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1、第一章 引言1.1连续铸钢1.1.1 连铸的定义我国是研究和应用连铸技术较早的国家，与50年代中期就开始进行连铸技术的研究。60年代初与工业先进国家同时进入连铸技术的工业应用阶段。但从60年代末到70年代末，连铸发展速度缓慢。1980年世界平均连铸比已达30，而我国只有6.2，80年代以后，连铸技术开始了新的发展时期。引进了一批代表80年代先进水平的小方坯、板坯的连铸机，对我国连铸技术的发展起到重要的作用。80年代中期出现了全连铸的钢厂武汉钢铁公司二炼钢厂，武钢的板坯连铸机、首钢试验厂的老式国产小方坯连铸机和韶关钢铁厂新投产的国产新式小方坯连铸机的主要技术经济指标已接近世界先进水平，被评为我国
2、特等连铸机。能连铸的钢种有高、中、低碳钢，不锈钢，部分合金结构钢，电工硅钢及高牌号硅钢、低合金结构钢等。全套图纸，加153893706高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。连续铸钢与普通模铸不同，它不是把高温钢水浇注在一个个钢锭模内，而是将高温水连续不断地浇铸到一个或一组实行强制水冷带有“活底”的铜模内。待高温的钢水凝固到具有一定厚度的坯壳后，则从铜模的另一端拉出“活底” ，这样铸钢坯就会连续从铜模下口被拉出来。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的新工艺，就是连续铸钢。他完全改变了在钢铁生产中一直占主导地位的“模铸开坯”工艺，大大地简化了从钢水到钢坯的
3、生产工艺流程。连续铸钢的一般生产工艺流程，如图1-1所示。由炼钢炉炼出的合格钢水，经盛钢桶运送到浇注位置，通过中间罐铸入强制水冷的铜模结晶器内。结晶器是无底的，在铸入钢水之前，必须先装上一个“活底” ，它同时也引出铸锭的作用，这个“活底”就叫引锭链。铸入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在一起。银锭连的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的速度把引锭链从结晶器拉出。为防止铸坯坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力在浇注过程中既要对结晶器内壁润滑又要对它做上下往复振动。铸坯被拉出结晶器后，为使其更快的散热需进行喷
4、水冷却，称之为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面铸入结晶器，便形成了连续铸坯的过程。当铸坯通过拉坯机、矫直机后，脱去引锭链。完成凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序。 图1-1连续铸钢生产所用的设备，实际上是连铸作业线上的一整套机械设备。通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。主题设备主要包括有：浇注设备盛钢桶运载设备、中间罐及中间罐小车或旋转台；结晶器及其振动装置；二次冷却支导装置，如在弧形连铸设备中采用直结晶器时，需设顶弯装置；拉坯矫直设备拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置；切割设备火焰切割机与机械剪切机。辅助设
5、备主要包括有：出坯及精整设备辊道、拉钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备中间罐烘烤装置、吹氩装置、脱氧装置、保护渣供给与结晶器润滑装置等；自动控制与测量仪表结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测温 、测重、测长、测速、测压等等仪表系统。从上诉工艺流程和主要机械设备的说明可知，连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成固态，又变成液态的全过程。其间进行比较复杂的物理与化学变化。显然，连续铸钢具有连续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。因此生产工艺对机械设备提出了较高的要求，主要有：设备应具有足够抗高温的疲劳强度和刚度，制造和安装精度要高，易于维修和快速更换，要有充分的冷却和良好的润滑等。1.
6、1.2 连续铸钢的发展概况早在一百多年以前，人们就提出了连续浇铸的问题，也曾经做了各种尝试，其中英国的贝赛麦对钢做了反复的试验，终因当时的科学技术水平较低，限制了连续铸钢的成功。知道本世纪五十年代才作为一种新技术开始在钢铁生产中得到应用。由于连铸有着能从钢水一次直接浇铸成坯的巨大优越性，很快得到了迅速的发展与推广。据统计，到1955年全世界共建成连铸机22台，年总生产能力约为38万t。到1975年底，国外以拥有各种类型连铸机的总台数已达651台，年总生产能力约为1.76亿t仅仅20年的时间，国外连铸机台数增加近29倍，而生产能力增加460多倍。尽管近几年世界几个主要产钢国家的粗钢产量增加缓慢，
7、多数国家还有所下降，但总的连铸坯与粗钢产量的比例却在不断的增加。从1975年到1985年这短短的十年中，全世界铸坯的产量又增加了三倍多，连铸比也提高了近三倍，发展速度相当可观详见表1.1表1.1年份连铸机数量台生产能力粗钢产量连铸坯质量 连铸比 19551975198019821985226511020113138000017600003009000646307177071700850019500225413556313.127.239.249.6值得特别注意的是，当前世界能源普遍紧缺燃料价格不断上涨，作为能源消耗主要工业部门的钢铁企业，是不宜再坚持采用模铸开坯工艺生产钢坯料了，尤其生产小型材
8、，能源浪费会更大。所以，再普遍积极发展大钢坯、方坯的同时，小方坯的的生产也得到了迅速的发展。据统计，1983年时，全世界已经投产和正在建设的小方坯连铸机共有608台，计2016流，约占连铸机总台数的51.6左右。目前，连续铸钢所能浇注的钢钟已近130种，连续的钢号已达500余种之多，包括普碳钢、低合金钢、不锈钢、高速钢、轴承钢、电磁钢以及超合金钢等。其中63为碳素钢，37为不锈钢和合金钢。连铸所能浇铸的断面：方坯从5050mm到450450mm；板坯从50108mm到3052200mm；圆坯从50mm到450mm；工字型坯从达350760mm；中空圆坯是450到100mm。就拉皮速度来说，近几
9、年有明显提高，浇铸板坯和大方坯的拉坯速度已经达到1.52 mmin，而浇铸小方坯的拉坯速度已提高到2.55mmin。多炉连续浇铸的水平也在不断提高，1980年四流方坯连铸最高达775炉，坯重为12.04万t。目前连续铸钢车间主要有两种布置形式，它们主要是根据连铸设备出坯方向的中心线与厂房柱列线之间的关系来区别的，分为横向布置。前者较适合与生产规模较大同时又配置多台连铸设备的炼钢车间，后者则多在旧厂改建或配置连铸设备台数较少的情况下采用。在连续铸钢的发展过程中，连续铸钢设备先后出现了立式、立弯、弧形、水平式等多种形式的连铸机。世界各国最早采用的是立式连铸机，组成它的一整套设备全都配置在一条铅垂线
10、上。由于它的设备高度过大以及由此带来的一系列问题，近年来这种连铸机只有苏联等少数几个国家还在兴建外，其他国家很少采用。为克服立式连铸机存在的问题，出现了一种过渡的立弯式连铸机。它在立式的基础上，当连铸坯出拉坯机后将铸坯顶弯，接着在水平位置上将铸坯矫直、切断、出坯。这种改进在拉坯速度不断提高的条件下，其优越性并不明显。在为进一步降低设备高度的探索中，出现了弧形连铸机。它是目前应用最广、发展较快的一种型式。其特点是组成连铸机的各单体设备均布置在14圆弧及其水平延伸线上，故为弧形连铸机。它基本上保持了立式连铸机的长处，并且大大地降低了设备的总高度。但弧形连铸机的工艺条件不如立式（或立弯式），且它的各
11、单体设备配置在弧线上必然带来各种困难。由于近年来在弧形连铸机上采用直结晶器，使其工艺条件又有所改善。据统计各种型式的连铸机占总连铸机台数的比例为：立式15，立弯式6，弧形及椭圆形78，其他1。1.1.3 连续铸钢的优越性连续铸钢的迅速发展，是因为它与传统的“模铸开坯”工艺法相比，具有下述的优点：(1) 简化了生产钢坯的工艺流程，节省大量的投资。连续铸钢可直接从钢水浇铸成钢坯，省去了脱锭、整模、均热、开坯等一系列中间工序和设备。从现代世界连续铸钢的生产水平来看，据统计，基建设投资和操作费用均可节省40，占地面积约减少50，设备费用减少70，耐火材料的消耗较低15左右。(2)节省大量能源。近年来，
12、世界性能源危机有增无减，各国对降低能耗都十分重视，连续铸钢对节省能源有极其明显的效果。据日本资料介绍，钢的连铸能力仅为模铸开坯法的20.813.5。国际钢铁协会技术委员会最近对109个钢铁企业调查结果表明，每吨钢坯可节省能源相当于2050kg标准煤。如若实行热送新工艺，还可以再节省5kg左右的标准煤。(3)提高了金属的收得率和成材率。由于连铸从根本上消除了模铸的中注管和汤道的残钢损失，因而使钢水收得率提高。又因连铸钢坯没有热帽也不需切去78的坯头，因而成材率也提高了1015，成本还降低了1012。(4)连铸将生产钢坯的许多工序，统一到一个整机上进行这样实现连续生产和采用计算机自动控制创造了有利
13、条件，从跟本上改变了工人在高温、多尘环境年高中工作的不良状况，极大的改善了劳动条件，可提高劳动生产率近30。(5)提高了铸坯的质量。采用连铸的方法可以合理地调节铸坯的冷却条件，实现比较合理的冷却速度，使铸坯结晶过程稳定。内部组织致密，非金属夹杂总量比同钢种钢锭低20左右。化学成分偏析及低组倍组织缺陷等都减少了。还提高了金属的机械性能，改善了连铸坯的质量。 尽管连续铸钢是一项先进的新技术，新设备，且发展很快。但是目前还存在一些问题：连铸工艺对钢水的要求比较高，无论是化学成分、钢水温度，还是对炼钢炉出钢时间与连铸机的配合，都有严格的要求；在实行多炉连浇的生产条件下，连铸机如何才能适应长期在高温条件
14、下作业而不出事故，或一旦出现问题又怎样才能在短时间内排除，恢复正常生产；连铸的操作工艺有待进一步稳定，浇注品种尚需扩大，浇注板坯时的某些缺陷有待于改进，设备作业率和拉坯速度还必须提高等。1.1.4 连续铸钢在我国的发展我国是连续铸钢技术发展较早的国家之一，早在20世纪50年代就已近开始进行研究和工业试验工作。1957年原上海钢铁公司中心实验室的吴大柯先生主持设计并建设成第1台立式工业试验连铸机，浇铸75mm180mm的小断面铸坯。由徐宝升教授主持设计的第1台双流立式连铸机于1958年在重钢三厂建设成投产，接着由黑色冶金设计院设计的1台单流立式小方坯连铸机于1960年在唐山钢厂建成投产，而后仍然
15、是由徐宝升教授主持设计的第1台方坯板坯兼用弧形连铸机于1964年6月24日在重钢三厂问世投产，其圆弧半径为6m，浇铸板坯的最大宽度为1700mm，这是世界上最早的用于生产的弧形连铸机之一；鉴于这些成就，1994年徐宝升教授在世界连铸发展史一书中被列为对世界连铸技术发展做出突出贡献的13位先驱者之一。此后，由上海钢研所吴大柯先生主持设计的1台4流形连铸机于1965年在上钢三厂投产；该连铸机的圆弧半径为4.56m，浇铸断面为270mm145mm，这也是世界最早的弧形连铸机之一，以后一批连铸机相继问世投产。70年代我国成功地应用了浸入式水口+保护渣浇铸技术。到1978年我国自行设计制造的连铸机近20
16、台，实际生产量约112万t，连铸比仅3.4。当时世界连铸机总台数为400台左右，连铸比在20.8。改革开放以来，为了发展国民经济增强国力，学习国外先进的技术和经验，加速我国连铸技术的发展，从70年代末一些企业开始引进了一批连铸技术和设备。例如1978和1979年武钢二炼钢厂从前德国引进单流板坯弧形连铸机3台；在消化国外技术基础上，围绕设备、操作、品种、管理方面进行了大量的开发与完善工作，于1985年实现了全连铸生产，产量突破了设计的能力。首钢二炼钢厂在1987年和1988年相继从瑞士康卡斯特引进投产了两台8流小方坯弧形连铸机，1993年产量已超过设计能力，并在消化引进技术的基础上，自行设计制造
17、又投产了7台8流小方坯弧形连铸机，成为国内拥有连铸机台数和流数最多的企业。1988年和1989年上钢三厂和太钢分别从奥地利浇铸不锈钢的板坯连铸机。1989年和1990年宝钢和鞍钢分别从日本引进了双流大型板坯连铸机。1996年10月武钢三厂炼钢厂投产了1台从西班牙引进的高度现代化双流板坯连铸机。这些连铸技术、设备的引进都促进了我国连铸技术的完善与发展。从国外引进的近终形薄板坯连铸连轧生产线，已在珠江、邯郸、包头、鞍钢等多家分公司建成投产，到2004年我国已有近终形薄板坯连铸连轧生产线11条投入使用。马钢H型钢连铸机和H型钢轧钢机也已投产。2000年我国钢产量达到12849万t，连铸比84.81；
18、进入21世纪又有很大发展，2001年钢产量为15163万t，连铸比89.68；2002年钢产量为18225万t，连铸比92.412003年钢产量为22234万t，连铸比95.35；2004年钢产量为27245万t，连逐比96.03，已进入世界先进水平。今后冶金业将继续坚持不懈地推进以全连铸为方向、以连铸为中心、以炼钢为基础、以设备为保障的生产组织方针，淘汰落后的工艺设备，以质量求生存，以品种求发展，加大节能降耗的力度和环保技术的改造，一定能全面地进入世界钢铁强国的行列。1.2 结晶器的作用和组成1.2.1结晶器的作用结晶器是一个水冷的铜模，是连铸机非常重要的部件，被成为连铸机的“心脏”。钢水在
19、结晶器内冷却，初步凝固成形，并具有一定厚度的坯壳，这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对运动下完成的。因此结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形，重量要轻，以减小震动时的惯性力；内表面耐磨性要好，以提高使用寿命。结晶器结构要简单，便于制造和维护。1.2.2 结晶器的组成和分类根据拉坯方向断面内壁的线型，结晶器的型式有弧形和直形两种。就其总体构造来说，无论是弧形结晶器还是直形结晶器，均可分为整体式，套管式和组合式三种。目前，已制成可调内腔宽度或宽厚均可调的组合式结晶器。我国绝大多数连铸机上都采用组合式结晶器，只有部分方坯连铸机上用套管式结晶器。通常结晶器由内壁、外壳、冷却水路以及支承臂等几部分组
20、成。1.2.2.1套管式结晶器这种结晶器（如图1-2）内壁为一整体的无缝钢管，在铜管外面离开一定的距离（7mm左右）套着钢质的内水套2其间形成冷却水缝，利用隔板及橡皮垫片与外水套联结在螺栓上，装有碟形弹簧，已使铜管膨胀是不致产生太大的压应力（铜管的许用压应力），在冷状态下又不能漏水。冷却水以0.390.59Mpa的工作压力从给水管8往下进入下水室，以610ms的速度流经水缝，进入上水室，从排水管9排出。为了安全和提高导热效率起见，在水缝上部应留有排气装置以放出因过热产生的少量水蒸气。结晶器的外套是圆筒形的，其中部设有底角板，用以固定结晶器在振动台架上。在底脚板上有两个定位销孔和三个固定螺栓孔，
21、保证以外弧为安装基准，并与二冷支导装置的导辊对中。在底脚板上还有冷却水管的接口，所有给水、排水及足辊的冷却水管路都汇集于其上。这样，当结晶器固定在振动台架上时，全部冷却水管同时接通并密封好。为自动显示并控制结晶器内壁的钢液面，在水套上部装有钴60放射源容器及信号接收装置。钴60棒偏心地插在一个可转动的小铅筒内，后者又偏心的安装在一个大铅筒。不工作时，将小铅筒内的钴60棒转到大铅筒中心，这是最安全的位置，因为四周都得到较厚的屏蔽。浇铸时再把小铅筒转180使钴60棒转到靠近钢液位置，对应于放射部位的水套上焊了一个隔水室，以减少射线的损失。在放射源的对面，装了一个倾斜的圆筒，其内装有计数器接收装置，
22、该筒是利用其端部的弹簧卡销卡住的。在大铅筒的正面，设有安装运载工具的锭孔，以便拆换大铅筒。 图1-2 管式结晶器1-外罩；2-内水套；3-润滑油盖；4-铜套；5-放射源容器；6-盖板；7-外水套；8-给水管；9-排水管；10-接收装置；11-水环；12-足辊；13-定位销管式结晶器的特点在于四周圆角半径可适当的加大，通常铸坯断面为100100mm以下，内角半径为8mm；铸坯断面在140140200200mm范围内，内角半径为12mm；铸坯断面在200200mm以上，内角半径 为15mm。这样就不会出现组合式结晶器角部课能产生的缝隙，且冷却也较均匀。因此，这样结晶器也开始应用于大方坯，大矩形的铸
23、机上。1.2.2.2 组合式结晶器组合式结晶器是由4块复合壁板组合而成。每块复合壁板都是由铜质内壁和钢质外壳组成。在与钢质外壳接触的铜板面上面铣出许多沟槽形成中间水缝。每块复合壁板用双头螺栓连接固定。4块壁板的组合是有两宽面夹住窄面，用螺栓固定。冷却水从下部进入，流经水缝后从上部排出。4块壁板的有各独立的冷却水系统。在结晶器的4个角部，可垫上厚35mm，并带45倒角的铜片，以防止铸坯角裂。内壁钢板厚度在2050mm，磨损后可加工修复，但最薄不能小于10mm。对弧形结晶器来说，两块复合板是平的，内、外弧复合板做成弧形。而直结晶器4面壁板都是平面状。当前板坯结晶器已广泛应用到了在线调宽技术。1.2
24、.3 多级结晶器随着拉坯速度的提高，出结晶器下口的铸坯坯壳厚度越来越薄。为了避免铸坯变形或出现漏钢事故，采用多级结晶器，它还可以减少小方坯的角部裂纹和菱形变形。多级结晶器即在结晶器下口安装足辊或铜板。1.足辊在结晶器的下口四面装有多对密排夹辊，其直径较小且具有足够的刚度，辊间安有喷淋嘴水冷却，这些小辊称为足辊，足辊的安装位置应与结晶器对弧，以防对铸坯形成横向应力。足辊对拉坯阻力影响较小，但冷却效果稍差。足辊若发生变形会诱发铸坯鼓肚或菱变。对于圆坯，其足辊的辊面为弧形，与圆坯外径圆弧相一致。2.冷却板在结晶器下口四面个装有一块铜板，并在铸坯角部喷水冷却，铜板靠弹簧支撑紧贴在铸坯表面，确保冷却均匀
25、，这种装置拉坯阻力较大，但冷却支撑效果较好，主要用在小方坯连铸机管式结晶器上。有的结晶器在冷却板下面还装12对足辊1.3 结晶器足辊总成的作用结晶器下部的足辊装置有两个作用，一是在穿引锭时，对引锭头起引导作用，防止划伤铜管。二是对刚出结晶器的铸坯具有夹持的作用，尤其对有轻微脱方现象的铸坯有校正的作用。1.4 结晶器足辊总成设计、研究内容。1.铜管的直径和长度，足辊轴承的结构，定位方式。2.足辊轴直径和长度，润滑油脂供给通道。3.足辊夹持器的结构尺寸，既满足夹持器可靠又要做到足辊距离可调。4.喷淋环的结构和尺寸的设计。5.足辊架的设计：足辊架上有安装足辊、足辊轴、喷淋环、足辊夹持器的空间，同时足
26、辊架要与结晶器水套装配。1.5 结晶器足辊总成设计目标和要求。方坯结晶器足辊总成是对带有液芯的铸坯起支撑和进一步冷却的作用，该部件工作环境恶劣，高温、潮湿、在选择材料时要满足这一工况要求；足辊的长度要同架和铸坯的尺寸相适应，同时考虑到足辊表面对铸坯表面的质量的影响。足辊轴要求有足够的刚度和强度，轴承要保证有正常的间隙，油脂润滑考虑高温汽雾环境的理化指标。喷林环要考虑流量和喷嘴的喷水角度，以及软化水和压缩空气压力的合理匹配，同时考虑内外径尺寸和装配维修的方便。第二章 足辊的设计2.1 窄面足辊的设计根据设计任务书的要求，可知足辊的直径为，而的方坯窄面宽度为319mm，所以取窄面宽度为280mm，
27、即足辊尺寸为。2.1.1轴承的设计轴承的设计有两种方案，方案一：采用专用轴承。方案二：采用通用轴承。在选用轴承时需注意以下方面，轴承的尺寸不能太大，因为足辊的直径已经确定，采用通用轴承时要考虑其工作条件高温、潮湿。选用专用轴承，需设计一个与工作条件相适应的、且成本低的轴承，考虑到轴承要装配到窄面轴上，所以轴承的内径采取，为了防止高温工作环境下，润滑油脂的流失，轴承的内圈与足辊内表面也形成了迷宫密封，轴承内圈的制造是采用弹簧钢丝绕制而成，是不同于通用轴承的内圈，这也是考虑到轴承的实际工作条件，该轴承的滚子采用的是圆柱滚子，采用圆柱滚子轴承承受径向载荷，可以高速运转、高精度、低噪声、低扭矩、刚性好
28、，内外圈之间允许倾斜，还可以防尘，密封，同时考虑实际工作环境，选择圆柱滚子轴承。由于受到足辊直径的限制，取圆柱滚子的直径，长度取，为了防止圆柱滚子相接触，加速磨损，利用保持架将圆柱滚子隔开，采用实体保持架，其结构如下图 图21 图22轴承外圈同内圈起到相同的作用，其设计原理也相同，内外圈之间的沟槽可以存储润滑油脂，可以提高润滑效果，也能增加对润滑油脂的流动阻力，防止润滑油脂大量的外流，提高密封效果，有利于保护环境。这样的结构设计很符合当时工况条件的要求。2.1.2 触环的设计2.1.3 轴承端盖的设计2.1.4 轴向固定1.轴上零件的轴向固定圆柱滚子轴承的一端靠轴肩定位，另一端可以游动迷宫环兼
29、作轴向定位，装拆、传力均较方便，为了方便装拆轴承，轴承处轴肩不宜太高。迷宫环采用孔用弹性挡圈进行轴向定位。2.轴上零件的周向固定圆柱滚子轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差为k6，迷宫式密封的净环与轴的配合采用基孔制过度配合。轴端要装入夹持器中，而且该足辊轴为一个心轴，不受转矩的作用，不转动，故可以在轴端制成两个平面，利用两个平面接触从而实现周向定位。2.1.5 足辊材料的选择选择耐高温、耐腐蚀的材料，1Cr18Ni9Ti。2.2 宽面足辊的设计宽面足辊的设计与窄面足辊的设计相同。第三章 足辊轴的设计3.1 材料的选择因为考虑到足辊的工作环境，高温、潮湿、故因选取耐高温、耐腐蚀的材料，1
30、Cr18Ni9Ti。3.2 足辊轴的设计3.2.1 轴长的设计足辊架的尺寸在设计任务书中已明确了，根据足辊架的尺寸，可以初步确定宽面轴的长度为448mm，足辊架宽面宽度为454mm，窄面轴的长度为358mm，足辊架宽面度为364mm，由于考虑到高温工作环境，轴本身的热膨胀，轴向要伸长，故采用比足辊窄面宽度稍微窄一点，短6mm左右。3.2.2 足辊轴的结构设计3.2.2.1足辊轴的材料选取与辊子相同的材料，1Cr18Ni9Ti,且。 水平面的弯矩： 垂直面的弯矩：（4）弯矩图 图31（5）按弯曲强度校核轴的强度根据公式：由于在计算过程中采用简化过程，而且省略了一些实际条件，从安全角度出发，应加大
31、轴径，由于强度不足，而结晶器失效，将会给生产带来很大的影响。故取。（6）按疲劳强度校核安全系数，参见机械设计课本，由图可知，计算弯矩在截面D处最大，配合边缘的应力集中，在截面F处虽然计算弯矩不大，但其直径最小且有圆角和配合边缘等多种应力集中，故以上两处截面都是可能的危险截面，因此，取。校核如下：F截面疲劳强度安全系数校核抗弯截面系数：合成弯矩：弯曲应力幅：弯曲平均应力：弯曲疲劳极限：弯曲等消系数：，绝对尺寸系数：表面质量系数：弯曲配合边缘有效应力集中系数为 ，故安全。同理也可以得D处也是安全的。（7）足辊轴的刚度校核弯曲刚度的计算计算轴的弯矩作用下产生的挠度y和转角，因为该轴是以阶梯轴，所以采
32、用能量法计算。许用挠度许用转角，有前面轴的结构设计部分可以知道宽面轴的跨度，计算公式如下： ； 将足辊宽面轴分为八段，对每一段用能量法求挠度和转角。图32图33：第一段的计算如下：挠度计算： 偏转角的计算：:第二段的计算：挠度：偏转角：挠度计算： 偏转角计算：第三段计算：挠度： 偏转角： 挠度的计算：偏转角的计算：第四段的计算：挠度： 偏转角： 挠度计算：偏转角：由以上四段的计算可知该轴符合刚度的要求，即 同理其余四段也符合刚度要求。3.3 润滑油脂供给通道的设计3.3.1 润滑油脂的选择该处使用润滑油脂是对圆柱滚子进行润滑，而且工况条件恶劣高温、潮湿、多尘条件，故尽可能选用润滑油脂。而且在设
33、备连续工作，长期工作于恶劣条件下，润滑油脂供至摩擦副始终是连续不断的，采取连续润滑，因供给润滑油脂在设备上采用连续压力润滑由电动干油站集中润滑，柱塞泵通过电机减速机带动，将润滑油脂从贮油器中吸出，经换向阀，顺着给油管向各给油管器压送，给油器在压力作用下开始动作，向各润滑点供送润滑油脂，这样就可以保证连续供油，保证工作可靠性了。对润滑油脂的选取可通过手册进行查询，通过差手册可以了解二硫化钼（MoS2）润滑油脂的性质和应用。比较MoS2润滑脂和MoS2复合钙基润滑脂，SYB140759的性质就可知道，从锥入角度看，MoS2润滑脂不如MoS2复合钙基润滑脂，因为该处工作温度较高，应尽可能选择锥入度较
34、小的，温度越高，润滑油脂越稀。为适应工作环境应选用较稠的，从特点和适应角度来看，MoS2复合钙基润滑脂具有耐潮湿的特点，这也符合实际工作环境，而MoS2润滑脂不能较好的做到，也综合考虑经济方面的因素，最后选择MoS2复合钙基润滑脂SYB140759。3.3.2 润滑油脂的通道设计该系统采用干油集中润滑系统，连续压力润滑，润滑油脂消耗量的计算，参见机械设计手册（每班八小时） cm 单列轴承 N=2.5 根据干油集中润滑系统提供的流量，变可以计算出相应的孔径，通过类比，参考现有该设备，按相同尺寸设计，取润滑油脂的通道直径d=8.6mm，小孔通道直径d=5mm，并且考虑到密封的要求，采用螺纹密封的管
35、螺纹连接。为了把润滑油脂导入到足辊轴中的通道，加设了一个加油管，干油集中的润滑系统将润滑油脂导入到加油管，从加油管进入到足辊轴内的通道，最后到达圆柱滚子轴承。0.5819.7289.1478.5664.03.4 加油管的设计考虑到加油管要与足辊的润滑油脂通道相连，故在加油管的端部也需要制成的同螺纹密封的管螺纹，加油管要伸出足辊架的等边角钢的外面，以便于加注润滑油脂，其设计如下：此加油管采用焊接的方法，这样制造方法比较简单，而且节省成本。其结构简图如下。 图343.5 润滑油嘴的选择设计考虑到采用集中供油润滑，润滑油嘴也有一些不同，如果采用标准件，可以节省成本，但是考虑到现有的设备，为了与现有的
36、设备相适应，所以也对润滑油嘴做了一些改进，主要是考虑到将标准件采用了一些改进，将直通式压油杯油杯M101 GB115279和压配式压油杯油杯10GB11579进行了一些综合，其成本也是不会太高，也就是将两者联合在一起，在压配式压油杯油杯10GB115579上加上一个连接螺纹，其目的是将润滑油嘴连接到加油管上。第四章 夹持器的设计夹持器在结晶器的足辊这部分是非常重要的，它既要作到夹持可靠，紧固足辊轴，同时又要满足足辊距离可以调节，这部分对足辊间的距离要求是比较严格的，因为这一尺寸的变化直接影响到方坯的尺寸和其表面质量。由以上分析课知道轴的结构尺寸设计完成，为了夹持器能夹持住足辊轴，故在夹持器中要
37、设计放置足辊轴的地方，且其尺寸要以足辊轴端相适应，以便于组装在一起，同时还要考虑到夹持器本身的固定夹持器要固定到足辊架上，故需采用螺栓连接，为了便于装配足辊轴，在夹持器上进行工艺性设计，在装配组滚轴处的端面加工倒角，制成5mm45。为了实现足辊距离可以调节，设计时采用了微调机构，调整零件间的位置，利用螺纹传动将旋转运动化为直线运动，实现足辊距离可以调节。4.1 拉杆螺栓的设计通过螺栓传动来推动足辊轴移动，足辊轴两端与夹持器两端面的相接触，要产生摩擦力，螺杆的受力要能克服此摩擦力，否则无法实现直线运动。根据摩擦力摩擦系数正压力参见机械设计手册课查得摩擦系数，取由足辊设计部分可知作用于足辊轴上的正
38、压力为：所以根据螺杆的受力平衡可知，螺杆所受到的力就等于F（摩擦力）考虑到该处的螺旋传动，要求并不高，只要能满足螺杆强度、自锁、耐磨性、螺纹牙强度、滑动螺旋传动的主要失效形式为螺纹磨损，因此，应根据螺杆螺母的耐磨性来决定，其中径设计过程如下，参见机械设计师手册4.1.1 螺旋传动的材料选择螺杆材料采用Y1Cr17，螺母材料采用Y1Cr17，参见手册。4.1.1.1 耐磨性的计算根据螺杆中径：（此处采用普通螺纹且是细牙，为了实现微调）F轴向载荷，NPP许用比压，Pa，参见机械设计师手册，机械工业出版社，表3-6-7滑动螺旋副材料的许用比压PP，取PP=10MPa。根据螺母的形式选定，整体螺母取1
39、.2-1.5,取。取中径，参见有关的国际要求，从安全的角度出发，应加大螺杆的直径，由于在计算过程中忽略了实际情况，同时为了计算，制造提供方便，取，即取M10的螺栓。螺母高度旋合圈数，P螺距，m，取P=1.5mm=1.510-3mm，参见机械制图，高等教育出版社，附表5-2普通螺纹的基本尺寸（GB196-81）螺旋的工作高度：（普通细牙螺纹，以便于实现微调）工作比压：（用于校核）根据以上验算，可以知道满足耐磨性的要求。4.1.1.2验算自锁性P当量摩擦角，f摩擦系数，取f=0.15，s导程，a螺纹牙形角，该处为普通螺纹，故a=60，通常可使，根据以上验算，可以知道满足自锁性的要求。4.1.1.3
40、验算螺杆强度当量应力，螺杆材料的许用应力，参见机械设计师手册，机械工业出版社，表3-6-8滑动螺旋副材料的许用应力，根据，材料的屈服强度，参见机械设计师手册，化学工业出版社，表3-1-19不锈钢的力学性能与用途（GB1220-84），d1螺纹小径，取d1=8.376mm，T1转矩，Nm，根据机械设计，高等教育出版社，可以知道：根据以上验算，可以知道满足螺杆强度的要求。4.1.1.4 验算螺纹牙强度螺纹牙根部的宽度，p螺距，取p=1.5mm=1.5103m。螺杆：根据校核公式：剪切强度，材料的许用切应力，表3-6-8，d1螺杆内径，n旋合圈数螺母：根据校核公式：剪切强度，d螺杆外径，材料的许用切
41、应力，表3-6-8，b螺纹牙根部的宽度。根据以上验算，可以知道满足螺纹牙强度的要求。根据所设计的螺杆，选择与其相适应的螺母，故需要在足辊上制出相应的螺纹，将螺杆与足辊轴相连接。4.2空心螺栓的设计为了防止螺杆产生过大的弯曲变形，同时用于固定，支撑螺旋传动的螺母，所以在设计中利用空心螺栓来满足以上要求，螺杆装在空心螺栓内部，螺栓头用空心螺栓支撑，通过旋转螺栓头带动螺杆传动，从而实现直线运动，同时空心螺栓还有另外一个作用，用于固定两足辊间的距离，当两足辊间的距离确定后，拧空心螺栓，使其端面顶在足辊轴上，这时，空心螺栓就要受到水平力的作用，这水平力的大小很大程度决定了空心螺栓的尺寸。参见机械设计，彭
42、文生，李志明，黄华亮主编，高等教育出版社。4.2.1 空心螺栓的材料选择考虑到空心螺栓的工作环境，参考现有材料的力学性能，最后选择Y1Cr17，参见机械设计手册，化学工业出版社，表3-1-19不锈钢的力学性能与用途（GB1220-84）4.2.2空心螺栓的设计计算根据公式：松螺栓连接F单个螺栓所受的轴向工作载荷，N，螺栓材料的屈服强度，pa，参见机械设计师手册，机械工业出版社，表1-4-15螺纹紧固件常用材料（GB38-76），=，n安全系数，见表1-4-16螺栓简化计算的安全系数n，取n=5，d螺纹的小径，m。考虑到此螺栓为空心螺栓，螺栓直径应加大，以免影响正常工作。同时考虑制造的要求，零部
43、件的标准化、系列化、通用化，按国际对计算结果进行圆整，故选择M24的螺栓。4.2.3 空心螺栓的结构图（其结构如下图）图414.3固定夹持器的螺栓设计4.3.1螺栓材料的选择根据加持器的工作环境和其工作要求等，选择Y1Cr17，该材料具有抵抗硫酸、磷酸、乙酸、醋酸能力：具有良好得耐晶间腐蚀性，也有较好切削性能。参见机械设计手册，化学工业出版社，表3-1-19不锈钢的力学性能与用途（GB1220-84）4.3.2连接螺栓的设计计算参见机械设计，彭文生，李志明 主编，高等教育出版社为了将夹持器固定在足辊架上，便需要利用螺栓连接，该螺栓主要受到剪切力的作用受横向工作载荷，该处采用松连接，而且用双螺栓
44、连接，提高连接的可靠性和连接的稳定性，这也是工作安全的需要，故该处的连接螺栓需要满足剪切强度要求，根据剪切强度进行校核计算。根据剪切强度校核公式：d0螺栓剪力直径,mmm螺栓抗剪面数目n计算对象的受压高度螺栓材料的许用应力，MPa，见表11-6，取S=2.5，由剪切强度校核公式：从安全角度出发，提高工作的可靠性，应加大螺栓的尺寸，同时参考到国标，取连接夹持器的螺栓为M16。4.3.3 夹持器的结构设计由前面的螺栓设计可以知道，取M16的螺栓，而且该处采用普通螺栓连接，为了安装螺栓，故需要钻出光孔，一般取光孔直径为1.1d，即1.116=17.6mm，为了方便加工，测量取18mm;为了提高强度，
45、连接的可靠性，稳定性，采用双螺栓连接，两螺栓间的距离要考虑前面足辊轴的设计，因足辊轴的两端各制成三个平面，一平面用于连接微调机构，另两个平面用于固定足辊轴，且两平面间的距离为30mm，同时为了便于安装，装配，采用间隙配合，间隙取0.5mm，故夹持器夹持足辊轴的部分为30.5mm。为了减少加工面，安装螺栓处加工沉头座，由于采用M16的螺栓，拧紧螺母，螺栓不转动，取沉头座的宽度=25mm,长度=37mm.4.3.4 夹持器的工艺设计为了便于足辊轴装入夹持器中，设计成5mm45倒角。4.3.5 夹持器的结构图（结构图如下图）图42第五章 喷淋环的结构设计5.1 选择喷淋环的流道根据工程流体力学，得设计，其设计过程如下：5.1.1 圆形管道在过流截面的任一半径r处，取一宽度为dr的圆环，如下图： 图51因dr很小，可以认为其上速度相等，按公式计算，于是通过微元面积上的微小流量：通过整个断流面的流量为：即 管道长上的压强差管道长度动力粘度管子直径断面上的平均流速：5.1.1.1 沿层能量损失流体在圆管内作层流流动时的沿层能量损失：压强差，重力加速度密度即 圆管层流的沿程能量损失系数5.1.1.2 单位重量流体的局部能量损失局部阻力系数管中的平均速度局
