板坯連鑄二次去毛刺機優化設計

方建龍

【摘 要】近年來，三鋼煉鋼廠1#板坯連鑄機二次去毛刺機在使用過程中頻繁出現各種故障，去毛刺率明顯偏低，設備維護成本偏高，已無法滿足現有生產的需要。文章對現有的去毛刺輥及助推擺臂支架進行優化設計，并增加設計一套壓輥裝置，從而提升去毛刺機使用的可靠性和穩定性。

【關鍵詞】去毛刺機;壓輥裝置;助推擺臂

【中圖分類號】TF341.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0083-02

0 引言

目前，國內板坯連鑄去毛刺機結構形式主要有飛錘式和圓盤刮刀式兩種。飛錘式去毛刺機設備維護及備件成本較低，但是只能用在一次火焰切割機后方的長定尺鑄坯，而且毛刺飛濺、刮刀斷裂時存在一定的安全隱患;圓盤刮刀式去毛刺機去毛刺效果較好，但是設備維護及備件成本相對較高，增加助推機構后可以應用在二次火焰切割機后方的短定尺鑄坯。

1 二次去毛刺機問題分析

1#板坯連鑄機二次去毛刺機為圓盤刮刀式去毛刺機，其設備主要由去毛刺輥和助推擺臂裝置組成。去毛刺機的工作原理：鑄坯從輸送輥道送至去毛刺輥上方，輥道及鑄坯停止動作→去毛刺輥兩端底部升降氣囊抬起→兩端定位銷刮刀氣缸升起，定位銷插入定位孔內，限制去毛刺輥轉動，刮刀頂在鑄坯下表面→助推擺臂和輥道同時動作使得鑄坯與刮刀發生相對運動對毛刺進行去除。

在實際運行中，該毛刺機存在以下問題：{1}去毛刺機作業現場環境溫度高、粉塵大，在生產過程中18個升降氣缸容易出現卡阻，經常出現個別氣缸升降不到位現象，造成毛刺去不干凈。{2}現有鑄坯品種及鑄坯定尺規格較多，鑄坯切割后的毛刺大小不一，對刮刀的要求非常高，特別是毛刺較小時，刮刀有輕微的磨損就會出現毛刺去不干凈的現象。{3}去毛刺助推擺臂裝置為“Γ”形結構，長期使用后助推框架受力變形嚴重，助推過程中出現框架振動搖擺現象，底座螺栓經常出現松動，框架焊縫及鋼板出現裂縫。{4}在澆鑄小斷面短定尺時，由于鑄坯重量較輕，鑄坯與刮刀之間的壓力不足，氣缸頂起后直接把鑄坯抬起，刮刀與鑄坯下表面形成了一定的夾角，從而毛刺去不干凈。{5}維護檢修工作頻繁，去毛刺率偏低，氣缸及刮刀備件消耗大，備件成本較高。

2 去毛刺機的優化改造方案

針對原有去毛刺機存在的問題，對原有去毛刺機進行了全面的優化改造，下面通過去毛刺輥、助推擺臂裝置和壓輥裝置的優化設計進行闡述。

2.1 去毛刺輥整體優化改造

通過參考學習鞍鋼使用的一種新型去毛刺機，對去毛刺輥進行了優化設計。優化設計后的去毛刺輥結構如圖1所示，這種去毛刺輥與原有去毛刺輥比較主要改動如下：{1}去毛刺輥的結構主要由支撐梁和活動梁兩部分組成，活動梁可以通過固定在支撐梁一側軸承座上的液壓馬達進行橫向往復運動。{2}刮刀的結構形式改變，由原來的圓盤刮刀改為鋸齒刮刀。{3}取消原有的刮刀升降氣缸，改為壓縮彈簧和升降刀桿配合來達到刮刀與鑄坯下表面緊密貼合。{4}取消去毛刺輥作為輸送輥道的功能，縮短去毛刺輥前后兩輥的間距，采用翻轉油缸實現去毛刺輥0～180度的翻轉傾倒毛刺及氧化鐵皮的功能。優化設計后的去毛刺輥工作原理：鑄坯從輸送輥道送至去毛刺輥上方，輥道及鑄坯停止動作→去毛刺輥兩側軸承座底部的升降油缸抬起→鋸齒形刮刀頂在鑄坯下表面，通過壓縮彈簧使得刮刀與鑄坯緊密貼合，去毛刺輥兩側的定位銷插入基座上定位孔，使得去毛刺輥不能轉動→液壓馬達啟動，帶動活動梁使得整組刮刀橫向鋸動→助推擺臂和輥道同時動作使得鑄坯與刮刀發生相對運動對毛刺進行去除。

2.2 助推擺臂裝置優化設計

原先鑄坯助推擺臂裝置機架結構為“Γ”形，單獨安裝在輸送輥道一側的獨立基礎底座上，助推擺臂擺軸一端安裝在機架上，另一端懸空在輥道上方。優化設計后結構如圖1所示，改為3個支撐立座分別坐落在鑄坯輸送輥道兩側的輥道梁和原先獨立基礎底座上，3個支撐立座的上下都采用鋼梁連接成一個整體，這樣機架結構更加穩定、可靠。為了助推擺臂在鑄坯頭尾毛刺具有相同的驅動力，驅動擺臂裝置由單油缸驅動改為雙油缸驅動。由于去毛刺需要的推力大小受到鑄坯的鋼種、溫度、定尺及毛刺大小等較多因素的影響，具體數值計算較為困難。由于原有油缸在使用過程中驅動力沒有出現不足的現象，雙油缸的選型主要參考原有油缸工作驅動力進行配型。

原有油缸型號：φ160/φ110-500，工作壓力：18 ?MPa，無桿腔工作時作用力：F1=P×S1=18×106×π×0.082=361 728（N），有桿腔工作時作用力：F2=P×S2=18×106×π×（0.082-0.0652）=122 931（N）。

現有油缸選型型號：φ110/φ80-500，工作壓力：18 MPa，助推過程中兩個油缸同時工作作用力：F3=P×S3=18×106×π×（0.0652+0.0652-0.042）=387 162（N）。為了確保能夠滿足增加壓輥裝置后擁有足夠的驅動力，油缸選型時驅動力比原先加大了一點。

2.3 助推壓輥裝置設計

壓輥設計主要為了解決在澆鑄小斷面、短定尺鑄坯時，由于鑄坯重量較輕，鑄坯與刮刀間壓力不足的問題。該機構主要利用現有的助推擺軸作為驅動力，在鑄坯輸送輥道兩側輥道梁的支撐立座中部設置兩個壓輥機構的支撐軸承座。

壓輥裝置設計原理如圖2所示。LS1——鑄坯從輸送輥道至左從右走，助推擺臂，壓輥裝置及去毛刺刮刀處于等待位置;LS2——鑄坯輸送到去毛刺刮刀上方，坯頭超出刮刀100～300 mm，去毛刺輥刮刀升起，刮刀與鑄坯下表面緊密貼合，助推擺臂從右往左擺推動鑄坯，壓輥則從左往右擺動，壓輥接觸鑄坯表面形成一個下壓力的過程，該步驟去除鑄坯頭部的毛刺;LS3、LS4與LS1和LS2是一個反方向的過程，該過程去除鑄坯尾部的毛刺。

壓輥在擺動過程中的受力情況如圖3所示：忽略壓輪重力后主要受力有鑄坯表面的反作用力F1，壓輥彈簧的彈力F2，擺臂驅動力F3，壓輥與鑄坯表面之間的摩擦力f1。對受力情況進行分解后可以得出以下列式。

x方向受力平衡式：

F1=F2×cosθ+F3×sinθ （1）

Y方向受力平衡式：

f1+F2×sinθ=F3×cosθ

摩擦力f1= F1×δ（δ為滾動摩擦系數），由此

F1×δ+F2×sinθ=F3×cosθ （2）

由（1）（2）式得出擺臂驅動力：

F3=F2×（cosθ×δ+sinθ）/（cosθ-sinθ×δ）

δ參考值為0.05計算：

F3=F2×（cosθ+20×sinθ）/（20×cosθ-sinθ）（3）

從式（3）可以看出擺臂所需驅動力F3與壓輥彈簧彈力F2及夾角θ有關，在推坯的過程中θ角從15°逐漸縮小到0°。θ角逐漸減小的過程中，（cosθ+20×sinθ）/（20×cosθ-sinθ）的值是一個遞減的過程，取θ角為15°時計算出最大值為0.32，所以F3≤0.322×F2。

進一步分析可得壓輥所需油缸的驅動力F5=F3×L1/L2×cosα×sinβ，通過機構實際數據計算得出壓輥機構從LS2位置運動到LS4位置過程中cosα×sinβ數值在0.62與0.2間變化，L1/L2的比值為1.6。由此可以得出：F5=2.6×F3～8×F3。

在實際使用過程中逐漸增加彈簧的彈力進行試驗，實際測算壓輥下壓力可達20 000 N左右，油缸驅動力完全能夠滿足鑄坯去毛刺過程中所需要的下壓力。

3 結語

板坯去毛刺機經過優化改進后取得了明顯的效果，去毛刺機原先存在的問題得到有效解決，鑄坯去毛刺率得到提升。但該改進方法也有齒輪與齒條分體式翻轉液壓缸現場安裝精度要求較高、現場故障處理較難、活動梁兩側導向滾動體容易磨損、需要經常調整等不足，目前正在逐步優化。

參 考 文 獻

[1]盧萬有，杜振軍，雷坤，等.板坯去毛刺機的技術改進[J].河南冶金，2012（2）：49-50.

[2]劉洋，王小虎，魯新義，等.連鑄去毛刺機性能優化與改進[J].裝備維修技術，2016（2）：64-69.

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[責任編輯：鐘聲賢]