直弧連鑄機在線調(diào)寬結(jié)晶器夾緊裝置故障分析及改進

趙曉斌

摘要：本文對某煉鋼廠直弧型連鑄機結(jié)晶器寬面夾緊裝置出現(xiàn)的事故進行了深入分析，對其設(shè)計及工作原理進行了研究，結(jié)合現(xiàn)場具體工況進行了分析和計算，準(zhǔn)確調(diào)整了結(jié)晶器寬面銅板處夾緊裝置的預(yù)緊力，較好地解決了澆鋼過程中結(jié)晶器銅板過載打開的故障，避免產(chǎn)生結(jié)晶器接縫超標(biāo)及跑錐等問題，保證生產(chǎn)的正常運行。

關(guān)鍵詞：結(jié)晶器;夾緊裝置;碟形彈簧;調(diào)整

一、前言

2001年以來，某煉鋼廠先后從奧鋼聯(lián)引進了3臺直弧型連鑄機，直弧型連鑄機是當(dāng)前冶金行業(yè)的發(fā)展趨勢，該機型的連鑄機有很多的優(yōu)點，尤其是該機型的結(jié)晶器具有在線調(diào)寬、液壓結(jié)合碟簧鎖緊等功能，具有世界先進水平。從該煉鋼廠直弧型連鑄機投產(chǎn)初期的實際生產(chǎn)情況來看，直弧型結(jié)晶器的寬面活動側(cè)銅板多次出現(xiàn)正常澆鋼過程中自動打開的現(xiàn)象。而在澆鋼過程中，結(jié)晶器活動側(cè)銅板一旦打開，寬面銅板與窄面銅板之間的接縫就會變大，接縫增大后，鋼水可能進入銅板接縫中，輕則中止?jié)蹭?、中斷生產(chǎn)，重則引發(fā)漏鋼事故。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的最根本原因是：奧鋼聯(lián)設(shè)計的結(jié)晶器夾緊裝置鎖緊力設(shè)計偏小。從結(jié)晶器的實際鎖緊動作來看，動作疲軟無力，結(jié)晶器夾緊裝置的夾緊力無法克服鋼水的靜壓力，導(dǎo)致結(jié)晶器活動側(cè)銅板自動打開，澆鋼過程中，結(jié)晶器活動側(cè)銅板一旦打開，其漏鋼的比例將高達95%，所造成的經(jīng)濟損失非常之大，不僅不能保證澆鑄的板坯質(zhì)量，而且燒壞大量設(shè)備，打亂正常生產(chǎn)節(jié)奏。

結(jié)晶器夾緊裝置是控制結(jié)晶器活動側(cè)寬面銅板打開與鎖緊的一個關(guān)鍵裝置。本文在對其原理進行深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場工況，通過對結(jié)晶器活動側(cè)銅板的受力進行分析計算，在保證設(shè)備主要零件使用壽命的前提下，確定了結(jié)晶器夾緊裝置的合適預(yù)緊力，通過合理的方式進行調(diào)整，杜絕結(jié)晶器活動側(cè)銅板在澆鋼過程中自動打開的現(xiàn)象，從而避免由此產(chǎn)生漏鋼等重大生產(chǎn)事故。

二、夾緊裝置預(yù)緊力的分析計算

板坯連鑄機結(jié)晶器由寬邊兩塊銅板、窄邊兩塊銅板組成。寬邊銅板分為活動側(cè)和固定側(cè)銅板，其中寬面的固定側(cè)上口有2個液壓缸，下口有2個液壓缸，通過這4個液壓缸及鎖緊絲杠與活動側(cè)構(gòu)成夾緊裝置，以控制寬面銅板的打開和關(guān)閉，共同確定板坯的厚度，其結(jié)構(gòu)所示。固定側(cè)拉桿端用螺母壓在內(nèi)弧側(cè)寬邊水箱的箱體上，活動側(cè)通過碟形彈簧將外弧側(cè)寬邊水箱夾緊，同時通過4個夾緊油缸的預(yù)緊力將窄邊銅板夾緊，防止鋼水流出。窄面的兩塊銅板通過伺服比例閥控制調(diào)寬油缸，從而達到控制結(jié)晶器的寬度和錐度，這種夾緊方式特點是結(jié)構(gòu)簡單、易操作，可以實現(xiàn)在線調(diào)寬，有效減少連鑄機停開機次數(shù)，提高連鑄機的作業(yè)率。

結(jié)晶器在線調(diào)寬的過程中，寬面活動側(cè)銅板需要打開，正常的澆鋼過程中，寬面銅板是需要鎖緊的，鎖緊力小了，寬面活動側(cè)銅板打開，鋼水進入寬面銅板和窄面銅板之間的縫隙中，極易造成漏鋼事故，對正常生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，鎖緊力大了，調(diào)寬功能無法實現(xiàn)，影響生產(chǎn)節(jié)奏。因此控制好寬面銅板的鎖緊力顯得尤為重要。

根據(jù)現(xiàn)場連鑄工藝的實際情況，結(jié)晶器銅板的高度為900mm，一般情況下鋼水在結(jié)晶器上口下100mm的位置，加上寬面足輥的距離80mm，由此可以確定鋼水在結(jié)晶器里的有效實際深度為。由圖1可知鋼水的靜壓力通過結(jié)晶器銅板及水箱傳遞到四個夾緊油缸，結(jié)晶器夾緊裝置。

（一）鋼水對結(jié)晶器銅板的靜壓力

結(jié)晶器的實際有效截面積越大，鋼水對銅板的靜壓力就越大，根據(jù)某煉鋼廠的生產(chǎn)實際，按照最大板坯截面計算。根據(jù)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)型式，鋼水對寬面銅板的靜壓力F為：

（二）上下夾緊裝置分力

假設(shè)結(jié)晶器寬面銅板與窄面銅板接觸但不受力，結(jié)晶器銅板受力分析示意圖如圖3所示，O1、O2分別為上下油缸軸線，結(jié)晶器內(nèi)鋼水重心位置為C點所示，對銅板靜壓力F作用于C，同時銅板受到兩夾緊油缸的作用力R1、R2，點O1、C、O2高度方向上尺寸分別為h1，H，h2，鑄坯寬度為h。

取結(jié)晶器銅板的形心C高度[6]，對點C合力矩平衡得：

（2）

根據(jù)工藝參數(shù)及結(jié)晶器實際尺寸取，，，由式（2）可得：，。則如圖4所示，活動側(cè)寬面銅板對應(yīng)得上、下夾緊油缸各有兩個，分別與R1，R2平衡，四個夾緊油缸各自所受作用力為：

（三）計算夾緊裝置油缸預(yù)緊力

為便于測量夾緊裝置分力，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)夾緊油缸預(yù)緊壓強：

（3）

式中Fn為第n個油缸所承受鋼水靜壓力的分力;S為夾緊油缸的有效面積，取4個油缸直徑D=110mm，活塞桿直徑d=50mm，。代入式（3）得：;。即保證承載鋼水靜壓力時寬面活動側(cè)銅板不會自動打開下，夾緊裝置應(yīng)該提供的預(yù)緊力的最小值。

三、故障原因分析及實施措施

對于結(jié)晶器夾緊油缸的預(yù)緊力，考慮現(xiàn)場的實際工況及安全性能。取安全系數(shù)為1.5[6]，則對應(yīng)的油缸壓強和預(yù)緊。

根據(jù)現(xiàn)場多次試驗發(fā)現(xiàn)：結(jié)晶器上夾緊裝置油缸壓力達到75bar，結(jié)晶器下夾緊裝置油缸壓力達到125bar，結(jié)晶器活動側(cè)銅板可以完全打開，由此可以近似地計算出對應(yīng)的鎖緊力，同時結(jié)合不同油缸壓力下碟簧的預(yù)壓量，就可以得到夾緊裝置調(diào)整后碟簧預(yù)壓量、油缸壓力與碟簧壓縮量三者之間關(guān)系曲線。

對比圖5中兩個曲線，可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后的夾緊裝置碟簧的預(yù)壓量增大了，對應(yīng)的預(yù)緊力比調(diào)整前的預(yù)緊力要大，因此結(jié)晶器活動側(cè)銅板自動打開的根本原因在于夾緊油缸的預(yù)緊力過小。應(yīng)按照分析計算的預(yù)緊力進行調(diào)整，但是預(yù)緊力不能無限制的增大，因為預(yù)緊力過大就可能無法打開活動側(cè)銅板，造成無法實現(xiàn)結(jié)晶器在線調(diào)寬。通過現(xiàn)場多次實驗和測試，同時結(jié)合計算得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，把夾緊裝置上油缸內(nèi)碟形彈簧的預(yù)緊量由原來的2mm增加到現(xiàn)在的5mm，預(yù)緊力也由原來的10.1bar增加到現(xiàn)在的23.3bar;夾緊裝置下油缸內(nèi)碟形彈簧的預(yù)緊量由原來的6.6mm增加到現(xiàn)在的9.6mm，預(yù)緊力也由原來的36bar增加到現(xiàn)在的48bar。

現(xiàn)場采取在夾緊裝置油缸內(nèi)增大碟形彈簧的預(yù)緊量的方式以增大預(yù)緊力，具體實現(xiàn)辦法為增加油缸內(nèi)墊片厚度，通過多次調(diào)整油缸活塞桿動作并參考所對應(yīng)的油缸壓力，最終調(diào)整到所需要的油缸壓力、疊簧預(yù)壓量和預(yù)緊力。

四、小結(jié)

經(jīng)過對現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況的驗證，改進后的結(jié)晶器夾緊裝置很好地解決了結(jié)晶器澆鋼過程中自動打開的難題，同時為現(xiàn)場工人制作結(jié)晶器提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。并且在新連鑄機結(jié)晶器夾緊裝置預(yù)緊力的設(shè)計中，奧鋼聯(lián)按照我們所計算的預(yù)緊力，重新加大了結(jié)晶器鎖緊裝置的預(yù)緊力，在新結(jié)晶器使用過程中，取得了很好的效果。

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