板坯連鑄機連鑄輥適應性優(yōu)化設計

覃義 宋育仕

（廣西柳州鋼鐵（集團）公司轉爐煉鋼廠 廣西柳州 545002）

板坯連鑄機連鑄輥適應性優(yōu)化設計

覃義 宋育仕

（廣西柳州鋼鐵（集團）公司轉爐煉鋼廠 廣西柳州 545002）

常規(guī)板坯連鑄機扇形段連鑄輥裝配按其結構分為靜不定結構連鑄輥、芯軸結構連鑄輥、分段組合連鑄輥等基本結構。柳鋼轉爐廠板坯5#連鑄機扇形段連鑄輥損壞主要有：連鑄輥斷裂、輥面龜裂、和連鑄輥卡阻不轉等問題。通過實踐分析，改變連鑄輥原設計結構，解決實際存在的連鑄輥結構問題，提高效益。

連鑄輥；結構；改造

1 前言

板坯連鑄機扇形段連鑄輥的作用是把結晶器內形成的較薄厚度坯殼的板坯，沿扇形段將鑄坯連續(xù)或多點彎曲矯直拉出，扇形段連鑄輥之間的開口度均勻收縮，鑄坯質量的好壞與扇形段連鑄輥的質量有直接對應關系，例如連鑄輥不轉通常會造成鑄坯刮痕，連鑄輥圓跳動過大會造成鑄坯出現邊角裂紋、三角區(qū)裂紋，連鑄輥輥縫收縮不均勻會導致鑄坯鼓肚和內部裂紋等質量問題。鑄坯的有效冶金長度，主要由結晶器足輥，支導段，扇形段，矯直段、水平段等組成。這些段連鑄輥輥徑由小至大。鑄坯坯殼薄弱初期，鋼水靜壓力大，通常設計小輥徑高密排性連鑄輥，能有效減小因鋼水靜壓力導致鑄坯鼓肚的空間，鑄坯凝固末端，拉坯阻力大，通常設計大輥徑連鑄輥增強強度，連鑄輥設計的結構性能是否合理，會直接影響鑄機生產的穩(wěn)定性及鑄坯的質量。

2 連鑄輥的結構

連鑄輥結構形式一般分三種：

（1）幾段輥套用鍵與一根芯軸連接，軸承安裝在支點上。在力學上屬于靜不定結構，稱為靜不定轉軸結構連鑄輥，如圖1所示。

圖1

（2）軸承安裝在輥套內部，軸固定安裝在數個支撐上，在力學上各段輥套是具有局部自由度的構件，在鋼坯推動下旋轉時是靜定的，稱芯軸結構連鑄輥，如圖2所示。

圖2

（3）每根連鑄輥分別支撐在兩個軸承座上，在力學上屬于靜定結構，稱為分段組合結構，如圖3所示。

3 不同結構輥的受力分析撓度對比

從受力分析情況可知，整體輥因只有兩個支點，故兩端軸承在同等載荷下，比多支點的分節(jié)輥的軸承要受力大，需選擇承載能力大的軸承。芯軸式輥子中部軸承的受力也很大，如果條件允許，可設計兩個并列的調心輥子軸承。分段組合式連鑄輥的受力比芯軸式中部軸承受力的一半還要小，固此軸承選擇可以比芯軸式輥的軸承的承載能力要小的。從連鑄輥的理論變形情況可以看出整體輥的撓度最大，彎曲嚴重的連鑄輥生產出鑄坯的鼓肚嚴重，這種結構現在基本被淘汰。分段組合式輥的撓度比芯軸式輥的要大，其優(yōu)點是安裝裝配容易，維修方便。芯軸式輥對安裝要求高，裝配尺寸鏈等級高，容易形成過定位問題，由于輥套裝配在芯軸上，要求加工精度高，且受力較大，不易拆卸，使輥套的拆裝維修困難，需有專門的連鑄輥拆裝機。但是綜合受力和可靠性，芯軸式連鑄輥優(yōu)勢大。

圖3

圖4

4 實際應用存在的問題

柳鋼轉爐煉鋼廠板坯5#連鑄機由德國西馬克設計，于2005年投入使用，弧形半徑為8.636m，鑄坯主要斷面尺寸為220×1000～1650，連鑄機冶金長度291000mm。連鑄機二冷區(qū)扇形段共14段，各扇形段結構大體相同。3#～14#扇形段均具備遠程輥縫調節(jié)功能和凝固末端輕壓下功能。3#～14段的驅動輥采用整體式分節(jié)輥結構，理論上這種結構的連鑄輥能傳遞較大的扭矩。這種結構的連鑄輥剛度好，受力情況較好，但連鑄輥加工要求高，裝配容易形成過定位。中部采用剖分式軸承，安裝拆卸容易，但造價高，如圖5所示。

圖5

3#～14段的自由輥采用分段組合式輥式結構，整個連鑄輥由兩節(jié)連鑄輥組成，每段連鑄輥分別支承在兩個軸承座上。由于兩個連鑄輥之間無法能傳遞扭矩，因此這種連鑄輥只能用在自由輥上。兩段連鑄輥之間每段連鑄輥都有軸承，故這種結構的兩段相鄰的連鑄輥之間的距離很大，造成不支承鑄坯的跨度較大，會在一定程度上影響鑄坯的表面質量，如圖6所示。

圖6

板坯5#機在生產實際過程中，驅動輥中部軸承座和軸承因為是剖分式的，對安裝精度要求很高，新連鑄輥上線使用2個月左右，就出現損壞情況如下：①軸承位磨損，軸承損壞。在環(huán)境物理的變化下，因剖分軸承的軸瓦是兩瓣式對合，在旋轉過程中，鋼坯傳遞熱量給輥體，輥體熱膨脹，軸承座因內水冷帶走熱量未膨脹，導致剖分軸承與軸徑間隙小，形成惡性循環(huán)，磨損嚴重直至連鑄輥卡阻不轉。②連鑄輥斷裂。因輥身設計為整體式分節(jié)輥，輥身整體熱處理時存在結構質量問題，加工過程中過渡圓角小，因中間軸承部位應力原因，未滿足金屬力學性能，在使用中形成應力集中，導致斷裂。

自由輥為兩段式的，每段連鑄輥單獨承擔負載，長輥負載重，輥體與軸承位過渡圓角小，且對應鑄坯重心位置，所以經常出現長輥軸承位斷裂現象。

驅動輥和自由輥都容易出現斷輥現象，主要是板坯5#機的3#-14#段都具備輕壓下功能，生產過程中連鑄輥負載大，也說明了整體式分節(jié)輥和分段式組合輥這兩種結構不滿足實際生產需要。

5 改造優(yōu)化連鑄輥結構內容及增加強度

5.1 驅動輥的改造方案

西馬克原設計的驅動輥存在問題是軸承位磨損，軸承損壞和連鑄輥斷裂。首先就是要取消剖分式軸承座和剖分軸承，重新設計一個整體式軸承座，為增加結構強度，軸承座兩端透蓋設計為一側連接軸承座，一側分體便于拆卸。剖分軸承改用并列兩個調心連鑄輥軸承，整體式分節(jié)結構按原輥套長度切斷，輥套擴孔，增加芯軸，從設計上消除金屬力學性能不佳的部位，整體改為靜不定轉軸結構。

5.2 自由輥的改造方案

西馬克原設計的自由輥存在問題主要是長輥端軸頸斷裂。結合受力分析，這種分段輥結構撓度大，長輥強度不能滿足實際使用要求。重新設計一個整體式軸承座，為避免尺寸干涉問題，改制軸承座的幾何尺寸與原分段式兩個中部軸承座外形極限尺寸一致，軸承同樣采用并列兩個調心連鑄輥軸承的形式，輥套切斷軸頸并鉆芯軸孔，增加芯軸，分段組合式輥式結構改為靜不定轉軸結構，與驅動的改造方式一致，這樣改造的目的：①便于結構形式和主體零部件統(tǒng)一，方便以后的設備維護管理；②能使斷輥再利用；③使用較為便宜的調心輥子軸承取代價格高昂的剖分軸承，有效降低了連鑄輥的生產成本。驅動輥、自由輥統(tǒng)一改造后的方式如圖7。

圖7

6 結語

通過對板坯連鑄機連鑄輥適應性優(yōu)化設計，柳鋼轉爐廠板坯5#機扇形段連鑄輥在線使用周期和檢修質量得到顯著提高。西馬克原設計的連鑄輥結構，驅動輥過鋼量只能達到30萬t左右，自由輥的過鋼量只能達到20萬t左右，基本為非正常損耗，生產成本高，維護強度大，生產穩(wěn)定性差。經過優(yōu)化設計改造后，驅動輥與自由輥的過鋼量均達到80萬t以上，并且下線的連鑄輥基本為輥面壽命到期，結構強度明顯提高，便于再次維修。改造后的連鑄輥壽命提高到原設計的2.67～4倍。一套剖分軸承的價格需要4.2萬元，改為兩個調心輥子軸承代替只需0.6萬元，僅僅是軸承這一方面，就直接降低成本86.4萬元。連鑄輥的修復單價按1萬/根計算（不含軸承成本），因連鑄輥壽命提高，每年大概可節(jié)約200萬元的維修成本。直接經濟效益明顯，同時連鑄輥故障次數顯著減少，降低了設備下線周期，延長扇形段設備的使用壽命，穩(wěn)定生產，提高了鑄坯的質量，間接經濟效益巨大。

[1]柳鋼轉爐廠板坯5#機德國西馬克設計資料.

[2]柳鋼轉爐廠板坯6#機重慶中冶賽迪設計資料.

更正聲明

《大科技》雜志2016年7月刊（總第199期P221-P222），作者李邵峰（湖南省特種設備檢驗檢測研究院邵陽分院 湖南 邵陽 422000），刊登文章《淺談暖通空調安裝施工的質量控制》，其中題目刊登有誤，現更正為：《特種設備檢驗檢測機構所用儀器設備的檢定與校準》。

特此更正！

大科技雜志社

TF341.6

A

1004-7344（2016）23-0226-02

主編.《機械設計手冊》[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

2016-7-25

覃義（1984-），男，助理工程師，本科，負責設備管理工作。