H型感應加熱中間包車的設計

李積文，何 博，何保衛(wèi)，蔣 軍，章裕琳

(中國重型機械研究院股份公司，陜西西安 710032)

0 前言

近年來，連鑄生產(chǎn)實際經(jīng)驗表明，采用比較低的過熱度的恒溫澆鑄對改善鑄坯質(zhì)量有非常重要的作用。所以，控制中間包的鋼水溫度和過熱度從而提高生產(chǎn)率，改進凝固組織，是改善鑄坯質(zhì)量最有效的途徑之一。

但是在實際生產(chǎn)澆鑄過程中，中間包存在著不同程度的熱損失，為了補償中間包流失的熱量，目前一般采用中間包等離子加熱技術(shù)或者中間包電磁感應加熱技術(shù)。

對于中間包電磁感應加熱而言，目前大致分為T型包八字形感應加熱和H型中間包感應加熱。

由于H型感應加熱方式鋼水加熱更加均勻，國內(nèi)新建的鋼廠一般均采用此種方式。

1 H型感應加熱中間包車設計難點

以某鋼廠H型感應加熱中間包為例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 H型感應加熱中間包

如表1所示為H型感應加熱中間包與常規(guī)中間包參數(shù)對比，通過表1對比H型感應加熱中間包和常規(guī)中間包的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：

(1)H型感應加熱中間包重量大。中間包的重量一般由中間包本體、耐材、塞棒機構(gòu)、中間包蓋等構(gòu)成。對于H型感應加熱中間包，由于長水口距離浸入式水口的距離增大，中間包上面還要布置感應加熱裝置，所以中間包裝配重量比較大。為普通中間包的3倍多。對于中包車設計而言就要求對應的升降缸、對中缸、車架等關(guān)鍵部件都需要重新設計計算。

表1 H型感應加熱中間包與常規(guī)中間包參數(shù)對比

(2)H型感應加熱中間包長水口距離浸入式水口的距離增大。這個尺寸的增加，對于連鑄機設計而言意味著回轉(zhuǎn)臺中心線距離外弧基準線的距離增大，對于中間包車設計而言，中間包車的軌距會增大很多，同時考慮升降油缸能力要求增大，升降油缸外形也會增大，中間包車主車架的強度剛度需要重新校核計算。

(3)H型感應加熱中間包支撐耳軸直徑增大、中包最低點距中包殼底距離增大。中間包耳軸支撐在稱重裝置上方，稱重裝置由升降裝置支撐，升降裝置布置在主車架上方。由于中間包耳軸直徑增大、升降框架高度增加、主車架高度增加、中包最低點距中包殼底距離增大、中包車負載增加考慮車輪許用輪壓車輪直徑增大，這一系列尺寸的增大導致中間包底距離結(jié)晶器銅管頂?shù)木嚯x增大，直接造成的后果就是浸入式水口長度增大，一般侵入式水口的長度大概在900 mm以內(nèi)，但是對于H型感應加熱中間包而言，由于上述原因，浸入式水口的長度一般都比較長。

如果采用整體式水口，水口的長度會達到1 500 mm，水口的壽命會大大降低，如果采用上下分體式水口，上水口可以做到600 mm以內(nèi)，下水口做到900 mm左右。

為了適應H型感應加熱中間包的需求，必須重新設計作為支撐中間包的中間包車，在能夠滿足使用的前提下，盡量降低中間包車架的高度、升降框架的高度，從而減小浸入式水口的長度。

控制中包車的軌距和輪距，結(jié)構(gòu)設計合理，否則中間包車的重量增加過多，驅(qū)動中包車的電機減速機規(guī)格又會增大。

中包車重量增大，支撐中間包車的鋼包操作平臺設計的時候也要適當加強。

2 H型感應加熱中間包車設計

對于方坯連鑄機，為了便于控制液面、添加保護渣等工藝操作，一般中間包車都采用高低軌式，這樣中包車靠近內(nèi)弧側(cè)，操作空間比較充裕。

H型感應加熱中間包車也采用高低軌式，主要由車架、傳動裝置、升降裝置、對中裝置、防濺板等構(gòu)成。圖2為H型感應加熱中間包車平面圖。

圖2 H型感應加熱中間包車平面圖

由于H型中間包的重量比常規(guī)中間包大很多、長水口到浸入式水口的距離增大很多、中間包支撐耳軸直徑增大等原因，中間包車設計的時候就要綜合考慮這些因素。

H型感應加熱中間包車設計關(guān)鍵點：

(1)拖鏈。中間包感應加熱的冷卻水、電源等介質(zhì)也是通過中間包車的拖鏈上到中包車上。因此，中間包車拖鏈支架設計也要加強。

由于中間包車的介質(zhì)、感應加熱的介質(zhì)都要經(jīng)過拖鏈，一般采用兩種方法處理。

一種是中包車的介質(zhì)用一個拖鏈，感應加熱裝置的介質(zhì)用一個拖鏈，兩個拖鏈并排布置在鋼包操作平臺上，這樣安裝、檢修維護比較方便，但是由于兩個拖鏈是并排布置，這就要求鋼包操作平臺放置拖鏈的那層設計的比較寬，如果平臺太小的話可能布置就會存在問題。

另一種方式就是中包車介質(zhì)和感應加熱的介質(zhì)共用一個上下兩層的拖鏈。這種設計時，要求拖鏈鏈節(jié)的厚度、剛度都要增大，而且拖鏈的支撐裝置間距要設計合理，防止中間包走行的時候拖鏈由于負載過大而導致的塌腰折斷。

(2)升降裝置。H型包重量增大，升降油缸的型號也要增大，如果中包車不考慮調(diào)渣線，可以采用兩端鉸接式聯(lián)接。如果要考慮調(diào)渣線，升降缸要考慮采用內(nèi)置位移傳感器，升降油缸采用法蘭式聯(lián)接，液壓系統(tǒng)配置比例閥，實現(xiàn)四個升降油缸同步、調(diào)渣線。

升降油缸能力校核的時候要考慮極限狀況下即只有三個缸工作、或者是由于中間包變形導致的只有三個缸起到作用時，滿包情況下依舊能夠升起，且留有1.1～1.5倍的安全系數(shù)。

(3)對中裝置。對中裝置設計的時候考慮空包、單缸對中，即在空包的時候一個缸能夠推動中間包。

中間包重量增加，對中裝置下方的支撐輪、內(nèi)部的軸承需要根據(jù)新的載荷重新設計。因為對中裝置的高度影響到中包車的高度，因此，這塊設計的時候也要仔細考慮。對中油缸增大以后，對中缸頭也要加強。

如圖3所示，為了改善對中裝置橫梁的受力情況，對中裝置設計的時候，讓中間包支撐耳軸、稱重傳感器、位于升降裝置上支撐對中裝置的支撐輪在一條線上。

圖3 升降對中裝置局部示意

(4)主車架設計。中間包車局部視圖如圖4所示，中間包耳軸支撐在對中裝置上，對中裝置由升降裝置的支撐輪支撐，升降裝置通過升降缸和主車架聯(lián)接。

中間包車的負載主要由主車間來承受，升降裝置的液壓缸也安裝在主車架內(nèi)部，升降油缸增大，主車架相應的也得加寬，由于負載增大，主車架的高度需要增加。

但是車架如果增高太多的話，浸入式水口的長度會增加很多，水口長度設計壽命都會受到影響。

圖4 H型感應加熱中間包車局部示意

設計車架時要考慮升降油缸內(nèi)置位移傳感器的更換維護，即升降缸底部距離澆鋼平臺有一個可以操作的距離一般留900 mm左右。

車架設計要有足夠的強度和剛度，由于中間包車工作在熱區(qū)，設備要有足夠的安全系數(shù)。

因此設計車架時要綜合考慮，必要的時候可以通過不增加設備的高度、鋼板的厚度，而是選用更好性能的材料來滿足大載荷的需求。

另外由于中間包的超大超寬，因此設計的中間包車肯定比常規(guī)中包車外形大很多，以主車架為例，主車架比常規(guī)車架長2 m多，高度也會增加不少，因此在設計的時候考慮到設備的加工制造、運輸?shù)葐栴}，可以將主車架從橫梁和豎梁連接處由常規(guī)的焊接式改為法蘭聯(lián)接式。

中間包感應加熱裝置還需要冷卻空氣，在中間包車設計的時候，中包車一側(cè)布置液壓閥臺，另外一側(cè)預留感應加熱裝置固定在車上的風管的安裝位置。

中包車緩沖器設計的時候要注意其長度應該比此區(qū)域的車體更凸出，防止出現(xiàn)未碰上緩沖器而損壞設備的情況。尤其是安裝感應加熱風管側(cè)。

(5)傳動系統(tǒng)設計。傳動系統(tǒng)的設計主要涉及行走電機減速機的設計選型、驅(qū)動軸設計、軸承的選型計算、緩沖器的選型計算、驅(qū)動車輪直徑的選取、輪壓計算。

中間包車驅(qū)動系統(tǒng)設計的流程圖如圖5所示，常見的關(guān)于連鑄機的資料里面都有介紹，需要特別注意的是，由于車輪直徑的大小和驅(qū)動電機減速器的速比成反比，而車輪大小又與許用輪壓成正比，為了滿足中間包車傳動能力的要求，就要選擇合理的車輪直徑和合理的電機功率。

圖5 H型感應加熱中間包車計算流程圖

車輪的大小，一定程度上也決定了車架的離地間隙，為了滿足增大以后的減速電機的安裝空間需求，這兩者要合理匹配設計，同時要考慮為降低浸入式水口長度創(chuàng)造條件。

3 結(jié)束語

中包車設計的時候既要考慮到H型感應加熱中間包的大負載，提高中間包車的剛度、強度、中間包車的行走、升降、對中能力。

同時還要綜合考慮由于中間包車增大以后導致的浸入式水口長度增長，導致水口壽命降低的問題。優(yōu)化中間包車設計，盡量控制水口長度在一個合理的范圍之內(nèi)。

中間包車設計的時候，要考慮感應加熱裝置的安裝、介質(zhì)的接通等問題。