長輥在方坯連鑄機水平段的應(yīng)用

陳 娥

(福建省正和鋼管有限公司 福建漳州363000)

長輥在方坯連鑄機水平段的應(yīng)用

陳 娥

(福建省正和鋼管有限公司 福建漳州363000)

描述連鑄機上不同部位的連鑄輥的失效形式，介紹短輥裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理，說明短輥裝置存在的問題，闡述了長輥裝置的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，從連鑄機作業(yè)率、生產(chǎn)成本、鑄坯質(zhì)量、投資、壽命、維護等方面分析了長輥裝置的優(yōu)勢。詳述方坯連鑄機水平段連鑄輥的改造措施及實施效果。

連鑄輥 長輥 短輥 結(jié)構(gòu)

1 前言

連鑄生產(chǎn)線是將熔融鋼水經(jīng)結(jié)晶器凝結(jié)成鋼坯，經(jīng)過密排連鑄輥組成的弧形區(qū)通道最后成坯。因此，由連鑄輥組成的誘導(dǎo)裝置對鑄流軌跡起著支撐和導(dǎo)向作用，特別是在弧形區(qū)，連鑄輥表面直接挾持1100℃左右的鋼坯，再加上冷卻水噴淋冷卻，導(dǎo)致輥面磨損、拉傷、因熱疲勞引發(fā)的圓周龜裂十分嚴重。[1]連鑄輥是連鑄設(shè)備的核心部件，直接影響連鑄機的作業(yè)率、生產(chǎn)成本和鑄坯質(zhì)量。

2 概述

連鑄輥在連鑄機上配置的部位不同功能不同，失效形式也不同，大致分為三種：永久性彎曲變形、磨損和裂紋。

1)位于結(jié)晶器下方的足輥與二冷段的托輥工作溫度最高，主要用于保持鋼坯的凝固以及支承凝固層很薄的鋼坯。其承受鋼坯內(nèi)部鋼液的靜壓力以及在非正常操作時由于鋼坯在輥間停留而使輥溫不均勻產(chǎn)生的熱彎曲應(yīng)力，當靜壓力與熱彎曲應(yīng)力疊加超過其材料的高溫屈服強度時，產(chǎn)生永久性彎曲變形。同時在高溫和鋼坯水冷造成的潮濕工作環(huán)境中該部分輥因氧化而使表面順次脫落，輥徑減小而致磨損。足輥和托輥因彎曲變形和磨損失效的各占50%。

2)位于連鑄機弧形段的夾送輥及導(dǎo)向輥工作溫度高，主要用于鋼坯的變曲、壓送。其承受機械力和鋼坯鼓肚力的作用，同時氯化鐵鹽與水反應(yīng)形成酸，易引起輥面焊道搭接部位的應(yīng)力腐蝕。其直徑較足輥和托輥大，彎曲變形較少發(fā)生，彎曲變形失效的占30%，輥面磨損和熱疲勞裂紋失效的占70%。

3)位于連鑄機校直段的拉矯輥，機械負荷增加，同時由于強行押送鋼坯使輥溫升高，在周期性的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下，使其因熱疲勞產(chǎn)生的裂紋源點擴展以致斷裂。故拉矯輥因裂紋和磨損報廢的各占50%。[2]

4)位于水平段的切前自由輥、切后輥道、運輸輥、出坯輥道等與已經(jīng)凝固的鑄坯接觸，機械力最大，失效形式以磨損為主。

3 技術(shù)分析

以往連鑄設(shè)計結(jié)晶器下的足輥、二冷段的托輥、夾送輥及導(dǎo)向輥、拉矯機的拉矯輥、切前自由輥、切后輥道、運輸輥、出坯輥道等均為短輥結(jié)構(gòu)。

3.1 短輥裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理

每套短輥裝置縱向布置，每流共用一套傳動裝置。由1臺減速電機、1套聯(lián)軸器、1套短輥1+3套短輥2(或4套短輥2+1根聯(lián)接軸+1套軸承座+1個雙聯(lián)鏈輪)、8套軸承座、4條鍵、4個雙聯(lián)鏈輪、3根鏈條(或4根)、4個端蓋(或5個)、4個鎖緊螺母(或5個)組成。四機四流短輥裝置見圖1。

1-減速電機; 2-聯(lián)軸器; 3-短輥1; 4-軸承座; 5-鍵; 6-雙聯(lián)鏈輪; 7-鏈條; 8-端蓋; 9-鎖緊螺母; 10-聯(lián)接軸; 11-短輥2

1)4流工作原理：減速電機通過聯(lián)軸器及軸承座將動力傳給短輥1，短輥1的軸通過鍵與雙聯(lián)鏈輪連接帶動鏈條傳動，帶動其余的雙聯(lián)鏈輪及鏈條，雙聯(lián)鏈輪通過鍵與短輥2的軸連接，從而驅(qū)動3套短輥2。

2)3流工作原理：減速電機通過聯(lián)軸器、聯(lián)接軸及軸承座將動力傳給雙聯(lián)鏈輪，聯(lián)接軸通過鍵與雙聯(lián)鏈輪連接帶動兩端鏈條，鏈條帶動雙聯(lián)鏈輪，雙聯(lián)鏈輪通過鍵與短輥2的軸連接，從而驅(qū)動4套短輥2。

短輥1(或短輥2)中間為開孔(便于水冷)的實心軸，外圈焊接輥皮，兩段焊接擋板。短輥1的軸比短輥2略長，其余結(jié)構(gòu)一致。

3.2 短輥裝置存在的問題

根據(jù)圖1不難看出，短輥裝置近距離接觸高溫區(qū)，零部件多，傳動方式復(fù)雜，內(nèi)部機械力增加，導(dǎo)致變形和磨損，同時機械應(yīng)力和熱應(yīng)力因熱疲勞產(chǎn)生裂紋，高溫環(huán)境及內(nèi)部機械力是其失效的主要原因。短輥裝置主要存在以下問題：

1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，土建基礎(chǔ)及支撐鋼構(gòu)多，基建投資成本高。

2)各零部件連接點多，零部件之間的操作空間狹小，高溫環(huán)境下檢修工作存在安全隱患，檢修維護不易且勞動強度大，維護成本高，經(jīng)常需要停機檢修，直接影響了連鑄機的作業(yè)率。

3)鏈輪鏈條的傳動方式增加了故障點。鏈輪鏈條采用干油潤滑，工作環(huán)境溫度高達1100℃，潤滑油烘干后板結(jié)，油長時間駐留易硬化，導(dǎo)致潤滑效果差，阻力反而增大，造成鏈輪斷齒或是斷鏈條。

4)短輥數(shù)量及規(guī)格品種多，備件消耗量大且不易修復(fù)使用，備件庫存量多，提高了生產(chǎn)成本。

5)流間距短，分布的軸承座多，軸承座的油氣潤滑點較多，且靠近高溫區(qū)域，增加了故障點。軸承座運行一段時間后無油潤滑，加油時由于板結(jié)阻力加大無法順利進油，軸承就會完全卡死，導(dǎo)致輥道不轉(zhuǎn)，鋼坯與輥道產(chǎn)生相對磨擦，相對速度即鑄坯的拉矯速度(2～2.3m/min之間)，鑄坯產(chǎn)生嚴重劃痕，嚴重影響其物理性能及產(chǎn)品質(zhì)量。且如此長期運轉(zhuǎn)勢必燒損減速電機，必須停產(chǎn)檢修。

6)輥本體水冷及軸承座水冷回路接點多，封閉性能差，不能有效降溫。

7)輥體多處焊接，焊后應(yīng)力很難釋放易彎曲變形，同時焊道搭接部位在氯化鐵鹽與水反應(yīng)形成的酸性環(huán)境中應(yīng)力腐蝕，加速了輥體失效。

3.3 長輥裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理

每套長輥裝置橫向布置，同時傳送4流鑄坯。由1臺電機、1臺減速機、1套聯(lián)軸器、2套軸承座、2套聯(lián)接法蘭、4套抱箍和1根長輥組成。四機四流長輥裝置見圖2，與圖1的連鑄輥組對應(yīng)。

圖2 四機四流長輥裝置

1-電機; 2-減速機; 3-聯(lián)軸器; 4-長輥; 5-抱箍; 6-聯(lián)接法蘭; 7-軸承座

工作原理：電機減速機通過聯(lián)軸器及軸承座將動力傳給長輥，長輥與抱箍連接驅(qū)動方坯移動。長輥是用厚壁無縫鋼管制成的空心軸，在安裝4個抱箍的地方需精加工。

3.4 長輥裝置的優(yōu)勢

根據(jù)圖2不難發(fā)現(xiàn)長輥裝置具有如下優(yōu)勢：

1)結(jié)構(gòu)簡單，土建基礎(chǔ)及支撐鋼構(gòu)少，檢修維護點少且維修空間充足，投資和維護成本均較低。

2)輥體結(jié)構(gòu)簡單且主要傳動部件遠離高溫區(qū)，避免了輥體本身的壽命影響及傳動部件損壞的影響。

3)輥體兩端增加了聯(lián)接法蘭，方便檢修與維護。

4)抱箍裝置與鋼坯接觸，輥體不直接與鋼坯接觸。抱箍采用兩半式，用法蘭螺栓連接，其結(jié)構(gòu)簡單且拆卸方便，可視磨損情況單個更換，換下的抱箍可視情況進行表面堆焊以延長使用壽命。

5)軸承座的油氣潤滑點較少，且遠離高溫區(qū)域，減少了故障點。

6)輥體及軸承座水冷回路接點少，封閉性能好，且遠離高溫區(qū)域，能有效降溫以延長使用壽命。

4 方坯連鑄機水平段連鑄輥的改造措施

根據(jù)短輥裝置存在的問題及長輥裝置的優(yōu)勢，將方坯連鑄機水平段的切前自由輥、切后輥道、運輸輥、出坯輥道等由短輥改為長輥。

4.1 改進結(jié)構(gòu)設(shè)計

將短輥的4根單輥改為一根長輥替代，減少了軸承座及輥子的數(shù)量；去除了短輥裝置的鏈輪鏈條傳動；簡化了水冷卻及油氣潤滑回路；將短輥本體焊接結(jié)構(gòu)改為無縫鋼管上固定抱箍的結(jié)構(gòu)；增加了聯(lián)接法蘭及抱箍裝置；將減速電機改為單獨減速機、電機裝置。

4.2 改進材料及加工形式

根據(jù)連鑄輥失效形式的分析，對連鑄輥材料的要求是：高溫屈服強度高，有好的耐高溫氧化性能，高的抗高溫疲勞裂紋形成及擴展的能力。連鑄輥通常采用普碳鋼、低合金耐熱鋼以及1Cr13、2Cr13等不銹鋼材料。不銹鋼材料價格高，普碳鋼耐腐蝕性差，低合金耐熱鋼使用較普遍。

輥面加工形式主要有三種:表面堆焊、鍛造和鑄造，目前表面堆焊較普及。

之前短輥選用15CrMo材質(zhì)經(jīng)鍛造加工調(diào)質(zhì)、表面淬火后直接使用，平均過鋼量為10～15萬t。改造時長輥本體選用20#無縫鋼管精加工后外套抱箍，抱箍采用42CrMo母材表面上堆焊1C13NiMo，平均過鋼量達60～80萬t。

4.3 改進冷卻方式及潤滑方式

軸承、軸承座及連鑄輥體在高溫區(qū)長時間運轉(zhuǎn)，主要損壞原因為熱應(yīng)力變形。通常軸承座及連鑄輥體采用水冷方式有效防止變形。水冷軸承座間接冷卻了軸承，同時油氣潤滑是輥道軸承目前最好的潤滑方式和冷卻方式。

短輥的軸承座及短輥本體、旋轉(zhuǎn)接頭、金屬軟管、水冷卻管離高溫區(qū)非常近，且密布連接，任一連接點(或連接件)破損(或斷裂)均無法正常進行水冷。改造后的長輥水冷卻回路中只有兩個軸承座、單根長輥、兩個旋轉(zhuǎn)接頭及兩根金屬軟管，且所有冷卻點均離高溫區(qū)域較遠，確保了水冷卻效果。

短輥輥道軸承早年采用干油集中潤滑，由于環(huán)境惡劣，干油潤滑脂易從軸承座處外泄造成冷卻水的污染，并在鑄坯表面形成黑斑影響鑄坯質(zhì)量，水處理費用亦較高。長輥油氣潤滑改造后，潤滑點少且遠離高溫區(qū)，且油氣通過油氣潤滑站自動控制后軸承座變得干凈，降低了工人勞動強度，減少了維護量，同時降低了耗油量及水處理費用。壓縮空氣連續(xù)輸送保證軸承座內(nèi)保持0.03MPa左右正壓，具有良好的密封性，避免了冷卻水的侵入，同時壓縮空氣對軸承起冷卻作用，有助于延長使用壽命。

5 實施效果

方坯連鑄機水平段的短輥改為長輥后壽命由改造前的2～3個月延長到12～16個月，壽命明顯提高，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益，表現(xiàn)如下：

1)故障率降低，提高了連鑄機的作業(yè)率，減少停產(chǎn)損失，促進生產(chǎn)穩(wěn)定。

2)大幅度減少投資成本，結(jié)構(gòu)上減輕1/2重量，土建基礎(chǔ)及鋼構(gòu)減少2/3，輔助設(shè)備減少1/2。

3)結(jié)構(gòu)簡單，檢修時間短，安全方便，降低了生產(chǎn)成本及維護成本。

4)備件消耗量小且維修量較少，統(tǒng)一規(guī)格后備件庫存量較少。同時長輥的損耗非常低，磨損后不用直接下線，可視情況更換部分抱箍。抱箍拆裝快，拆下的抱箍可堆焊后反復(fù)使用。

5)大幅度減少了鋼坯劃痕，提高了鑄坯質(zhì)量。長輥多流在一根輥道上，流與流之間存在速度差，理論上會產(chǎn)生相對打滑速度從而產(chǎn)生劃痕，影響鑄坯質(zhì)量。但長輥流與流之間的速度差均在0～0.3m/min之間，相對于短輥卡死后的速度差(2～2.3m/min之間)而言影響很小，即使發(fā)生打滑還可通過自動化控制在較短時間內(nèi)改變拉矯速度將速度差縮小為零，從而減少對鑄坯質(zhì)量的影響。

6 結(jié)束語

改造后的長輥裝置結(jié)構(gòu)簡單，避開了高溫及內(nèi)部機械力影響，壽命長，維修量小，大大提高了連鑄機生產(chǎn)作業(yè)率，節(jié)省了投資成本，降低了生產(chǎn)成本，同時保證了鑄坯的質(zhì)量，對節(jié)能降耗、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)起著重要的作用。目前越來越多的鋼廠采用該類長輥。

[1]李富帥.連鑄輥長壽命技術(shù)研究[A].2008年連鑄設(shè)備技術(shù)交流會論文集[C],2008.

[2]王貴明.連鑄輥材料及制造方法的進展[J].熱加工工藝，1999(1).

[3]曾躍輝.連鑄輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計改造.連鑄，2013(4).

[4]鐘毅,余光明,陳良奎.連鑄輥斷裂失效分析研究.鋼鐵研究，2010(6).

Application of Long Rolls in the Horizontal Section of the Billet Continuous Casting Machine

Chen′E

(Fujian Zhenghe Steel Tube Co., Ltd., Zhangzhou 363000)

This paper describes the failure form of the different casting rolls, introduces device structure and working principle of the short roller, indicates the existence problems of short roller device, describes the structure and working principle of the long roller, from the aspects of continuous caster operating rate, operating cost, quality of casting billet, investment, life, maintenances analysis of long roller′s advantage. detail reform measures on billet level caster casting roll and the implementation effect.

Continuous casting roller Long roller Short roller Structure

陳娥，女，1979年出生，畢業(yè)于重慶工業(yè)高等?？茖W校計算機輔助機械設(shè)計專業(yè)，大專，助工/經(jīng)濟師

TG233.6

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.04.018

2014-04-28)