不銹鋼連鑄板坯表面清理機的開發(fā)及應用

雷 華，楊拉道，張繼強，龍志成，王文學，李新強

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032;2.新疆八一鋼鐵股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830022)

1 前言

不銹鋼連鑄機生產(chǎn)過程中，鑄坯經(jīng)過冷卻區(qū)域逐漸凝固，會在表面形成一層不同于碳鋼板坯的較薄氧化鐵皮層和保護渣層，如果不做處理，會影響軋制成板材的表面質量，同時也影響軋制設備的輥子壽命。

中國重型機械研究院股份公司根據(jù)用戶的要求，于2011年開發(fā)出了一臺不銹鋼連鑄板坯表面清理機，填補了國內空白。在連鑄過程中，在線熱態(tài)清理連鑄坯表面，生產(chǎn)使用后效果很好。

本文對連鑄板坯在線表面清理設備的工作機理、原理、結構形式和使用效果進行介紹。

2 表面清理機的設備組成及工作原理

在線鑄坯表面的氧化鐵皮和保護渣混合層溫度比較高，一般在600℃左右，緊緊與鑄坯基體粘合在一起。連鑄過程中，高壓水噴射到高溫混合層上后，在快速冷卻的同時，也會迅速龜裂，降低混合層與鑄坯基體的粘著力。布置出坯線上的不銹鋼表面清理機，利用其高速旋轉鋼刷輥去除這種混合層，以保證不銹鋼連鑄板坯的質量。

2.1 表面清理機的設備結構 (圖1)

連鑄板坯在線表面清理機組主要由機械、氣動控制和供水系統(tǒng)構成。其中設備結構如圖1所示，主要由氣缸1、平衡機構2、機架3、鋼刷輥4、萬向聯(lián)軸器5、傳動機構6和鑄坯導向裝置7等組成。

2.1 清理機的工作原理

清理機工作原理如圖2所示。上下鋼刷輥6、7緊貼鑄坯表面，并逆鑄坯移動方向高速旋轉，擦刷鑄坯表面的混合層，即旋轉線速度與鑄坯方向相反。

圖2 清理機工作原理Fig.2 Working principle of cleaning machine

上鋼刷輥壓鑄坯的力大小通過平衡架3兩側的力P1、P2的大小來調節(jié)。上鋼刷輥沿機架1導向而上下移動，相互鉸接的第一連桿4、第二連桿5將上鋼刷輥6平衡架鉸接起來，使上鋼刷輥上下運動時，整個機構自由度符合機械設計原理。維護時，上鋼刷輥需要抬起，通過與機架1上的氣缸2拉動平衡架3的鋼刷輥端，使鋼刷輥抬起。在鋼刷輥工作時，氣缸上下腔與大氣相通，處于自由狀態(tài)。鋼刷的擦刷力在通過P1、P2調整確定后，即使不平整的鑄坯通過，也可實現(xiàn)鋼刷輥對鑄坯有一定的壓力，達到與鑄坯形狀變化與清理機的自適應目的。

蝸輪10在合適力度的平衡碼11的作用下旋轉，帶動蝸桿9轉動的同時，使絲桿8上升，推動鋼刷輥7沿機架1導向并上下移動，使下鋼刷輥緊貼鑄坯。平衡碼11的大小，與合混合層去除效果和鋼刷輥壽命有關。

上鋼刷輥的平衡架及下鋼刷輥的平衡碼除實現(xiàn)鋼刷輥的擦刷力恒定之外，在鋼刷輥磨損變化的情況下，也可自適應調節(jié)，以機械方式來降低控制難度。

3.2 氣動控制系統(tǒng)工作原理

氣動控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)上鋼刷輥升降，其原理如圖3所示。壓縮空氣經(jīng)過氣源處理三聯(lián)件處理后，先后通過三口兩位電磁閥、五口兩位電磁閥及單向節(jié)流閥實現(xiàn)氣缸的動作控制。處于圖3所示的閥位時，氣缸處于縮回狀態(tài)。當三口兩位電磁閥、五口兩位電磁閥處于右位時，氣缸的進出口均與大氣接通，處于自然狀態(tài)。氣缸上下腔回路上的單向節(jié)流閥可以實現(xiàn)氣缸升降速度調節(jié)，從維修的角度考慮在系統(tǒng)上設置手動截止閥，以方便維護人員對設備進行檢查和維修。

圖3 氣動控制系統(tǒng)工作原理Fig.3 Working principle of air-actuated control system

3.3 供水系統(tǒng)工作原理

供水系統(tǒng)由高壓水系統(tǒng)和沖洗系統(tǒng)組成。高壓水系統(tǒng)如圖4所示。水源經(jīng)氣動球閥補給到水箱中，水位通過液位計和溢流管進行調節(jié)，水箱中的水通過過濾器、截止閥后，經(jīng)多級泵將水加壓到30 MPa后，流向高壓噴嘴對進入鋼刷輥前的鑄坯表面快速冷卻，噴嘴水流噴射方向逆鑄坯移動方向。高壓泵兩組并聯(lián)，一用一備，通過高壓水泵入口的手動截止閥調整參與工作的水泵。高壓泵出口的止回閥防止高壓水注入非工作泵，壓力表為安全閥對噴水壓力調節(jié)提供依據(jù)，靠近噴嘴的截止閥和止回閥一方面在噴嘴更換或維護時起到切斷水源的作用，另一方面可防止高壓水流向非工作管路。

圖4 高壓水系統(tǒng)Fig.4 High-pressure water system

沖洗系統(tǒng)原理如圖5所示。0.3 MPa的普通水源經(jīng)過噴嘴后，噴射在鋼刷輥表面上，將黏貼在鋼刷輥表面上的混合層沖洗下來同時，對鋼刷輥的鋼刷進行冷卻保護，提高鋼刷輥的使用壽命和工作的有效性能。通過鋼刷輥后的鑄坯大部分氧化鐵皮已經(jīng)脫落，還有少部分附著在上、下鋼刷輥上，必須再用低壓水沖洗掉附著在上面的氧化鐵皮以免影響后續(xù)去除效果。

圖5 沖洗系統(tǒng)Fig.5 Washing system

4 使用效果

2011年9月7日，不銹鋼連鑄板坯在線表面清理機首次在某鋼廠使用，板坯表面清理效果如圖6，圖6a是未投入表面清理設備的鑄坯表面，圖6b是投入后的鑄坯表面，效果十分明顯，氧化鐵皮及保護渣混合層快速的得到去除。

圖6 鑄坯表面清理效果對比圖Fig.6 Contrast of washing effect on slab surfaces

連鑄板坯在線表面清理設備首次經(jīng)過一個多月工程使用，出現(xiàn)鋼刷輥的鋼刷脫落現(xiàn)象，后經(jīng)對鋼刷輥改進，壽命延長到6個多月。

一種新型設備表面清理機，成功應用于工程，為連鑄板坯在線表面清理提供了一種有效的手段和方法。

［1］安子軍.機械原理 ［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1998.

［2］干勇，倪滿森，徐志祥.現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼實用手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010.

［3］趙軍友，徐依吉，袁寶民.隔熱管清洗技術研究［J］.石油礦場機械，2010(2).