連續(xù)矯直及其拉矯機(jī)的研究與應(yīng)用

馬鳳春，張敏科

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島 266555）

連續(xù)矯直及其拉矯機(jī)的研究與應(yīng)用

馬鳳春，張敏科

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島 266555）

隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，連續(xù)鑄鋼也朝著高速的方向發(fā)展，在這個(gè)過程中，鑄坯存在一定的問題，其在矯直的時(shí)候內(nèi)部沒有完全凝固，這就意味著鑄坯要經(jīng)受液相矯直，如果采用傳統(tǒng)的矯直方法會(huì)對(duì)鑄坯造成非常嚴(yán)重的危害，其拉應(yīng)力、變形等都不可能得到有效的控制，從而導(dǎo)致矯直裂紋的產(chǎn)生。要避免這種狀況的出現(xiàn)，讓鑄坯質(zhì)量能夠得到良好的保障，需要使用更有效的鑄坯矯直手段和方法，連續(xù)矯直技術(shù)就是其中一種，在鑄坯的矯直中發(fā)揮著非常重要的作用。

連續(xù)矯直；拉矯機(jī)；連鑄

在鑄坯矯直的過程中，拉矯機(jī)的使用是非常普遍的也是至關(guān)重要的，一段時(shí)間以來，連續(xù)矯直技術(shù)形式的拉矯機(jī)實(shí)現(xiàn)了有效的推廣和應(yīng)用，能夠在一定程度上彌補(bǔ)單點(diǎn)矯直技術(shù)形式的拉矯機(jī)的不足，是拉矯機(jī)布置的重要發(fā)展方向。對(duì)于全凝固的鑄坯來說，單點(diǎn)矯直形式的拉矯機(jī)可以在很大程度上滿足其需求，但是，隨著現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，很多的鋼廠提出了更高的要求，不斷提高拉速，而冶金長(zhǎng)度又被廠房的長(zhǎng)度所限制，鑄坯帶液芯也就不能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)矯直。固相矯直方法的應(yīng)用已經(jīng)不能滿足相關(guān)的需求，連續(xù)矯直形式拉矯機(jī)成為更為有利的選擇。

1 連續(xù)矯直原理

鑄矯直技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用始于Cancast公司，基本思想是設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)的矯直區(qū)段，使鑄坯在該區(qū)段內(nèi)發(fā)生矯直變形時(shí)，有恒定的低應(yīng)變速率。在矯直區(qū)的任何一個(gè)點(diǎn)上，相鄰的半徑變化很小，應(yīng)變量幾乎為零。因此，工程設(shè)計(jì)連續(xù)矯直輥列時(shí)，只以矯直總應(yīng)變量作為設(shè)計(jì)判定依據(jù)。

2 連續(xù)矯直的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的單點(diǎn)矯直有一定的限制，與高拉速技術(shù)的發(fā)展不能達(dá)成一致，無法滿足其要求，為了改善這一問題必須要進(jìn)行新的矯直技術(shù)的創(chuàng)新和探索。經(jīng)過一系列的試驗(yàn)和探究，選擇三次拋物線作為連續(xù)連鑄機(jī)弧形段和直線段的最為理想的連續(xù)矯直曲線。

拉矯機(jī)的矯直方式包括了不同類型，其中三種是最為普遍和有效的，分別是單點(diǎn)矯直、多點(diǎn)矯直和連續(xù)矯直。近年來，我國(guó)的連鑄法實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展，在這種局勢(shì)之下，單點(diǎn)矯直技術(shù)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需求，連續(xù)矯直技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了單點(diǎn)矯直技術(shù)的不足，發(fā)揮了非常重要的作用，它是一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，被矯直的變形都不會(huì)集中在一個(gè)點(diǎn)上，從而完成了連續(xù)矯直的過程，在很大程度上改善了鑄坯中心的兩相區(qū)變形的情況。

3 高效連鑄的概述

3.1 定義

高效連鑄的生產(chǎn)過程需要做到五高，包括高拉速、高質(zhì)量、高效率、高作業(yè)和高溫鑄坯。

3.2 內(nèi)容

高效連鑄技術(shù)具有一定的系統(tǒng)性和整體性，高效連鑄的實(shí)現(xiàn)需要將不同的方面進(jìn)行相應(yīng)的配合和統(tǒng)一，包括工藝、設(shè)備、管理等各個(gè)方面，主要的技術(shù)內(nèi)容包含了八個(gè)方面。

（1）鋼水的溫度和成分需要進(jìn)行相應(yīng)的保證，做好這兩項(xiàng)工作是非常有必要的。同時(shí)，其穩(wěn)定性的連鑄相關(guān)配套技術(shù)也需要一定的保證。

（2）連鑄相關(guān)技術(shù)是非常重要的，需要保證供鋼水的清潔度和流動(dòng)性。

（3）高冷卻強(qiáng)度的、導(dǎo)熱均勻的長(zhǎng)壽結(jié)晶器總成是連鑄的關(guān)鍵技術(shù)。

（4）在連鑄的關(guān)鍵技術(shù)中，包含了高精度、長(zhǎng)壽的結(jié)晶器振動(dòng)裝置，里面包括了振動(dòng)裝置硬件的優(yōu)化和結(jié)晶器振動(dòng)形式、工藝參數(shù)的軟件優(yōu)化。

在之前的高效連鑄中，采用的振動(dòng)形式包括半板簧、全板簧和高頻小振幅正弦波形，這幾種形式的應(yīng)用獲得了一定的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不管發(fā)展和需求的不斷增多和提高，發(fā)明了新型的振動(dòng)裝置，比如新型串接式全板簧振動(dòng)裝置，這種裝置具備非常突出的優(yōu)勢(shì)，比如精度高、剛度強(qiáng)、使用的時(shí)間長(zhǎng)等等，彌補(bǔ)了之前使用的振動(dòng)裝置存在的不足，對(duì)于高效連鑄的發(fā)展有著非常重要的意義和作用。這項(xiàng)裝置所采用的傳動(dòng)類型是液壓傳動(dòng)或者是機(jī)械傳動(dòng)，這種傳動(dòng)的方式也有著一定的優(yōu)勢(shì)，液壓傳動(dòng)的方式可以在一定程度上增加正滑脫的時(shí)間，將保護(hù)渣用量進(jìn)一步提高，較小上下振幅的峰值，降低拉坯阻力和負(fù)滑脫時(shí)間。機(jī)械傳動(dòng)這種類型能在一定程度上降低投入的人力、物力和財(cái)力，使用的難度有很大的減小。

（1）隨著技術(shù)的發(fā)展和要求的增多，拉速也得到了相應(yīng)的提高，保護(hù)渣需要作出相應(yīng)的調(diào)整，與拉速保持一致，保護(hù)渣的粘度要做出相應(yīng)的調(diào)整，其用量可以保持在所允許的范圍之內(nèi)，這樣可以保證鑄坯的高質(zhì)量。所以，保護(hù)渣的使用必須要與連鑄高效化相匹配，其需具備一定的特征，包括低粘度、低熔點(diǎn)和高熔速化等。保護(hù)渣技術(shù)在連鑄高效化中發(fā)揮了非常重要的作用，是其核心技術(shù)中的一種。

（2）結(jié)晶器液面和拉速之間有著非常緊密的聯(lián)系，當(dāng)拉速升高的時(shí)候，結(jié)晶器液面的波動(dòng)就會(huì)相應(yīng)的加大。液面波動(dòng)大的情況下會(huì)造成不利的后果，導(dǎo)致卷渣的產(chǎn)生，進(jìn)一步造成鑄坯缺陷的產(chǎn)生。在這樣的條件之下，液面穩(wěn)定性的重要意義越來越突出。當(dāng)下，我國(guó)所探究的自動(dòng)控制液面技術(shù)不斷完善，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，對(duì)于高效連鑄來說，這也是一相不容忽視的技術(shù)。

（3）二次冷卻的硬件及軟件技術(shù)在高效連鑄中的位置也是不能輕視的，對(duì)于硬件和軟件都提出了相關(guān)的要求和規(guī)定，從硬件的角度來說，必須要保證冷卻均勻同時(shí)方便調(diào)節(jié)。當(dāng)下，我國(guó)市場(chǎng)對(duì)于相關(guān)的鋼的質(zhì)量有了更高的要求，將連鑄機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其更加符合相關(guān)的要求，這樣的舉措可以保證從結(jié)晶器到二次冷卻形成全方位的鑄坯對(duì)稱凝固，從而獲取更加高質(zhì)量的鑄坯。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，板坯和方坯連鑄機(jī)二次冷卻動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制噴水冷卻實(shí)現(xiàn)了相對(duì)快速的發(fā)展，除此之外，軟件也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其特性更加的鮮明，實(shí)用性和適用性更加突出，能夠在更大程度上保證鑄坯的質(zhì)量。

（4）鑄坯帶液芯矯直技術(shù)具有相應(yīng)的原理，將其作為重要的參照和依據(jù)，選取三次拋物線作為連鑄機(jī)弧形段和直線段的連續(xù)矯直曲線，在高效連鑄中發(fā)揮這越來越重要的作用，獲得了非常良好的效果。

3.3 結(jié)構(gòu)特征

高效連鑄在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)連鑄中的不足和缺陷，具備了更加鮮明的特點(diǎn)，包括五高，分別是高質(zhì)量、高效率、高拉速、高作業(yè)率和高溫鑄坯。高效連鑄具備相應(yīng)的要求和規(guī)定，正是由于這一點(diǎn)的存在，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行具體的描述。

（1）機(jī)型的選擇是需要重視的，所選擇的機(jī)型要和生產(chǎn)連鑄坯鋼種相適應(yīng)，同時(shí)，冶煉設(shè)備和鑄機(jī)的裝備水平要和其鋼種相一致。

（2）拉速對(duì)于連鑄機(jī)有著一定的影響，對(duì)其發(fā)展方向有一定的促進(jìn)作用，使其朝著增大弧形半徑和立彎式機(jī)型的方向發(fā)展。

（3）對(duì)于主體設(shè)備也有著一定的要求，包括使用壽命增長(zhǎng)、故障率降低，同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)快速更換等。

（4）高效連鑄的自動(dòng)化水平有了很大程度的提高。

4 連續(xù)矯直拉矯機(jī)存在的問題以及產(chǎn)生問題的原因

連續(xù)矯直曲線布置的拉矯機(jī)在一定程度上擺脫了單點(diǎn)矯直機(jī)的弱點(diǎn)，在工藝技術(shù)性能和設(shè)備的傳動(dòng)性能方面有著比較大的優(yōu)勢(shì)。拉矯機(jī)投入使用之后，長(zhǎng)期處于一個(gè)高溫加熱的環(huán)境之中，一般在3個(gè)月之后就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的問題，包括脫方頻繁、蓋帽工藝事故等等，各種問題的出現(xiàn)使得連續(xù)矯直拉矯機(jī)受到了很大的重視，相關(guān)的工作人員對(duì)其存在的問題進(jìn)行了一定的歸納。

（1）軸承的型號(hào)選擇存在一定的問題。輕負(fù)荷窄系列的軸承被選擇率最高，但是，這種類型的軸承所能夠承載的負(fù)荷是比較小的，國(guó)產(chǎn)軸承相比于進(jìn)口軸承有一定的劣勢(shì)，使用的時(shí)間存在一定的差異。當(dāng)軸承失效的時(shí)候，其具體的表現(xiàn)包括外圈的碎裂、保持架損壞等。拉矯輥在拉矯機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，當(dāng)相關(guān)型號(hào)的軸承和拉矯輥之間有所排斥，不能適應(yīng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，要進(jìn)行軸承型號(hào)的重選。

（2）軸承干油潤(rùn)滑油路型式的設(shè)計(jì)存在一定不合理的地方。拆開失效的軸承進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，可以看到，其中干油的供應(yīng)出現(xiàn)了問題，并沒有將干油供應(yīng)到所有的地方，停在了側(cè)板和軸承套的徑向槽之間，對(duì)于滾動(dòng)體的供油沒有實(shí)現(xiàn)，如果不加以改善，只是利用人工抹油的方式，會(huì)大大降低工作的效率，所以，必須進(jìn)行相應(yīng)的改造。

（3）拉矯機(jī)的裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行相應(yīng)的改善，其不合理性也是比較高的。上、下傳動(dòng)輥和兩個(gè)側(cè)板在結(jié)構(gòu)的裝配和拆卸等都不是很容易實(shí)現(xiàn)的。傳動(dòng)輥的軸承通常會(huì)出現(xiàn)失效的狀況，當(dāng)這種問題出現(xiàn)的時(shí)候，需要把整臺(tái)拉矯機(jī)拆分之后才能進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)和改裝，存在很大的劣勢(shì)，對(duì)于人工資源和時(shí)間資源的耗損都是非常大的，鑒于這種狀況，必須要對(duì)軸承座和側(cè)板的裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)。

（4）水冷設(shè)計(jì)存在一定的不足。在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于水冷方面的問題進(jìn)行了相應(yīng)的考慮，不過，傳動(dòng)輥軸承水冷是最為薄弱的地方，對(duì)此處水冷問題的設(shè)計(jì)有一定不完善的地方。隨著連鑄生產(chǎn)的不斷加速，連續(xù)拉矯機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間的處于高溫的狀態(tài)之下，在這個(gè)過程中會(huì)導(dǎo)致很多問題的出現(xiàn)，如果冷卻的程度不夠，會(huì)使得軸承的干油存儲(chǔ)少、流失快，導(dǎo)致軸承失效更嚴(yán)重，所以，必須要將連續(xù)拉矯機(jī)水冷設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的完善和改造。

5 改善連續(xù)矯直拉矯機(jī)存在問題的對(duì)策

連續(xù)矯直拉矯機(jī)存在多方面的問題，對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的研究和探討，對(duì)于整個(gè)傳動(dòng)裝置零、部件的各種因素進(jìn)行了一定的分析和研究，從中找出主要的問題和矛盾，然后對(duì)相關(guān)的工藝及細(xì)節(jié)進(jìn)行一定的改造。需要改造的部分包括了四個(gè)方面，分別是：對(duì)拉矯輥的軸承型號(hào)進(jìn)行重新選擇；對(duì)軸承套進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)；對(duì)軸承和側(cè)板的裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行改裝；軸承的供油方式也要進(jìn)行相應(yīng)的完善，提高供油的效率。

（1）軸承型號(hào)的重選，需要對(duì)軸承型號(hào)的質(zhì)量有嚴(yán)格的保證，同時(shí)，相應(yīng)型號(hào)的軸承和拉矯輥之間必須能夠密切配合，雖然與進(jìn)口的軸承型號(hào)相比，國(guó)產(chǎn)的軸承型號(hào)存在一定的劣勢(shì)，但是，國(guó)產(chǎn)的軸承型號(hào)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)是比較突出的，可以從中選擇質(zhì)量最好的，可以保其工作的順利進(jìn)行。之前所選用的軸承型號(hào)基本是輕載荷窄系列的進(jìn)口軸承，其價(jià)格昂貴，而且進(jìn)貨非常困難，所以，需要將其進(jìn)行更換，內(nèi)徑相同，載荷系數(shù)為中載荷的國(guó)產(chǎn)輥?zhàn)虞S是比較理想的選擇，最重要的是保證其質(zhì)量。這種型號(hào)軸承的承載能力也是非常值得信賴的，有其鮮明的優(yōu)勢(shì)。圖1是拉矯機(jī)支承輥軸承圖。

圖1 拉矯機(jī)支承輥軸承

（2）對(duì)裝配結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。目前使用的軸承套存在很大的問題，其裝配和拆卸都有很大的難度，所以需要用具備相應(yīng)優(yōu)勢(shì)的軸承座來替換，軸承的油脂供應(yīng)方式也要進(jìn)行相應(yīng)的更換，對(duì)軸端進(jìn)油方式進(jìn)行充分的應(yīng)用，徑向進(jìn)油的方式有很大的弊端。軸承失效也是一個(gè)很大的問題，需要對(duì)此進(jìn)行一定的改善，可以將軸承座和機(jī)體兩側(cè)板用雙頭螺栓緊固，能夠更方便的解決軸承失效的問題，改善人工資源和時(shí)間資源浪費(fèi)的狀況。

（3）干油分配器的重新設(shè)置。之前使用的干油分配器的故障發(fā)生率是比較高的，要改善這一問題，需要將干油分配器移動(dòng)到離線的油泵旁，在分配器出口、生產(chǎn)線上和各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行管道的敷設(shè)從而提高分配器的使用效率，盡可能避免軸承失效狀況的出現(xiàn)。圖2是干油分配器圖。

圖2 干油分配器

（4）連續(xù)矯直拉矯機(jī)的水冷設(shè)計(jì)也要不斷完善。生產(chǎn)速度越來越快，再這種情況之下，拉矯機(jī)需要長(zhǎng)期處在高溫烘烤的環(huán)境中，容易導(dǎo)致各種問題的出現(xiàn)，所以，必須要將水冷設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的完善。對(duì)其的改造要注重幾個(gè)部分，包括側(cè)板的側(cè)面、軸承座、整體框架等直接通水冷卻，避免拉矯機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤，也進(jìn)一步避免了因此造成的各種問題。

（5）改進(jìn)的效果。

第一，在一定程度上降低了拉矯機(jī)發(fā)生故障的概率，相應(yīng)的維修工作也大大減少。對(duì)其供油的計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的制定和完善、注重減速機(jī)的維修和相關(guān)配件的質(zhì)量管理和控制等，達(dá)到了預(yù)先的目標(biāo)，取得了很好的成果。

第二，對(duì)于人工資源和時(shí)間資源浪費(fèi)的狀況進(jìn)行了相應(yīng)的改善，節(jié)約了成本。

第三，潤(rùn)滑效果得到了一定的改善，使用的時(shí)間得到了一定的延長(zhǎng)，供油狀況有所改善。

第四，鑄坯的質(zhì)量有了很大程度的提高。

第五，注重機(jī)器的使用，在很大程度上解放了勞動(dòng)力，降低了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6 連續(xù)矯直拉矯機(jī)的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的矯直技術(shù)已經(jīng)不能滿足鑄坯矯直的要求，在這樣的條件之下，連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，將單點(diǎn)矯直技術(shù)中的缺陷進(jìn)行了相應(yīng)的彌補(bǔ)，甚至是取代了單點(diǎn)矯直技術(shù)。所以，必須對(duì)連續(xù)矯直機(jī)進(jìn)行充分的應(yīng)用，其設(shè)計(jì)需要滿足一定的要求。

第一，在切點(diǎn)之前布置一個(gè)單支承輥。

第二，拉矯機(jī)的布置也要注意相應(yīng)的問題，需要將其布置在切點(diǎn)之后的一定的范圍之內(nèi)，矯直力矩在鑄坯的內(nèi)部是均勻分配的，要對(duì)此加以利用，然后形成在設(shè)定距離內(nèi)均勻連續(xù)的連續(xù)矯直，在一定程度上，滿足帶液矯直的相關(guān)要求。

第三，矯直力矩在整個(gè)的矯直區(qū)長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了均勻的分布，形成了鑄坯在區(qū)間各個(gè)長(zhǎng)度上均勻的連續(xù)變形。這其中的實(shí)際應(yīng)變值全部都趨向于零，雖然連鑄機(jī)的半徑是比較小的，但是，在這樣的條件之下，鑄坯帶液芯對(duì)拉矯機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用也可以實(shí)現(xiàn)無缺陷矯直的要求，連續(xù)矯直這種矯直方法可以實(shí)現(xiàn)較大斷面合格連鑄坯的澆鑄。

連續(xù)矯直拉矯機(jī)的布置需要在水平段上進(jìn)行，拉坯輥的下輥表面與連鑄機(jī)的弧形段相切，利用上輥來實(shí)現(xiàn)對(duì)于上下輥之間距離的調(diào)節(jié)，從而滿足不同斷面澆鑄的要求。對(duì)這種布置方法予以采納，可以將上、下輥?zhàn)龀上嗤模沟美C機(jī)的輥?zhàn)涌梢詫?shí)現(xiàn)通用。在這個(gè)過程中，傳動(dòng)裝置是必不可少的，需要將其放在拉矯機(jī)的上方，對(duì)立式電機(jī)加以應(yīng)用，使其流間距縮小。同時(shí)，拉矯機(jī)的應(yīng)用也要采取一定的方式方法，選用最為有效的方法，對(duì)此加以利用有非常大的優(yōu)勢(shì)和好處，可以在一定程度上將檢修的時(shí)間縮短，使其作業(yè)的效率得到相應(yīng)的提高。

酒鋼小方坯連鑄機(jī)高效化的改造所應(yīng)用的矯直方法由單點(diǎn)矯直技術(shù)改為連續(xù)矯直，將拉速做出相應(yīng)的提升。當(dāng)把單點(diǎn)矯直改為連續(xù)矯直的時(shí)候，在現(xiàn)有的空間里是布置不開的，那么就需要將現(xiàn)有的拉矯機(jī)也進(jìn)行相應(yīng)的減小。由于拉矯機(jī)的移動(dòng)很可能各臺(tái)拉矯機(jī)之間產(chǎn)生很多的問題，所以，需要設(shè)計(jì)不同的方案，從中選取最優(yōu)的一種。要實(shí)現(xiàn)后續(xù)設(shè)備的移動(dòng)同時(shí)又不與拉矯機(jī)發(fā)生碰撞，將切前輥道去掉一個(gè)就是最好的辦法。

7 結(jié)語

經(jīng)過了一系列的探討和研究，連鑄高效化的改造和技術(shù)的創(chuàng)新和完善實(shí)現(xiàn)了巨大的突破，小方坯高效連鑄改造的系統(tǒng)技術(shù)也漸漸形成，這類技術(shù)包括了多方面的內(nèi)容，比如半板簧振動(dòng)、連續(xù)矯直、拉矯機(jī)優(yōu)化等。對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的改造之后，達(dá)到了五高的標(biāo)準(zhǔn)和水平。

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