連鑄機扇形段存放臺架的改進方案

吳 虹 劉海清

(馬鋼集團設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽243000)

1 概述

連鑄機系統(tǒng)包括鋼包車、結(jié)晶器、振動機構(gòu)和用于鑄坯彎曲的扇形段等，工作過程就是將從冶煉出來的高溫、液態(tài)金屬鋼水連續(xù)不斷地澆鑄成具有一定斷面形狀和一定尺寸規(guī)格的鑄坯。在煉鋼連鑄領(lǐng)域，一個廠房內(nèi)也可能有兩條或者以上連鑄機生產(chǎn)線，并且一條連鑄機可以生產(chǎn)多種尺寸規(guī)格的鑄坯，扇形段是連鑄機的重要組成部分，每一種規(guī)格鑄坯對應(yīng)一種扇形段，一條連鑄機上的扇形段外形可以相同，但是每一種規(guī)格的鑄坯對應(yīng)的扇形段內(nèi)部截面形狀和尺寸不同，所以如果要滿足生產(chǎn)需求，生產(chǎn)不同斷面形狀和不同尺寸規(guī)格的鑄坯，就需要多種規(guī)格扇形段，因此存在的問題就是不用的扇形段在廠房內(nèi)存放?，F(xiàn)在已有的各種扇形段存放臺架一般都是固定在廠房內(nèi)，一方面，存放臺架是安裝扇形段的基準(zhǔn)，加工精度要求很高；另一方面，每一種規(guī)格的扇形段都需要一種存放臺架，因此，在通常情況下，存放臺架需要幾十件，占地面積比較大，并且活動不夠靈活，制造成本相對較高。

2 改造方案

2.1 需解決的問題

針對現(xiàn)有單層連鑄機扇形段存放臺架占地面積比較大，制造成本較高的問題，對傳統(tǒng)的連鑄機扇形段的存放臺架進行改進，由原來的單層變?yōu)樯舷聦涌梢酝瑫r放置兩個連鑄機扇形段的雙層存放臺架，既減少了存放臺架的占地面積，又提高了存放臺架的利用率。

另外，改進后的存放臺架上層通過調(diào)節(jié)位置，可以放置不同規(guī)格的扇形段，不需要拆卸重新安裝，適用性高，節(jié)約了制造成本。

對改進后的新型雙層存放臺架進行有限元受力分析，對應(yīng)力集中和變形嚴重的地方采取加固措施。

2.2 技術(shù)方案

改進后的連鑄機扇形段的雙層存放臺架，包括底座、平行設(shè)置的立柱、懸掛耳座和緩沖承重機構(gòu)，立柱豎直固定在底座上；懸掛耳座固定連接在立柱上；緩沖承重機構(gòu)位于懸掛耳座的下方，并活動連接在立柱上；底座上設(shè)置有凸臺，凸臺的形狀與扇形段底部的凹槽相匹配。該雙層臺架可以同時存放兩個扇形段，底座的凸臺與扇形段底部的凹槽相匹配，可以放置一個扇形段，同時還可以保證扇形段在底座上穩(wěn)定不竄動；另一個扇形段在緩沖承重機構(gòu)上，并且，其上方的輪掛在懸掛耳座上。有效地解決了廠房內(nèi)場地空間有限，單層架占地面積大的問題，節(jié)約了生產(chǎn)成本。懸掛耳座的形狀與扇形段上方的行走輪的外形相匹配，根據(jù)扇形段的不同規(guī)格制作不同的懸掛耳座，可以使扇形段穩(wěn)定地掛在懸掛耳座上。懸掛耳座上設(shè)置有倒角，扇形段的輪沿著傾斜的倒角滑下，進行自行對中，不需要操作人員在放置扇形段時進行精確定位。立柱上還固定連接有防擺機構(gòu)，防擺機構(gòu)位于緩沖承重機構(gòu)與懸掛耳座之間，防擺機構(gòu)能夠防止扇形段坐在緩沖承重機構(gòu)上時發(fā)生左右擺動，減少了安全隱患。立柱上設(shè)置有滑軌，扇形段的兩行走輪可在立柱上沿著滑軌移動，使下方的扇形段能夠沿著滑軌直接坐在底座的凸臺上，直接進行定位。

緩沖承重機構(gòu)含有彈簧，在一定程度上可以對落在緩沖承重機構(gòu)上的扇形段起到緩沖作用，并且緩沖承重機構(gòu)還能夠有效地承擔(dān)扇形段的部分重量，減小懸掛耳座的受力，提高存放臺架的整體穩(wěn)定性。需要特別說明的是：緩沖承重機構(gòu)與立柱通過螺栓可拆卸連接，且立柱上設(shè)置有多個螺栓孔，因此可以根據(jù)扇形段的結(jié)構(gòu)尺寸合理地調(diào)整緩沖承重機構(gòu)與懸掛耳座之間的相對位置，可以適用于不同結(jié)構(gòu)尺寸的扇形段，沒有局限性，使用范圍比較廣泛，從而實現(xiàn)一架多用，提高了存放臺架的利用率。而且可以根據(jù)廠房的現(xiàn)有空間范圍，調(diào)整該雙層存放臺架的整體結(jié)構(gòu)并按照扇形段的外形設(shè)計，可以節(jié)省空間，提高空間的利用率。若是新廠區(qū)，存放臺架的整體結(jié)構(gòu)還可以進行適量增大。

該改進方案中的雙層存放臺架設(shè)置有兩對斜撐，共4個斜撐，斜撐的一端固定在底座上，另一端與立柱固定連接。利用三角形的穩(wěn)定性，通過多個三角形的連接結(jié)構(gòu)，增強存放臺架的整體結(jié)構(gòu)強度，保證存放臺架的穩(wěn)定性，提高了安全性。

具體改進方案結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 改進方案結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Improved project configuration

2.3 結(jié)構(gòu)的有限元分析

對改進之后的雙層存放臺架采用有限元法，對整體結(jié)構(gòu)進行分析，立柱、底座、斜撐為焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部筋板縱橫交錯，對筋板系精確建模，手動劃分網(wǎng)格，以保證計算的可靠性。設(shè)計三維模型及網(wǎng)格劃分如圖2。

(a)三維模型圖(b)網(wǎng)格劃分

存放兩件扇形段，總重340 kN工況下，對臺架進行有限元分析，如圖3所示。

(a)(b)

3 結(jié)論

鑒于上述改進設(shè)計方案和有限元分析，結(jié)構(gòu)安全，該扇形段雙層存放臺架結(jié)構(gòu)基本滿足正常使用要求。該改進方案有效地解決了廠房內(nèi)場地空間有限，單層架占地面積大的問題，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

(1)該改進方案的承重機構(gòu)與立柱是活動連接的，位置可調(diào)，從而可以調(diào)節(jié)緩沖承重機構(gòu)與懸掛耳座之間的相對位置，可以存放多種型號的連鑄機扇形段，實現(xiàn)一架多用的功能，提高臺架的利用率，降低制造成本，節(jié)約空間、經(jīng)濟成本和維修成本。

(2)該改進方案中立柱上設(shè)置有防擺機構(gòu)，并且防擺機構(gòu)設(shè)置在緩沖承重機構(gòu)的可活動范圍內(nèi)，針對不同型號的扇形段，都可以有效地預(yù)防扇形段在懸掛時的左右擺動問題，極大地降低了安全隱患；并且立柱和底座之間設(shè)置的傾斜斜撐可以增強存放臺架的整體結(jié)構(gòu)強度，增強臺架的穩(wěn)定性能，在放置扇形段時，能夠保證臺架穩(wěn)定不晃動，避免危險情況發(fā)生。

(3)該改進方案中的雙層存放臺架，可用于各種連鑄機系統(tǒng)，可以根據(jù)每條連鑄機扇形段的不同規(guī)格設(shè)計制造，適用性強。

(4)根據(jù)受力分析，該改進方案中的雙層存放臺架應(yīng)力集中在上方吊耳處，實施時可以適當(dāng)改進焊接工藝，增大板厚，提高結(jié)構(gòu)的剛性和強度。由于立柱的高度較大，上層存放扇形段時，有一定的位移變形量，設(shè)計時根據(jù)現(xiàn)場安裝空間優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，加大立柱型鋼規(guī)格或者焊接板厚。