延長(zhǎng)SCR連鑄機(jī)鑄輪使用壽命工藝研究

張鵬飛，席安武

（江西銅業(yè)銅材有限公司，江西 鷹潭 335424）

江銅分別于2003、2006年從美國(guó)SOUTHWIRE公司引進(jìn)了SCR3000、SCR4500兩條銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線，其產(chǎn)品規(guī)格為8mm銅桿，設(shè)計(jì)總產(chǎn)能37萬(wàn)噸/年。鑄機(jī)是SCR連鑄連軋生產(chǎn)線核心部分，該備件的正常與否，直接影響鑄坯的質(zhì)量，進(jìn)而影響銅桿的品質(zhì)、生產(chǎn)成本。盡管目前SCR工裝設(shè)備領(lǐng)先世界，但鑄造輪的使用壽命一直是制約生產(chǎn)成本與生產(chǎn)效率的主要因素。

1 鑄機(jī)工作原理及鑄輪的結(jié)構(gòu)

SCR鑄機(jī)系統(tǒng)工藝流程圖其工作原理為:銅液由下流槽流入中間包，通過(guò)中間包SPOUT流入由壓緊鋼帶和鑄輪凹槽包裹的梯形結(jié)晶腔，經(jīng)過(guò)鑄機(jī)冷卻水的冷卻，液態(tài)銅結(jié)晶、凝固成固態(tài)銅錠，再經(jīng)過(guò)脫模裝置，它使銅液凝固、結(jié)晶成銅錠，并對(duì)銅錠進(jìn)行削邊、修整，為下一道軋制工序提供合格銅錠的重要工序。圖1為SCR鑄機(jī)系統(tǒng)工藝流程圖。SCR3000、SCR4500生產(chǎn)線均采用五輪式鋼帶澆注機(jī)，是SCR連鑄連軋生產(chǎn)線的核心。其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易調(diào)整操作，維修保養(yǎng)便利。

圖1 SCR鑄機(jī)工藝流程圖

鑄輪是由鑄輪銅環(huán)、不銹鋼護(hù)板、緊固螺桿、支撐桿等部件組合而成。在鑄造過(guò)程中鑄造銅環(huán)與高溫銅水直接接觸，經(jīng)歷反復(fù)的激冷激熱，從而使得銅環(huán)開裂、變形。鑄輪表面出現(xiàn)裂紋，造成該部位冷卻較慢，導(dǎo)致鑄坯的晶粒粗大，結(jié)晶不均勻，影響后續(xù)的加工性能。

2 鑄輪報(bào)廢的形式

因鑄輪的使用環(huán)境極其復(fù)雜、惡劣，生產(chǎn)過(guò)程中需承受激冷、激熱、摩擦的相互作用，通常情況下銅環(huán)的破壞形式主要有：裂紋、表面擦傷、變形（徑向、軸向彎曲）、結(jié)垢、局部燒傷、凹坑等。對(duì)鑄坯的結(jié)晶質(zhì)量影響非常大，且容易造成安全事故，此時(shí)往往需要停機(jī)更換，影響生產(chǎn)。

3 鑄輪破環(huán)的原因分析

（1）銅環(huán)材質(zhì)的影響。鑄造銅環(huán)主要成份為銅，其內(nèi)部含有少量的鎳、鋯等金屬元素，以提高銅環(huán)在高溫狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的銅環(huán)質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)變形，裂紋等問(wèn)題，經(jīng)常在生產(chǎn)時(shí)停機(jī)更換鑄輪。目前使用的銅環(huán)均為進(jìn)口，兩條生產(chǎn)線使用的是德國(guó)KME公司生產(chǎn)的鑄輪，鉻、鋯、銅合金，其熱穩(wěn)定性強(qiáng)，屈服強(qiáng)度340、抗拉強(qiáng)度420，硬度達(dá)130，在SCR生產(chǎn)線得到廣泛使用，可連續(xù)多個(gè)周期生產(chǎn)，因此銅環(huán)的材質(zhì)并非造成鑄輪報(bào)廢的主要原因。

（2）鑄輪受熱不均。生產(chǎn)過(guò)程中鑄輪的冷熱交替是周期性的，炙熱的銅液劇烈沖擊鑄輪，溫度急劇升高，使得進(jìn)入澆筑段與未進(jìn)入鑄造段的鑄輪溫差過(guò)大，反復(fù)經(jīng)過(guò)空程到結(jié)晶的溫度循環(huán)，鑄輪表面要承受550-600℃的高溫，內(nèi)應(yīng)力逐步累積，繼而結(jié)晶腔表面出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)該應(yīng)力大于銅環(huán)的屈服應(yīng)力時(shí)，鑄輪內(nèi)部晶粒滑動(dòng)的進(jìn)行，晶體組織的規(guī)律性被破壞，各晶粒被破碎并沿著力的方向被拉長(zhǎng)，從而在鑄輪銅環(huán)表面出現(xiàn)橫向或縱向裂紋。

（3）干燥不良。生產(chǎn)過(guò)程中鑄輪經(jīng)鑄機(jī)水、高壓水的沖刷，表層附帶大量的水汽，若水汽不能及時(shí)揮發(fā)，將被后段乙炔煙灰覆蓋，進(jìn)而將水汽帶入熔池，造成銅液飛濺。發(fā)生飛濺后該部位煙灰的均勻度不夠，銅液與鑄輪直接接觸，使得鑄輪局部冷卻不均，出現(xiàn)溫度差，長(zhǎng)期如此，鑄輪出現(xiàn)開裂或扭曲變形的現(xiàn)象。

（4）摩擦。在生產(chǎn)過(guò)程中，凝固的鑄坯與鑄輪之間存在相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)的方向沿鑄輪圓周向，在鑄輪表面產(chǎn)生的摩擦?xí)沟帽砻嫜刂芟蚰p以及刮傷，加上鑄輪車修時(shí)表面刀痕留下的微裂，在高溫膨脹、軟化和周向的反復(fù)摩擦等的共同作用。長(zhǎng)期如此，將加劇銅環(huán)表面應(yīng)力的累積，微裂紋發(fā)生擴(kuò)展，造成鑄輪表面出現(xiàn)縱向裂紋、凹槽、凹坑等缺陷。

（5）操作者素質(zhì)與責(zé)任心不到位。操作工的責(zé)任心不強(qiáng)或操作不規(guī)范或無(wú)具體作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是鑄輪產(chǎn)生缺陷的主要因素之一。鑄輪如無(wú)使用工藝以及裝配要求，操作人員在日常操作中對(duì)煙灰噴涂的控制、冷卻水的設(shè)定、風(fēng)管吹干角度壓力的調(diào)整、澆管角度等方面不按規(guī)定操作，在生產(chǎn)過(guò)程中將對(duì)鑄輪的使用狀態(tài)以及產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。

4 工藝改進(jìn)與維護(hù)措施

改善煙灰的噴涂：煙灰的主要作用為脫模、保護(hù)鑄輪，其噴涂的厚度與均勻性直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量與鑄輪的壽命。通過(guò)改變單個(gè)變量的試驗(yàn)跟蹤方法，我們找到了合理的煙灰噴涂角度、高度、流量以及噴涂位置等控制工藝，以保證煙灰噴涂附著性良好。

優(yōu)化吹干裝置：通過(guò)在鑄輪上部合理布置壓縮風(fēng)管的位置、方向與形式，以及增加擋水板裝置，較好的解決了鑄輪槽型內(nèi)部存在干燥死角，難以徹底干燥的問(wèn)題。改造后鑄輪內(nèi)表面帶液的情況顯著減少，澆注熔池內(nèi)部的銅液飛濺明顯減弱，鑄輪局部激熱激熱減少，減少了應(yīng)力不均勻的情況。同時(shí)鑄坯結(jié)晶質(zhì)量、氣孔也得到改善，下游客戶的斷線投訴率減少。

形成鑄輪保養(yǎng)機(jī)制：為規(guī)范鑄輪的使用，我們制定了鑄輪使用標(biāo)準(zhǔn)，即對(duì)鑄輪的車修、下機(jī)保養(yǎng)等進(jìn)行了規(guī)范，增加下機(jī)靜置、表面處理等工藝，優(yōu)化鑄輪的使用與管理。①增加下機(jī)靜置環(huán)節(jié)：之前鑄輪均為連續(xù)使用，直到鑄輪出現(xiàn)破壞后（出現(xiàn)裂紋、凹坑等）才下機(jī)停止使用，并直接進(jìn)行車修，車修后的直接上機(jī)使用，如此重復(fù)鑄輪往往出現(xiàn)還未到一個(gè)完整生產(chǎn)周期就出現(xiàn)了開裂。由此，我們對(duì)鑄輪上機(jī)使用、下機(jī)靜置的時(shí)間進(jìn)行了摸索，找到了鑄輪連續(xù)生產(chǎn)的最佳使用周期數(shù)與合適的下機(jī)靜置時(shí)間，進(jìn)而制定了鑄輪上、下機(jī)的更換標(biāo)準(zhǔn)。②采取表面處理工藝：通過(guò)觀察裂紋的形式，我們發(fā)現(xiàn)鑄輪表面裂紋均為受到拉應(yīng)力，在鑄輪上機(jī)前對(duì)其施加一個(gè)反方向的應(yīng)力，宜采用噴丸、噴砂、敲擊等方式對(duì)鑄輪表面進(jìn)行處理。

優(yōu)化鑄機(jī)冷卻水的工藝控制：對(duì)于鑄輪的內(nèi)表面，為防止急冷或冷卻不均，我們合理地配置了各段冷卻水的流量，采取由小到大逐漸加大冷卻水流量的方式。同時(shí)，我們也加強(qiáng)了對(duì)鑄輪側(cè)冷卻水噴嘴的檢查，制定了相應(yīng)的操作規(guī)范，要求每次開機(jī)前必須檢查噴嘴狀況，避免因噴嘴堵塞、脫落或角度發(fā)生偏移造成鑄輪冷卻不均。

5 結(jié)語(yǔ)

我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中將以上所述的各種改進(jìn)措施有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，大大延長(zhǎng)了鑄輪的使用壽命。鑄輪的使用壽命由原來(lái)的15000-20000噸/個(gè)，提高到現(xiàn)在的50000—55000噸/個(gè)，鑄輪的平均壽命增加了1倍多。因此，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，提高了生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，降低了生產(chǎn)成本。根據(jù)國(guó)外報(bào)道，目前鑄造機(jī)鑄輪的使用壽命可以長(zhǎng)達(dá)70000噸，因此我們的工作還有很大潛力可挖，我們將繼續(xù)致力于延長(zhǎng)五輪鑄造機(jī)鋼帶使用壽命的研究和探索，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。