板坯連鑄機結(jié)晶器改造技術(shù)的研究

王建偉 胡曉路 陳鯤鵬

(中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司裝備設(shè)計部 上海200940)

·革新與改造·

板坯連鑄機結(jié)晶器改造技術(shù)的研究

王建偉①胡曉路 陳鯤鵬

(中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司裝備設(shè)計部 上海200940)

通過對一臺引進的二手連鑄機中的結(jié)晶器設(shè)備存在的問題進行分析，提出一種可行的改造方案，通過采用液壓調(diào)寬裝置代替原有手動調(diào)寬裝置，以提高連鑄機生產(chǎn)效率。就改造過程中遇到的問題及解決問題的過程進行簡要描述，以供在解決同類問題時參考。

結(jié)晶器改造 調(diào)寬裝置 液壓驅(qū)動

1 前言

結(jié)晶器是連鑄機設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定性直接影響生產(chǎn)。其作用是使鋼水在其內(nèi)部形成一定厚度的坯殼，并將其輸送到二冷區(qū)域中進一步凝結(jié)[1]。

結(jié)晶器一般由外弧側(cè)框架(水箱)、內(nèi)弧側(cè)框架(水箱)、側(cè)邊框架、窄邊支撐、寬度調(diào)節(jié)裝置、寬邊夾緊裝置、銅板和足輥等組成。實際生產(chǎn)中，通過打開寬邊夾緊裝置，由寬度調(diào)節(jié)裝置帶動窄邊的位置調(diào)整，從而達(dá)到調(diào)整生產(chǎn)鑄坯寬度和錐度的目的。當(dāng)前新建的板坯連鑄機基本上都具備在線冷調(diào)寬功能，即在無鋼水的情況下，通過控制畫面設(shè)定，實現(xiàn)結(jié)晶器寬度和錐度自動調(diào)節(jié)。部分連鑄機具備在線熱調(diào)寬功能，即在帶鋼水生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)結(jié)晶器寬度和錐度自動調(diào)節(jié)。

本改造技術(shù)方案是針對于一臺從意大利引進的二手連鑄機，屬于20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，為全弧型連鑄機。方案針對這臺連鑄機存在的問題，對結(jié)晶器進行改造。經(jīng)過前期現(xiàn)場考察、方案討論研究、設(shè)計制造，最終在實際生產(chǎn)中投用，提高了連鑄機生產(chǎn)效率。

2 結(jié)晶器存在的問題及改造難點

2.1 結(jié)晶器在生產(chǎn)中存在的問題

該連鑄機原設(shè)計的結(jié)晶器可采用在線手動調(diào)寬裝置，但無鎖緊裝置，在生產(chǎn)中會導(dǎo)致錐度走偏，從而影響鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量。引進后，經(jīng)現(xiàn)場改造，在結(jié)晶器的調(diào)寬螺桿內(nèi)側(cè)增加一個鎖緊螺母，以防止結(jié)晶器寬度和錐度漂移，從而保證了鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量。

但是，改造后的結(jié)晶器不能夠在線進行調(diào)寬，需要在離線專門維修區(qū)進行。即當(dāng)需要生產(chǎn)不同寬度鑄坯時，需拆除在線結(jié)晶器并吊離，另準(zhǔn)備結(jié)晶器在維修區(qū)進行寬度和錐度的設(shè)定，再吊裝上線進行更換，通過更換結(jié)晶器來實現(xiàn)結(jié)晶器的寬度調(diào)整。如此操作，作業(yè)時間長，大大降低了連鑄機的生產(chǎn)效率。

因此，為了提高該連鑄機的生產(chǎn)效率，擴大產(chǎn)能，必須對結(jié)晶器進行再次技術(shù)改造，增加電動或液壓寬度調(diào)節(jié)裝置，以實現(xiàn)結(jié)晶器的在線自動調(diào)寬，縮短結(jié)晶器寬度調(diào)整的作業(yè)時間，并能夠保證鑄坯生產(chǎn)的質(zhì)量。

2.2 調(diào)寬裝置改造的難點

設(shè)備改造方案必須以在最大程度利舊原有設(shè)備為基本原則，為生產(chǎn)節(jié)約改造成本。因此，在舊式設(shè)備結(jié)構(gòu)空間條件的約束下，能夠解決以上的問題，是這次改造的難點。

該連鑄機的結(jié)晶器采用固定組合式結(jié)構(gòu)，外弧側(cè)框架為固定框架，內(nèi)弧側(cè)為活動框架，沒有側(cè)框架。固定框架安裝在結(jié)晶器振動裝置上，冷卻水由振動裝置供給?；顒涌蚣苤卧诠潭蚣苎由斓牧荷?，冷卻水由固定框架通過撓性管接頭供給。結(jié)晶器手動調(diào)寬裝置在活動框架和固定框架之內(nèi)，安裝在固定框架提供的立板上，其延伸方向受到撓性管接頭限制。如圖1、圖2所示。

從圖2中，可知原調(diào)寬裝置安裝立板到撓性接頭的距離：～710mm，即改造方案如果能夠在此空間內(nèi)實現(xiàn)，就可以達(dá)到設(shè)備利舊的最大化。設(shè)備改造如果突破此空間將需要將撓性接頭移位，必然會涉及對原設(shè)計框架進行大動作改造，造成改造成本的增加。因此，以下技術(shù)改造方案以保證能夠在此有限空間內(nèi)可以實現(xiàn)為出發(fā)點，此為改造難點。

圖1 結(jié)晶器改造空間

圖2 結(jié)晶器俯視圖

3 改造方案

3.1 調(diào)寬裝置驅(qū)動型式選擇及改造方案

目前，板坯連鑄機結(jié)晶器寬度調(diào)節(jié)主要有兩種方式：一種為電動調(diào)節(jié)方式，一種為液壓調(diào)節(jié)方式。電動調(diào)節(jié)方式是由伺服電機驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿和絲桿推動窄邊支撐進行寬度調(diào)節(jié)。結(jié)晶器寬度和錐度由蝸輪蝸桿的自鎖和制動器進行鎖定。液壓調(diào)節(jié)方式是由液壓缸直接作用在窄邊支撐上推動其進行寬度調(diào)節(jié)。液壓缸動作精度控制可采用比例閥控制或伺服閥控制。

如果采用電動驅(qū)動方式，需在設(shè)備本體外增加調(diào)寬裝置電動驅(qū)動，在設(shè)備本體上增加絲桿調(diào)節(jié)裝置，并通過萬向聯(lián)軸器將彼此聯(lián)結(jié)。如此，在二冷密閉室內(nèi)，需增加支撐梁用于安裝電動驅(qū)動，會使有限的空間更加擁擠，且檢修空間狹小，檢修不利。另外，由于原設(shè)計結(jié)晶器沒有側(cè)框架，不能安裝絲桿裝置，需對框架進行重新設(shè)計改造，造成原框架不能利用，不利于改造成本控制。因此，基于以上這些原因，改造技術(shù)方案中的結(jié)晶器調(diào)寬裝置不考慮采用電動驅(qū)動型式。

按照該連鑄機原有產(chǎn)品大綱，結(jié)晶器的寬度調(diào)整范圍必須在600mm～1350mm之間，且考慮銅板磨損量10mm，則結(jié)晶器的單邊最大調(diào)寬范圍為385mm，即液壓缸的行程必須大于385mm，同時考慮到液壓缸組件中位移傳感器和控制閥等的尺寸，由此設(shè)計出的液壓缸組件尺寸較大，將無法在描述中的有限空間安裝。

因此，如果采用液壓驅(qū)動方式，需對結(jié)晶器的調(diào)寬范圍和液壓缸組件的構(gòu)造進行調(diào)整優(yōu)化。

通過與用戶探討，根據(jù)該板坯連鑄機及同車間的另外一臺連鑄機的實際生產(chǎn)情況，將結(jié)晶器調(diào)寬范圍縮小為800mm～1300mm，則結(jié)晶器的單邊最大調(diào)寬范圍縮小到260mm。液壓缸組件設(shè)計時，將控制閥與液壓缸分離，安裝在機旁的閥臺上。雖然如此設(shè)計，會影響液壓缸的響應(yīng)速度，但不會對調(diào)寬的精度造成影響，僅是液壓配管量的增加。此外，再考慮采用緊湊型位置傳感器，進一步縮小液壓缸組件尺寸。最終將液壓缸組件從安裝面到末端的尺寸控制在650mm以內(nèi)，可以在上述有限空間內(nèi)進行安裝。

為不改變框架結(jié)構(gòu)，進一步的利用原調(diào)寬裝置安裝立板安裝液壓缸，如圖3所示。如此，改造僅是對立板安裝面進行堆焊、加工，加工螺紋孔等，無需對框架進行修改。

圖3 改造后結(jié)晶器液壓缸安裝位置

3.2 寬邊夾緊裝置改造

結(jié)晶器的活動框架與固定框架通過寬邊夾緊裝置進行聯(lián)結(jié)固定，使窄邊銅板與寬邊銅板緊密貼合。原設(shè)計結(jié)晶器寬邊夾緊裝置由蝶形彈簧夾緊，依靠千斤頂打開，如圖4所示。千斤頂為手動接管通油，不能自動控制。為配合實現(xiàn)結(jié)晶器寬度的自動調(diào)節(jié)，需要對原寬邊夾緊裝置進行改造。

圖4 原結(jié)晶寬邊夾緊裝置

改造方案充分考慮原安裝條件，用液壓缸代替千斤頂，并更換拉桿組件。夾緊液壓缸的設(shè)計充分考慮了原蓋板的安裝方式，能夠與蓋板進行無縫替換。根據(jù)鋼水靜壓力及夾緊液壓缸打開作用力計算，蝶形彈簧進行了重新選型設(shè)計。

改造后夾緊裝置由于液壓缸、蝶形彈簧、安全滑板及鎖緊螺母等組成，如圖5所示。結(jié)晶器在正常狀態(tài)下由蝶形彈簧將活動框架夾緊，保持寬邊銅板與窄邊銅板嚴(yán)密。當(dāng)結(jié)晶器需要進行寬度調(diào)節(jié)時，液壓缸推動拉桿前進，壓縮碟形彈簧，使寬邊銅板與窄邊銅板之間產(chǎn)生間隙，避免銅板在調(diào)寬過程中產(chǎn)生磨損。

圖5 改造后結(jié)晶器寬邊夾緊裝置

通過以上描述可知，本次改造方案解決這臺二手連鑄機結(jié)晶器調(diào)寬裝置及其相關(guān)內(nèi)容的改造難點，并完全利舊了原設(shè)備框架，沒有對結(jié)晶器本體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶器相關(guān)設(shè)備造成影響。

4 結(jié)論

這臺引進的二手連鑄機結(jié)晶器經(jīng)過此次改造后，連鑄機的生產(chǎn)效率有很大的提高，并由于能夠在線自動寬度調(diào)節(jié)，大幅度減少了結(jié)晶器備件的數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本。本改造技術(shù)方案在最大程度上利舊了原來設(shè)備，未對周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。改造后的結(jié)晶器其性能也達(dá)到了較高的水平，能夠達(dá)到以下精度：

結(jié)晶器冷調(diào)寬精度單邊0.1mm；

結(jié)晶器冷調(diào)錐精度單邊0.1mm；

結(jié)晶器在澆鑄過程中寬度精度單邊0.1mm～0.15mm；

結(jié)晶器在澆鑄過程中錐度精度單邊0.1mm～0.15mm；

結(jié)晶器在線冷調(diào)寬速度為Max.150mm/min。

[1]琚國青.板坯結(jié)晶器[J].冶金設(shè)備，1993(3).

[2]王文學(xué),趙敏.板坯結(jié)晶器跑錐的理論分析與研究[J].重型機械,2012(6).

[3]馮科,韓志偉.板坯連鑄結(jié)晶器窄面理論錐度的仿真預(yù)測[J].鋼鐵技術(shù),2008(2).

[4]曲錫輝,張偉.板坯連鑄結(jié)晶器振動裝置的改造[J].冶金設(shè)備,2010(4).

[5]Friedr ich Derflinger, Kurt Engel.奧鋼聯(lián)(VAI)緊湊型連鑄機—增加板坯生產(chǎn)能力及靈活生產(chǎn)的新型連鑄機理念[J].連鑄,2006(3).

Research of Slab Caster Mold Revamping Technique

Wang Jianwei Hu Xiaolu Chen Kunpeng

(Equipment Design Department, CISDI Shanghai Engineering Co., Ltd., Shanghai 200940)

This article analyze the problems in the mold of a certain secondhand slab caster, and a revamping solution would be supplied for increasing caster efficiency by using hydraulic adjustment device instead of manual adjustment device. This article would show the problems in the revamping and the process of the solution. The conclusion provide the reference of the solution similar problems.

Mold revamping Width adjustment device Hydraulic drive

王建偉，男，1981年出生，畢業(yè)于東北大學(xué)機械電子工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事設(shè)備設(shè)計工作

TF777.1

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.01.013

2014-09-17)