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大方坯连铸机活动段支撑架工作可靠性的研究

作者:段明南,李山青, 陈军,全基哲2009.11.02阅读 18349

        方坯连铸机的活动段是连接结晶器与导向段 的桥梁,其刚度水平是影响铸坯质量的关键因素。 活动段由导向辊、支座、调整辊组件等组成。它的 作用主要表现在:引导引锭杆顺利进入结晶器;对 浇铸中的铸坯起多点支撑作用。处于活动段的铸 坯因为表面冷却时间短、坯壳薄、鼓肚严重等因 素,一旦冶金通道的型腔变形严重就易引发铸坯 缺陷或浇铸事故,造成严重后果,因此活动段刚度 满足生产要求是其最为基本的设计标准[ 1 ] 。对此 本文首先采用热弹性模型对铸坯与导辊之间的鼓 肚力、拉坯阻力进行仿真分析www.cechina.cn,运用分析结果对全 新设计的大方坯活动段导辊支撑架进行综合应力 分析www.cechina.cn,校核其可靠性,确保活动段支撑架的生产使 用安全。
        根据大方坯连铸机的生产工况可知,活动段 导辊支撑架的承载主要分为3 个方面:铸坯鼓肚力、拉坯阻力及静载。下文分别计算3 种载荷值, 并以所得结果为边界条件,运用有限元数值分析 软件ANSYS 对框架整体进行仿真分析。
        1  确定载荷
        由活动段导辊支撑架的实际工况可知,支撑 架承受静载与动载的综合作用,其中动载荷为铸 坯鼓肚力与拉坯阻力控制工程网版权所有,可通过有限元动态仿真求 得;静载与安装及生产工艺有关,可通过理论计算 求得。
        1. 1  计算铸坯鼓肚力与拉坯阻力
        铸坯鼓肚力与拉坯阻力可通过建立三维有限 元动态模型即可实现求解。
        1. 1. 1  建立三维动态有限元模型
        由炼钢厂实际生产要求及供应商提供的原始 设计参数曲线(如图1 所示) ,可根据供应商提供 的坯壳厚度随浇铸长度的变化曲线来建立活动段 铸坯- 导辊之间的接触非线性有限元模型如图2 所示。
        所建模由44 对Contact 接触对组成,且所有 单元均采用六面体等参单元。
        1. 1. 2  确立动态模型的边界条件
        由供应商提供的图1 曲线以及支撑架与导辊之间的传力作用可确定仿真模型的边界条件[ 2 ] , 具体如下:
        (1) 施加钢水对铸坯坯壳内面上产生的静压 力CONTROL ENGINEERING China版权所有,且该压力从结晶器弯液面开始,随铸机深度逐 渐升高;
        (2) 根据图1 曲线施加随浇铸长度变化的铸 坯温度分布,模拟铸坯的温度分布;

大方坯表面温度及坯壳厚度


        (3) 坯壳的厚度与强度直接决定了活动段各 部位导辊的受力状态,包括鼓肚力与拉坯阻力CONTROL ENGINEERING China版权所有,因 此铸坯的坯壳厚度的确定是导辊受力分析的关键 所在。在实际生产中,现场会根据需要实现不同 拉速与过热度,这势必造成坯壳厚度的波动,由文 献[3 ]可知,活动段坯壳厚度值会在15 %内波动CONTROL ENGINEERING China版权所有, 且由设计商的坯壳凝固厚度曲线(见图1) 可知, 活动段出口处厚度为38 mm ,故此CONTROL ENGINEERING China版权所有,计算导辊受 力时,活动段出口处的坯壳厚度可分别取:38 mm ×(1 ±7. 5 %) = 35. 15~40. 85 mm ,基于此,确定 计算3 个工况,坯壳厚度分别为: 35. 15 、38. 00 、 40. 85 mm ,以计算3 种坯壳厚度所得最大鼓肚力 以及拉坯阻力为后期计算的标准。

三维有限元动态仿真模型多视角图


        (4) 建立导辊与铸坯之间的接触对,约束所有 导辊的自由度仅为转动,并设定滚动摩擦系数;在 模型的铸坯头部施加恒定的拉坯速度。 施加边界条件后的模型如图3 所
标签:连铸,冶金,
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