板坯連鑄機生產矩形坯的實踐

姚成功，王文學，雷 華，田松林

（中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032）

0 前言

板坯連鑄機的鑄坯生產規(guī)格可調整，但鑒于原始設計的規(guī)格局限，在鑄坯寬度方向上無法做到全覆蓋［1－3］。某鋼企在現有鑄機設備基礎上為滿足市場需求而要生產多規(guī)格鑄坯，尤其是考慮用板坯連鑄機澆鑄矩形坯的情況，要求以盡可能小的改造范圍和少的投資，同時必須做到可拆卸、不影響原鑄機的最大生產規(guī)格，中國重型院綜合分析整機設備功能，從結晶器和引錠鏈入手，重新設計以滿足生產需要。

1 設備參數、結構分析

1.1 設備參數

機型：雙流直弧形鑄機

鑄機半徑：9 590 mm

澆鑄斷面：（200，250）mm×（900～2000）mm

產品大綱：普碳鋼、合金鋼、管線鋼

結晶器調寬裝置形式：電機驅動－梯形絲桿螺母副

調寬裝置行程：上口 927～2060 mm

下口 917.36～2038.58 mm

夾緊裝置形式：碟簧夾緊－液壓松開

窄邊支承：調寬裝置

引錠裝入方式：上裝引錠

1.2 設備結構

1.2.1 結晶器

結晶器原始設計由德國公司提供。結晶器調寬裝置結構如圖1所示，由電機驅動，經獨立減速機后驅動一套蝸輪蝸桿機構最終通過梯形絲桿螺母副將旋轉運動轉化成生產需要的窄邊銅板移動［4－5］。每臺結晶器設置獨立可調的四套調整機構，實現結晶器型腔開口度和生產要求的錐度調整。

圖1 結晶器調寬裝置結構圖

圖1 所示狀態(tài)為結晶器在最小開口度時各件裝配關系，從圖中可看出當上部單側開口度為463.5 mm時，則剖分銅螺母距絲桿前端僅有58.7 mm行程，即結晶器的單側極限開口度為404.8 mm。

結晶器調寬裝置與窄邊銅板裝配的連接形式如圖2所示。窄邊銅板裝配設有上下兩個銷軸孔，通過銷軸將其掛接在調寬裝置頭部預設的槽孔中，為避免對調寬裝置頭部的過度磨損，特別設置襯套。為滿足生產對窄邊銅板的錐度要求，窄邊銅板裝配的支撐板上部加工成圓弧面，同時僅在上部設置壓板，下部為開放態(tài)。窄邊銅板裝配自重及拉坯阻力全部由調寬裝置內套管承受。

圖2 窄邊銅板裝配與調寬裝置連接結構圖

1.2.2 引錠鏈

原設計引錠鏈滿足最小寬度鑄坯規(guī)格為900 mm。引錠鏈總裝圖和引錠頭結構分別如圖3a和圖3b所示，引錠鏈包括引錠頭、過渡鏈節(jié)和鏈身部分。該鑄機為上裝引錠方式，即改造設計時圖3b中所示掛輪必須保留，同時為保持引錠車及導向提升系統(tǒng)不變，鏈身利舊［6］。

圖3 引錠鏈結構圖

1.3 設備問題

該結晶器窄邊銅板掛接裝配，調寬機構在生產中承受了較大的外力（包括設備自重及拉坯阻力）。尤其是在較小斷面時，調寬裝置內套管懸臂較長，在現場表現出“掉窄邊”現象。嚴重時窄邊銅板頂面低于寬面銅板頂面約20 mm。該企業(yè)在生產時控制結晶器液面距銅板頂面約50 mm，而銅板頂部25 mm處無水縫、即無冷卻［7］，故“掉窄邊”現象對于操作習慣是不利的。

2 設計方案

2.1 結晶器設計

2.1.1 調寬裝置設計

為保證不影響原鑄機的最大生產規(guī)格，必須考慮將生產矩形坯的設計做成近剛性連接同時可拆卸結構，即需要生產2 000 mm規(guī)格鑄坯時將該新設計部分拆除。按照增加一個連接塊而實現調寬裝置行程加長的設計意圖，經核算400 mm寬度規(guī)格需要的開口度及錐度，并根據原調寬裝置的最小開口度，將連接塊長度設置為243.5 mm。改造后的調寬裝置結構如圖4所示。

圖4 調寬裝置改造設計結構圖

圖4 中新增零件包含連接塊、異形軸、止動板及螺栓等，其設計理念為通過連接塊的設置達到增大調寬裝置行程而滿足400 mm寬度規(guī)格的結晶器型腔調整要求［8］。

連接塊結構如圖5所示，將連接塊的頭部設計成與原調寬裝置頭部完全相同的結構，可以保證原有窄邊與調寬裝置的連接形式不變以及生產原設計規(guī)格鑄坯時的快速拆除與裝配。連接塊的頂部設有兩孔，利用原調寬裝置頭部預設的壓板安裝螺孔對連接塊再進行緊固。連接塊的尾部設計成卡槽狀，同時配以異形軸的平面，保證新增設部分達到近剛性連接；該卡槽與異形軸的配合關系對生產中錐度保持為負面影響，所以設計加工時必須嚴格控制小間隙，同時為方便安裝將卡槽下部設計成楔口狀；連接塊尾板與圖2中所示的調寬裝置頭部后沿控制1～2 mm間隙，當窄邊受沿拉坯方向外力時，連接塊尾板便與調寬裝置頭部后沿卡死，可防止窄邊銅板裝配受外力而出現的“掉窄邊”現象。

為完全固定異形軸，約束其轉動自由度，在軸端設置兩平面，通過止動板并利用原調寬裝置頭部的襯套安裝螺孔把合連接。

圖5 連接塊結構圖

2.1.2 窄邊銅板裝配設計

針對“掉窄邊”現象，考慮將窄邊自重及拉坯阻力轉移到寬面水箱框架上。如圖4所示，在窄邊銅板裝配的頂部增設支承耳，并在寬邊水箱頂部架設相應導向架。支承耳上下兩面設置成一定半徑的弧面，保證在調錐時不會出現卡阻。

2.2 引錠鏈設計

按照900～2000 mm規(guī)格跨度，原引錠頭設計成三種規(guī)格，即900～1250 mm、1250～1600 mm和1600～2000 mm。最小寬度規(guī)格鑄坯900～1250 mm用引錠頭本體寬度為812 mm，為滿足400～600 mm寬度規(guī)格鑄坯生產，引錠頭和過渡鏈節(jié)必須重新設計。

重新設計的引錠頭本體寬度為388 mm，保留原引錠頭掛輪結構，過渡鏈節(jié)由雙排雙鏈改為雙排單鏈節(jié)，而與鏈身連接尺寸則保持不變，即圖中尺寸A和605 mm具體結構如圖6所示。

圖6 引錠鏈改造設計結構圖

3 生產實踐

該鑄機為雙流連鑄機，熱試在其中一流進行。設備熱試規(guī)格為200 mm×600 mm，熱試鋼種為 Q345，拉速為 1.0 m／min。寬面水量為3800 L／min，寬面有效冷卻水縫面積為 8316 mm2，折算水流速為7.62 m／min；窄面水量為410 L／min，窄面有效冷卻水縫面積為864 mm2，折算水流速為 7.91 m／min［9］。結晶器上部開口度設定值為607 mm，下部開口度為601 mm，同時考慮新增零件加入所帶來的裝配間隙以及整個窄邊側在生產中的受力特點，在開口度設定完成后通過電機點動做一組“上拉下推”的動作操作［10］。扇形段油缸壓力控制按照900 mm規(guī)格鑄坯設定。其余工藝參數按900 mm規(guī)格鑄坯生產工藝執(zhí)行。

經生產驗證，涉及改造的結晶器和引錠鏈設備狀態(tài)穩(wěn)定。生產的鑄坯表面質量良好，現場情況如圖7和8所示。

圖7 現場生產實景

圖8 矩形坯堆垛場

4 結束語

對板坯連鑄機綜合分析，通過對結晶器窄邊裝配增設支承耳和導向架解決了生產中“掉窄邊”現象。通過新增包括連接塊、異形軸、止動板及螺栓組成的調寬裝置行程加長機構，實現了結晶器澆鑄鑄坯規(guī)格的全覆蓋，同時通過對引錠頭和過渡鏈節(jié)進行適當改造設計，控制合理生產工藝參數，從而最終實現了板坯連鑄機生產矩形坯。經實踐證明，設備狀態(tài)穩(wěn)定，鑄坯質量良好。

［1］ 蔡開科.連鑄結晶器［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］ 劉明延，李平，欒興家，等.板坯連鑄機設計與計算［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1990.

［3］ 楊拉道，謝東鋼.常規(guī)板坯連鑄技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］ 施海洋，趙家亮，王建波.結晶器調寬裝置優(yōu)化設計［A］.全國煉鋼—連鑄生產技術會議［C］.遷安：2010.

［5］ 付江華，李建鋒，傅昊.結晶器調寬裝置跑錐的分析與預防措施［J］.重型機械，2010（S1）：184－186.

［6］ 楊拉道，黃進春，李淑賢，等.直弧形板坯連鑄設備［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2017.

［7］ 李愛臣，王志剛.板坯連鑄機直形結晶器銅板設計［J］.一重技術，2013（03）：10－13.

［8］ 姚成功，王文學，張繼強，等.一種可調整行程的板坯結晶器調寬裝置：201620966131.X［P］.2016－12－30.

［9］ 楊拉道，謝東鋼.連續(xù)鑄鋼技術研究成果與應用［M］.云南：云南科技出版社，2012.

［10］ 王文學，趙敏，雷華，等.板坯結晶器跑錐的理論分析與研究［J］.重型機械，2012（06）：29－31.