塞棒有效行程的计算

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1、塞棒有效行程的计算周川生(洛阳南苑耐火材料有限公司)摘 要 提出有关整体塞棒有效行程新的简便的计算方法。Calculation on effective stroke of stopper rodZHOU Chuansheng(LuoyangNanyuan Refractory Co. ,Ltd. )ABSTRACT A new and simple calculation method for the effective stroke of the integrated stopperrod is established in the paper .1 前言 近几年以来,在有关整体塞棒和浸入

2、式水口的 配套设计过程中,往往要涉及到整体塞棒棒头和浸 入式水口碗部形状的设计。在设计中,首先要确定 浸入式水口的流钢通道的直径,由此确定水口碗部的形状和开口度;在此基础上,再确定与其相匹配的 整体塞棒棒头的形状和长度。 在整体塞棒棒头的形状设计中,还要考虑到塞 棒棒头在浸入式水口碗部的插入深度和整体塞棒提 升的有效行程。很显然塞棒的有效行程越长,整体塞棒对流入浸入式水口的钢流量的控制性就越好, 调节范围就越大。 对于整体塞棒提升的有效行程的计算,以笔者 之见,现有的有效行程的计算公式有不便之处,还不 能计算塞棒在有效行程内,任何一个位置,塞棒棒头与浸入式水口碗部之间的间隙距离,并由此计算流

3、入浸入式水口的钢液的流量。鉴于上述原因,笔者 提出一种新的计算方法供参考。2 整体塞棒棒头的形状 实践证明,在浸入式水口的流钢通道的直径已确定的条件下,整体塞棒棒头的形状直接影响到塞 棒有效行程的长短。 目前,整体塞棒棒头的形状,可归纳成以下几种:图1 半弧形 图2 半圆弧相切(1)塞棒棒头的形状为半圆弧,半径为r1,其值一般较大,见图1。(2)塞棒棒头的形状,由2个半径为r1和r2的半圆弧相切组成, r1的值一般较小,大致 在12mm45mm之间,见图2。(3)塞棒棒头的形状,由3个半径为r1、r2和r3的半圆弧相切组成, r1的值一般较小,见图3。 这种类型在国内很少见。(4)塞棒棒头的形

4、状,由2个半径为r1和r2的半圆弧与2条斜线相切组成, r1的值一般较小,见图4。图3 3个半圆弧相切 图4 半圆弧与2条斜线相切由上述图可见,图1和图4属于同一类,即只有由半径为r1的半圆弧与浸入式水口的碗部相接触,设定为A型。而图2和图3属于另一类,只有由半径为r2的半圆弧与浸入式水口的碗部相接触,而r1不相接触,设定为B型。因此,塞棒有效行程的计算就有两种方法,不能用现有的一种方法来计算。3 计算假设当塞棒棒头的外圆与浸入式水口碗部的内表面正交接触时,塞棒处于关闭状态,在图5中,接触点为a和b(实际上是一条环线) , a - b线为正交接触时,塞棒棒头的横截面直径, c - b为其半径。

5、 在图5中, O为塞棒棒头纵截面圆心, O - b为其半径。 塞棒处于关闭状态时,接触点a和b,与水口碗部的内表面之间的环隙距离为0值。Rn为浸入式水口的流钢71 工 艺 技 术通道的半径。图5 关闭状态当塞棒逐渐向上提升时,塞棒棒头逐渐远离水口碗部,在接触点a和b处,环隙距离由0值逐渐增 大。 当环隙面积增大至与浸入式水口流钢通道截面 积相等时,则认为塞棒处于全开状态。在此期间原 圆心O上升至O1处,塞棒上升的距离为O-O1, 即为塞棒的有效行程,见图6。图6 塞棒有效行程当塞棒棒头顶端与a-b线相切时,此时切点为C点,塞棒处于上升极限位置,在此期间原圆心O上升 至O2处,其上升距离为O-O

6、2,即为塞棒的上升极限 值,见图7。如果塞棒再继续上升是没有意义的。图7 塞棒上升极限4 有效行程的计算4. 1 A型假设当环隙面积增大至与浸入式水口流钢通道截 面积相等时,塞棒与浸入式水口的相对位置见图8。图8 塞棒与浸入式水口的相对位置图其环隙距离为e - b,设为J。 塞棒棒头横截面半径为c - e,设为r3。 塞棒棒头处于关闭状态时的横截面半径为c -b,设为r2,纵截面半径为O - b,设为r1。 塞棒上升的距离为塞棒上升前后,塞棒棒头纵 截面圆心O与O1之间的距离O - O1,设为Ya。 浸入式水口流钢通道的半径设为Rn。图9 截面积相等(1)环隙间距计算当环隙面积增大至与浸入式水

7、口流钢通道截面积相等时,由图9可见:2r22-2r32=2Rn2r22- r32= Rn2r32= r22- Rn2r3=( r22- Rn2)(1)环隙e - b,即为J,J = r2- r3= r2-( r22- Rn2)(2)(2)塞棒有效行程计算Ya= (O1- C) - (O - C)(O1- C)=(O1- e)2- (c - e)2= ( r12- r32)(O - C)=(O -b)2- (c - b)2=( r12- r22)Ya=( r12- r32)-( r12- r22)(3)(3)塞棒有效行程计算示例以国内某钢厂塞棒为例,见图5。 已知:浸入式水口流钢通道的半径Rn

8、=35;塞棒棒头处于关闭状态时的横截面半径为(a -c)即r2=48.3;塞棒棒头纵截面半径为(o - b)即r1=64.5。 由公式(1)计算:r3=( r22- Rn2)=(48.32-352)=33.2881连 铸 2006年第3期塞棒有效行程:Ya=( r12- r32) -( r12- r22)=(64.52-33.282) -(64.52-48.32)=12.50(4)塞棒极限行程计算示例当r3=0时,塞棒棒头的棒尖,已基本离开浸入 式水口碗部窝子。 设塞棒极限行程为Yj。Yj=( r12- r32) -( r12- r22)=( r12) -( r12- r22)= r1-( r

9、12- r22)(4)将有关数据代入(3)式:Yj=64.5-(64.52-48.32)=21.764.2 B型 计算用图见图10。图10 计算图图10中O为塞棒棒头纵断面圆心,O -d为其半径,提升后为O1- e,设为r1;a - b为塞棒棒头处于关闭状态时的横截面直 径,提升后为O1- e,其半径设为r2;c - e为环隙面积增大至与浸入式水口流钢通道 截面积相等时,塞棒棒头横断面半径,设为r3;c - d为塞棒插入浸入式水口碗部的深度,设为S;Rn为浸入式水口流钢通道的半径;O1为塞棒处于有效行程位置时,塞棒棒头纵断 面圆心,其半径为O1-e即r1; 由图10可见,O1- O为塞棒的有效

10、行程,设Yb。(1)环隙间距计算计算方法同A型,由公式(1) ,计算出r3。(2)塞棒有效行程计算由图10可见,塞棒有效行程:Yb= O1- O = (O1- C) - (O - C)(O1- C)=(O1- e)2- (c - e)2=r12- r32(O - C)= (O - d) - (c - d)= r1- SYb=( r12- r32) - ( r1- S)(5)(3)塞棒有效行程计算示例已知:r1=25, r2=26.5; Rn =18; S =18.4。 由公式(1)计算r3;r3=( r22- Rn2)=26.52-182=19.45Yb=( r12- r32) - ( r1-

11、 S)=(252-19.452) - (25-18.4)=9.105 结语 本文意在提供一种有关塞棒有效行程计算的新方法,计算是简单的,仅供大家参考。 塞棒有效行程计算,对设计者而言是很方便的。 但对于其他人员来说,由于塞棒图纸上提供的信息 不足,不便计算。在钢厂,只要把塞棒和浸入式水口 装配在一起,旋转塞棒或浸入式水口,事后可以看 到,在塞棒棒头和浸入式水口碗部内表面留下一条环状痕迹。测量塞棒棒头上的环状痕迹的外径和环 状痕迹至塞棒棒头尖的距离,就可以得到塞棒有效 行程计算所需的r2和S值。 参考文献1 邵毅峰等.小方坯连铸工艺对耐火材料的要求,连铸,1993,2:2934.2 张毅君等.浸入式水口和保护渣浇注工艺在120mm120mm小方坯连铸机上的应用和改进.连铸, 1993, 4.3 张明华译.塞棒和浸入式水口的设计及在连铸机中的操作.国外耐火材料. 1995, 4. 3137.4 李奕等.中间罐塞棒跳棒原因分析.连铸,2004, 4.91 工 艺 技 术