連鑄拉矯機拉矯輥的改進設計

摘要：介紹了連鑄拉矯機拉矯輥在不斷的實踐中的優(yōu)化設計方案，使拉矯輥的加工制造、使用及修復得到很大的改善。

關鍵詞：拉矯機 拉矯輥 不銹鋼堆焊

1.引言

拉矯機是連鑄機的核心部件，又稱為連鑄設備的心臟。拉矯機主要有以下幾種作用：

1.1.在澆鑄過程中，將鑄坯從二冷卻段內拉出。在拉坯過程中，拉坯速度將根據(jù)不同條件（鋼種、澆注溫度、斷面等）的要求在一定范圍內進行調節(jié)，可以滿足快速送引錠，克服結晶器和二次冷卻裝置的阻力，順利地把鑄坯拉出。

1.2.將弧形鑄坯經(jīng)過一次或多次矯直，使其成為水平鑄坯。對不同鋼種和斷面以及帶液芯的鑄坯都應能避免裂紋等缺陷，實現(xiàn)低溫矯直。

1.3.在澆注前將引錠桿送入結晶器的底部。

1.4.在處理事故時（如凍坯），可以先將結晶器蓋板打開吊出結晶器，通過引錠桿上頂凍坯。

1.5.在板坯連鑄機中，拉矯機牽引引錠桿上裝輥縫測量儀，來檢測二冷段的裝配及工作狀態(tài)。拉矯機的作用主要通過拉矯輥來實現(xiàn)的，因此如何更經(jīng)濟和優(yōu)質地解決拉矯輥的制造和修復問題就顯得很重要。

2.拉矯輥的使用環(huán)境、結構及材質

拉矯輥與高溫鑄坯接觸后又馬上被冷卻，這種冷熱交換的工作條件非常苛刻，因而使輥子因裂紋和磨損而失效。

一般小方坯、板坯連鑄機拉矯輥主要采用25CrMo4、35CrMo、42CrMo、60CrMoV、60CrNiMo及Cr5、Cr8等合金工具鋼制造，而且采用整體結構，（見圖1）成本高，壽命低，且輥面修復困難。這就增加了拉矯機的制造成本。

3.拉矯輥的改進設計

在機械性能和使用效果不變的情況下，我們把拉矯輥的結構由整體結構改為拼焊結構（見圖2）?，F(xiàn)詳述如下：

A.輥身采用壁厚40mm的無縫鋼管，材質為20。

B.側板采用材質為Q235-A的鋼板，厚度為40mm。

C.軸采用材質為45#的圓鋼，粗加工時先把孔加工完，留旋轉接頭安裝孔加工余量，待焊后精加工完成。粗加工后進行調質處理，調質硬度為HB220-268。

D.焊接后進行密封性耐壓試驗，試驗壓力為1.2MPa，保證無泄漏現(xiàn)象。

E.輥身表面采用不銹鋼堆焊，堆焊厚度為5mm。

F.采用E5016焊條焊接，各個件焊前打坡口，焊縫為連續(xù)焊接，焊接前進行預熱。

G.焊接后進行退火處理，消除內應力，再進行機加工。

H.機加工時保證輥身外圓和兩軸端的軸承直徑達到 同軸度要求。

4.不銹鋼堆焊技術在拉矯輥上的應用

堆焊層所要求的性能不要求很高的硬度，甚至對耐磨性也不是主要的問題，而抗氧化性、耐腐蝕（由于連鑄保護渣中大量氟化物所致）和抗冷熱疲勞的能力是應優(yōu)先考慮的因素，尤其后者對拉矯輥壽命的影響至關重要。

在選擇拉矯輥用堆焊材料時應考慮以下特性：

4.1.在700℃的高溫下應有高的屈服點和高的斷面收縮率；

4.2.線膨脹系數(shù)要?。?/p>

4.3.Acl相變點應在700℃以上；

4.4.應具有高的高溫硬度；

4.5.堆焊金屬應為單一的金相組織；

4.6.應保持足夠的鉻含量。

為了滿足以上原則，普遍采用的堆焊材料均以Crl3系不銹鋼為基礎，通過各種方式加入適量的Ni、Mo、W、V等元素，其中鎳是為保證韌性而添加的，對于碳的控制量應以能防止鐵素體析出就足夠了，并且以不能造成殘余奧氏體生成和不降低耐蝕性為限。鉬和鎢是為提高高溫強度而添加，而釩能有限地細化晶粒，提高韌性。

5. 按堆焊工藝來分，拉矯輥的堆焊可分為絲極埋弧焊、帶極埋弧焊和明弧焊三大類。

5.1. 拉矯輥的絲極埋弧堆焊

拉矯輥絲極埋弧堆焊的具體焊接材料牌號品種繁多，可歸結為實芯焊絲埋弧焊和藥芯焊絲埋弧焊兩類。依據(jù)各單位條件的不同以及輥子所在部位的差異，可以選擇不同的焊絲和焊劑的搭配以滿足相應的要求。

拉矯輥堆焊中用得最廣泛的是市售H1Crl3焊絲，直接用這種焊絲配普通H260熔煉焊劑堆焊連鑄輥，這種做法不僅堆焊成本較低，而且也起到了恢復輥子尺寸的作用，比用低合金焊絲（如H18CrMo）單純?yōu)榛謴统叽缧Ч玫枚?，或用H1Crl3焊絲配燒結焊劑，通過焊劑過渡某些合金元素，使堆焊連鑄輥的性能更加理想化，所要達到的堆焊金屬成分通常采用日本日立造船株式會社的標準。 5.2.拉矯輥的帶極埋弧堆焊

拉矯輥堆焊用的焊帶寬度通常為30、45、50和60mm，厚度為0.4―0.8mm。采用帶極堆焊不僅具有高的熔敷速度、低的母材稀釋率、 焊道表面平整美觀，而且由于它焊道寬度大，搭接的道次少，亦即焊道的熱影響區(qū)少，因此它的力學性能也較相同成分的絲極焊要優(yōu)越得多。

表面堆焊時，無論是耐磨還是耐蝕的目的，都希望堆焊金屬的稀釋率盡可能低，這樣才容易保證實現(xiàn)所期望的堆焊金屬的化學成分。

5.3.拉矯輥的明弧焊

多年來，用絲極埋弧焊和帶極埋弧堆焊工藝配用不銹鋼系列材料去制造和修復拉矯輥，取得了滿意的效果，滿足了生產(chǎn)的需要，但這種工藝在生產(chǎn)和使用中也出現(xiàn)一些難以克服的弊端。

明弧焊接時不需要焊劑和保護氣體，再加上不需要預熱和保持層溫，因此，既操作方便，又節(jié)省能源。

與碳一樣，在高溫下氮與鉻反應形成氮化鉻，但與聚集在晶界的大量碳化物不同，其析出物既小又均勻分布，并不出現(xiàn)在普通不銹鋼焊接時的所謂敏化區(qū)。這種氮化鉻的析出物有防止晶粒長大和位錯移動的趨勢，因而改善了室溫和高溫強度，并且能提高耐熱疲勞和抗蠕變能力，改善了韌性。此外，氮化物的析出顯示了較高的抗時效能力，并且在經(jīng)過回火消除應力處理、多層焊或在使用過程中都有明顯的二次硬化現(xiàn)象。

6.結論

拉矯輥是拉矯機中的重要部件，采用合理的結構設計和加工工藝是降低冶金備件成本、提高拉矯輥壽命的關鍵。

參考文獻：

[1]馮捷 ，史學紅.連續(xù)鑄鋼生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2]冶金機械設計手冊.中國科技文化出版社，2006.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊.第1卷.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：劉梅杰（1971-），女，河北滄州人，工程師，現(xiàn)主要從事機械設計方面的技術工作。