提高連鑄機(jī)扇形段輥?zhàn)釉诰€壽命的實(shí)踐與研究

孫 健

(馬鋼股份公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243011)

在連鑄生產(chǎn)中，扇形段是連鑄機(jī)的核心設(shè)備之一，分為彎曲段、弧形段、矯直段和水平段，主要對(duì)鑄坯起著支撐、拉矯和導(dǎo)向的作用。當(dāng)帶有液芯的鑄坯離開結(jié)晶器垂直進(jìn)入扇形段后，通過扇形段的拉矯和導(dǎo)向，最后將鑄坯進(jìn)行水平輸送至板坯庫(kù)。

扇形段的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)連鑄生產(chǎn)的順行起著重要作用，發(fā)生故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷、鑄坯鼓肚、鑄坯嚴(yán)重的表面缺陷等各類事故，若扇形段整體在線壽命偏低則會(huì)增加更換數(shù)量，導(dǎo)致鑄機(jī)頻繁停機(jī)檢修，降低鑄機(jī)作業(yè)率。因此減少扇形段故障率，提高扇形段的在線壽命是我們?nèi)粘９ぷ鞯闹攸c(diǎn)內(nèi)容。

1 影響扇形段在線壽命的主要原因

1.1 扇形段的使用狀況

馬鋼第四鋼軋總廠在2007年引進(jìn)SMS-DEMAG技術(shù)，建成了兩臺(tái)直弧形板坯連鑄生產(chǎn)線。近年來，隨著對(duì)質(zhì)量和產(chǎn)量的要求不斷提高，也對(duì)扇形段的穩(wěn)定性提出了更高的要求。

鑄坯的質(zhì)量和產(chǎn)量與扇形段的穩(wěn)定和高精度運(yùn)行密切相關(guān)。由于連鑄生產(chǎn)的連續(xù)性，一旦扇形段出現(xiàn)較為嚴(yán)重輥?zhàn)庸收蠜]有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很可能造成批量的質(zhì)量事故導(dǎo)致重大損失。

1.2 扇形段存在的主要故障形式

通過對(duì)之前三年扇形段的故障統(tǒng)計(jì)，主要類型如圖1所示。

從故障統(tǒng)計(jì)看，扇形段故障主要原因是輥?zhàn)庸收希暾脊收媳确謩e為96.5%、91.2%和93.6%。從故障現(xiàn)象看是在生產(chǎn)過程中輥?zhàn)哟嬖诳ㄗ枧c漏水的問題，而且此類故障極其容易批量造成鑄坯表面劃傷質(zhì)量事故的發(fā)生，若驅(qū)動(dòng)輥卡阻后甚至有可能導(dǎo)致發(fā)生滯坯事故，對(duì)生產(chǎn)順行影響極大。如果能有效解決輥?zhàn)庸收?，就可以很好地提升鑄坯表面質(zhì)量，減少扇形段更換量，穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，提高連鑄的有效作業(yè)率。

圖1 統(tǒng)計(jì)3年扇形段故障統(tǒng)主要類型

2 輥?zhàn)拥慕Y(jié)構(gòu)及故障形式

2.1 輥?zhàn)拥慕Y(jié)構(gòu)形式

輥?zhàn)影凑找欢ǖ捻樞虬惭b在扇形段的固定側(cè)和活動(dòng)側(cè)上，在鑄坯經(jīng)過扇形段時(shí)起著支撐、矯直和導(dǎo)向的作用，該SMS-DEMAG機(jī)型輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)為三分節(jié)輥結(jié)構(gòu)形式，每根輥節(jié)兩端安裝在軸承座上，輥節(jié)之間采用水套連接，中間通有冷卻水，水套與輥節(jié)連接位置采用密封圈進(jìn)行密封，輥?zhàn)右欢税惭b有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接頭。其結(jié)構(gòu)如圖(2)所示。

圖2 原始輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)

2.2 輥?zhàn)拥墓收犀F(xiàn)象

分析近年的故障記錄發(fā)現(xiàn)，輥?zhàn)庸收系闹饕憩F(xiàn)形式如下：1、輥節(jié)卡阻無法轉(zhuǎn)動(dòng)；2、輥節(jié)連接處大量漏水；3、輥節(jié)卡阻同時(shí)連接處大量漏水；4、軸承座冷卻水路封板開裂漏水。其中輥節(jié)卡阻會(huì)導(dǎo)致輥?zhàn)又g嚴(yán)重積渣，造成鑄坯表面產(chǎn)生的劃傷缺陷。

3 輥?zhàn)庸收显蚍治黾安扇〉拇胧?/h2>

通過在現(xiàn)場(chǎng)拆解大量存在的故障輥?zhàn)?，發(fā)現(xiàn)卡阻是由于軸承損壞導(dǎo)致的，而這些損壞的軸承內(nèi)部絕大多數(shù)存在被水沖刷、銹蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象，而底部干油注入孔內(nèi)仍然存在部分新鮮干油痕跡，結(jié)合這些輥?zhàn)踊敬嬖诼┧默F(xiàn)象，故首先要解決由于輥節(jié)之間密封失效導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入軸承致使軸承損壞的問題。

在原設(shè)計(jì)中，輥節(jié)之間完全依靠一種腰鼓型的水套連接，密封圈安裝在水套上與輥節(jié)內(nèi)的襯套連接，中間設(shè)計(jì)有水管對(duì)輥節(jié)進(jìn)行循環(huán)冷卻。在生產(chǎn)中，三根輥節(jié)理論上同步轉(zhuǎn)動(dòng)，密封圈與襯套之間保持相對(duì)平衡，可以將冷卻水很好的密封在輥節(jié)中。但在實(shí)際使用中，該處密封頻繁失效，從損壞情況看，主要由于水套與輥節(jié)在安裝和生產(chǎn)中會(huì)有一定的相對(duì)位移，造成密封圈磨損，而原設(shè)計(jì)密封為星型密封，發(fā)生磨損后補(bǔ)償量較小，很容易造成密封失效。對(duì)此，決定將其改為補(bǔ)償量相對(duì)較大的唇型密封，延長(zhǎng)其使用壽命。唇形密封尺寸相較星型密封尺寸略大，原設(shè)計(jì)的密封槽無法安裝，同時(shí)原水套管壁較薄，在原基礎(chǔ)上進(jìn)行改造困難很大?；诖?，決定對(duì)連接密封形式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，方案中將密封槽設(shè)計(jì)在輥節(jié)本體的襯套上，將水套設(shè)計(jì)成直通的管型，其結(jié)構(gòu)如圖(3)所示。這樣可帶來如下優(yōu)點(diǎn)：1、簡(jiǎn)化水套加工工藝，在加工中可以更好的控制與密封圈接觸部位的粗糙度，減少密封圈的磨損；2、適當(dāng)加大密封件尺寸，增加補(bǔ)償量，延長(zhǎng)密封件的使用周期。通過以上改造，增強(qiáng)了輥節(jié)之間的連接強(qiáng)度，提高密封件使用壽命，最終增加了輥?zhàn)釉诰€使用壽命。

圖3 輥節(jié)連接結(jié)構(gòu)改進(jìn)形式

在拆解輥?zhàn)拥倪^程中，時(shí)常發(fā)現(xiàn)為輥?zhàn)庸┧男D(zhuǎn)接頭出水孔方形接頭位置存在堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致輥?zhàn)永鋮s不良，密封處溫度過高，拆卸下的密封存在碳化現(xiàn)象。分析其原因，除了各種因素導(dǎo)致雜物進(jìn)入水中外，還由于設(shè)備水中堵塞物顆粒過大無法通過方形管接頭位置，方形管接頭存在易偏孔、流量小的問題造成出水孔間隙小致使部分顆粒物無法通過而淤積最終堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致輥?zhàn)永鋮s效果差、密封失效、軸承損壞的現(xiàn)象頻發(fā)。

針對(duì)以上問題對(duì)拆解接頭進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)方形管接頭內(nèi)部間隙只有4 mm-5 mm，容易造成異物淤積且堵塞位置均為出水口。現(xiàn)改為通徑達(dá)到15 mm的直通接頭，則可以在不改變旋轉(zhuǎn)接頭主體結(jié)構(gòu)，充分利用原有備件的前提下解決堵塞問題，其形式如如圖4所示。經(jīng)過持續(xù)1年的工作，改造了所有的接頭，此后再未發(fā)生過旋轉(zhuǎn)接頭堵塞的情況，輥?zhàn)拥睦鋮s得到了有效保證。

圖4 旋轉(zhuǎn)接頭的管接頭改進(jìn)

連鑄在生產(chǎn)中，輥?zhàn)又苯优c紅坯接觸，冷卻不足會(huì)造成故障頻發(fā)，一直以來，為了適應(yīng)之前的生產(chǎn)模式和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，扇形段噴嘴采用了小流量設(shè)計(jì)。近年來，隨著產(chǎn)量的逐漸提高，生產(chǎn)模式和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，原噴嘴所提供的冷卻強(qiáng)度明顯不足，故我們針對(duì)性的對(duì)噴嘴流量進(jìn)行了優(yōu)化，增加流量，加強(qiáng)霧化效果，提高對(duì)板坯和輥?zhàn)拥睦鋮s效果，降低由于扇形段內(nèi)部過熱而造成的故障隱患。

因連鑄生產(chǎn)中工況惡劣，為了更好的給軸承冷卻，防止過熱損壞，軸承座均采用水冷形式，但我們?cè)谌粘z查中時(shí)常發(fā)現(xiàn)軸承座上用于封閉水路的封板開裂的現(xiàn)象，由于同一根輥?zhàn)铀休S承座的水路為串聯(lián)形式，只要有一處開裂，后面的軸承都無法正常冷卻，存在過熱損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

通過拆解大量的軸承座封板檢查水路情況，我們發(fā)現(xiàn)在高溫下，軸承座水路表面附著有大量的硬化污垢，堵塞冷卻水路。為了避免軸承座在多次循環(huán)使用后由于水路結(jié)垢導(dǎo)致軸承冷卻不良，我們安排對(duì)每個(gè)下線后的軸承座都進(jìn)行檢查清理，發(fā)現(xiàn)完全堵塞的打開封板進(jìn)行人工清理，其余全部用專業(yè)清洗液進(jìn)行除垢處理，有效提升了軸承的冷卻效果。

潤(rùn)滑不良也是造成軸承損壞的一個(gè)因素，由于目前拉速較以往提高明顯，板坯冷卻時(shí)間較短，扇形段活動(dòng)側(cè)溫度明顯較以往有所提高，靠近板坯的干油支管內(nèi)部較以往更容易出現(xiàn)干油硬化而造成的堵塞現(xiàn)象，故對(duì)其更換周期重新制定標(biāo)準(zhǔn)，由原來的三年更換提高到兩年進(jìn)行更換。

4 實(shí)施效果

扇形段輥?zhàn)臃€(wěn)定運(yùn)行前提是保證足夠的冷卻強(qiáng)度和良好的潤(rùn)滑效果，以上措施自2018年逐步實(shí)施后有效果顯著，扇形段輥?zhàn)拥钠骄诰€通鋼爐數(shù)由2017年3500爐提高到2021年的5600爐，顯著的提高了扇形段的使用壽命，為連鑄的穩(wěn)定生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。