身重量沿滑轨下落后，由带有弹簧减震装置的挡板接住。

步进冷床的每个步进周期带走一根铸坯，以实现分钢。

现代分钢技术主要有（本方案）捞钢机的吊钩分钢和步进冷床的阶梯式分钢，阶梯式分钢是靠冷床自身的动齿条和静齿条之间阶梯状的布置，使得每次步进只放过一根铸坯，而把其余铸坯挡住，以实现分钢。

　　其三，新式翻钢步进冷床的应用，不光可实现铸坯翻转和步进两种功能，控制铸坯的变形量；而且升降机构和横移机构的优化，使得冷床的机构更加合理，事故率大大降低。

　　其四，冷床区液压系统可通过在增加调速阀和比例阀等措施，调整液压缸的速度与同步，适应各种生产节奏要求。

　　5结语

　　小方坯连铸机的出坯系统是个复杂细致工程，机械设备种类多样，且功能各异。

本方案结构紧凑、功能齐全、厂房利用率及自动化程度高，应用范围较为广范；可满足多断面、多流数、多定尺的生产要求，适用于绝大多数小方坯连铸机。

代表了目前国内小方坯连铸机出坯系统的领先水平。