馬鋼板坯連鑄機結晶器調寬系統故障分析及處理*

張敏 王震 陶啟勝

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司)

馬鋼板坯連鑄機結晶器調寬系統故障分析及處理*

張敏 王震 陶啟勝

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司)

介紹了馬鋼引進的板坯連鑄機所采用的緊湊型板坯結晶器的窄面調寬執行系統的結構特點，對結晶器調寬系統存在的問題進行了分析，提出了相應的處理措施，實踐表明效果較好。

板坯連鑄機 結晶器 調寬

0 前言

結晶器是連鑄機的心臟，它決定了鑄坯的形狀和尺寸。過去板坯連鑄機一個澆次只能生產一種端面寬度的鑄坯，如果需要換規格必須停機更換結晶器或改變結晶器寬度，增加了停機次數，嚴重影響了連鑄機的生產能力和效率，且耗費大量的人力、物力，加大了操作人員的勞動強度。

在現代化的板坯連鑄機上為了實現不停機改變鑄坯寬度都采用了結晶器窄面調寬技術，無需更換結晶器就可以改變產品寬度，在連續生產的同時也可以在線調整寬度。在目前按照市場訂單來組產的生產模式下，結晶器窄面調寬技術的應用使快速改變端面尺寸成為可能，減少生產準備時間，大大提高了連鑄機的生產能力和效率。

馬鋼在引進的板坯鑄機上采用的是緊湊型結晶器，生產厚度 230/250(mm)×寬度 950～2150(mm)端面規格的板坯，調寬裝置采用的是電動伺服調節系統。

1 結晶器調寬裝置組成

結晶器調寬裝置由驅動伺服電機、萬向軸、減速機、梯形絲杠機構、導向桿和導向套筒組成。每個窄面銅板的上下兩端分別布置一套調寬裝置，可以單獨動作。電機采用的是西門子伺服電機，功率為1.5 kW，傳動形式為:傘齒輪+蝸輪減速機，梯形螺紋為:TR 65×10 DIN 103。表1為調寬裝置的參數。

表1 調寬裝置參數

2 工作原理

結晶器寬面銅板通過四根連桿將窄面銅板夾緊形成結晶器內腔。連桿的一端是碟簧組，一端是油缸。碟形彈簧提高夾緊力并在銅板受熱膨脹的情況下進行補償，保證夾緊力不產生變化。油缸的在調寬時推動連桿壓縮碟簧組，打開與窄面夾緊的寬面板，使窄面銅板容易移動。油缸壓力可以連續調整，在熱調寬時根據板坯的寬度大小、鋼水在結晶器內產生的靜壓力不同來調整夾緊力，以實現軟夾緊。由于到結晶器液面的距離不同所承受的鋼水靜壓力不同，4個油缸分為上下兩組，壓力可以分別調整。

在調寬時油缸加壓，銅板處于軟夾緊狀態，由伺服電機通過萬向軸驅動減速機，減速機帶動絲桿轉動，與之相配的螺母將旋轉運動轉化為直線運動帶動套筒伸縮動作實現窄面板的寬度方向調整。伺服電機內的編碼器計數將調整量反饋給電控系統進行控制。

3 故障分析及處理措施

3.1 驅動電機故障

調寬電機安裝結構。結晶器調節驅動裝置安裝在振動臺框架上，由伺服電機F1和萬向軸F3組成(如圖1所示)。調整時電機的轉動通過萬向軸傳遞到結晶器上的蝸輪減速機上，從而帶動結晶器窄面銅板動作，實現寬度調節的動作。

圖1 調寬電機安裝圖

電機布置在二冷室外面用保護罩保護并從C4處通入壓縮空氣，在保護罩內形成正壓，防止二冷室內的濕熱蒸汽和保護渣等污物進入損壞電機，并起到降溫冷卻的作用。在經過一年左右的使用后，電機損壞的情況開始發生。從2009年電機損壞的統計情況來看，總計損壞21臺，其中機械卡死19臺，電氣接地2臺，機械卡死的情況占了90%。損壞電機一般上線使用壽命在10～15個月左右。

維護時檢查電機發現在電機輸出軸和支架上都有保護渣等污物粘在上面，密封圈已經損壞。從電機送修反饋的情況來看，機械卡死的電機都是輸出軸端的軸承進水后潤滑脂失效造成卡死。從外觀上看，輸出軸端已經有了嚴重的銹蝕，連接的萬向軸與軸銹蝕在一起拆卸十分困難，軸承的密封圈損壞失效嚴重。

由于電機雖然在保護罩內，但是輸出軸端是暴露在二冷室內中，二冷室內充滿了水蒸汽，溫度可以達到50℃～60℃，造成軸的銹蝕;停機時，溫度降低到室溫，由于電機內的空氣冷縮熱漲，內部壓力低于外部氣壓，加上軸銹蝕后密封損壞失效，水和蒸汽進入電機，造成內部銹蝕，軸承潤滑失效損壞。伺服電機采用全密閉結構，沒有設計加油口，無法實現加油維護。伺服電機損壞原因主要是以下:

1)密封失效損壞，導致軸承無潤滑卡死，且無法補充潤滑脂;

2)保護渣等污物及水蒸汽進入電機內部;

從解決軸端密封做起。如果解決了雜物與水從輸出軸頸進入就可以解決卡死的問題。在原有的安裝支架上改進，在安裝孔上增加一件端蓋，并把原來的萬向軸直接安裝改為法蘭安裝形式，電機軸上增加一件半聯軸器。端蓋固定在支架上，與電機上的半聯軸器間采用密封圈密封。采用Ф50 mm×Ф7 2mm×h 12 mm的雙唇邊密封圈，不但可以有效的防止保護渣等雜物進入，也可以封住內部的油脂外泄。改進前后結構對比如圖2所示。

圖2 改進前后結構

在電機本身和增加的密封圈中間形成的空腔內填滿潤滑脂，可以防止溫度變化時電機內空氣的冷縮熱漲所引起的呼吸作用把蒸汽和水從軸密封處被吸入，即使吸入也是潤滑脂。可以對密封圈起到潤滑，增強密封效果、延長使用壽命。為了保證流動性良好，使用粘度比較低的00號極壓潤滑脂，具有在金屬表面有良好的粘附性，不易流失的特點，適用的溫度范圍較寬，可以適應二冷室內的溫度變化。

3.2 調整阻力大

1)導向桿表面結渣。在線調整時出現電機驅動阻力過大，發出過流報警。一般都是在結晶器上線使用一段時間后，特別是在長時間生產小端面尺寸鑄坯后改為生產大端面尺寸鑄坯的時候發生。

檢查發現由于長時間生產小端面鑄坯，調寬機構的導向桿處于伸出狀態，保護渣等雜物落在導向桿上，時間長形成硬塊。導向桿為處于縮回狀態。雖然在導向桿上裝有防塵圈以刮去附著在表面的污物，但污物過多造成阻力過大，電機過載，無法正常動作，必須下線處理。調寬機構結構如圖3所示。

針對這一問題，采取以下處理措施:①在導向桿上增加伸縮保護套俗稱皮老虎，防止雜物落到導向桿上;②做好保護蓋板的密封，減少保護渣等雜物落入;③通過日常管理，減少雜物進入，利用澆次間隙進行清理。

圖3 調寬機構結構

2)內部潤滑。一般是維修后新上線結晶器容易出現調整阻力過多的現象。通過對故障結晶器的拆卸發現是由于潤滑脂添加過多造成。導向桿與導向套配合結構類似于油缸。在檢修完成后在導向桿與套、導向桿與螺桿間裝填入潤滑脂進行潤滑。潤滑脂被密封在密閉的腔體內無法及時排除，造成阻力過大。

針對這一問題，采取以下措施:①在裝填潤滑脂時控制好裝入量;②選用針入度合適的潤滑脂。

3.3 結晶器跑錐

結晶器的錐度在澆鑄中是有嚴格的限制的，一旦發生跑錐窄面板與坯殼間隙增大，嚴重影響坯殼與銅板間的熱傳遞，容易引起鼓肚甚至漏鋼。在使用中發生過幾次窄面銅板跑錐事故。事后測量錐度變化達到3 mm～5 mm。窄面跑錐與調寬裝置零部件的配合間隙有關。表2列出了調寬裝置零部件間的配合間隙。

表2 配合間隙表 mm

銅板與掛鉤間隙過大。窄面銅板與水箱組裝后上端采用圓柱銷與導向桿連接;下端為了補償熱膨脹采用削邊銷和方形套與導向桿連接。為了保證能夠自由浮動，銷子與孔的配合采用間隙配合。長時間的使用銷孔與銷子的磨損會造成間隙過大，按照表中的間隙銷孔處得最大間隙為0.46 mm，最小為0.03 mm。在實際的檢查中發現有間隙達到1.1 mm的，導致跑錐的發生。解決方法是定期檢查，超過圖紙要求尺寸的零件及時更換。

雙螺母間隙過大。采用梯形螺紋副將旋轉運動轉化為直線運動必然存在螺紋間隙，為了減小梯形螺紋副間的傳動間隙，調寬裝置采用了雙螺母消隙結構，以得到小的傳動間隙，提高調整精度。在經過一段時間的使用后，配作的雙螺母會產生磨損，間隙增大，超過表中的最大間隙0.31 mm。一般在結晶器解體維修時對間隙進行檢測，超過0.4 mm的就要進行調整。在雙螺母間加入適當厚度的墊片來補償磨損量，達到間隙公差要求。

絲桿與減速機安裝后的配合狀況。這種情況與檢修質量有關。減速機輸出軸套裝在絲桿上，一端采用圓螺母鎖緊進行固定(圖3)。在安裝時沒有將絲桿安裝到位，絲桿臺階與減速機軸端面存在間隙，在使用過程中發生絲桿沿軸向竄動，直接導致跑錐發生。安裝時測量減速機軸套長度和絲杠配合長度，套入絲桿后對露出部分長度測量，確保安裝到位。

在完成整個調寬機構的安裝后根據表中的顯示，間隙在0.09 mm～0.537 mm范圍內都屬于正常間隙。裝配后采取在窄面銅板一端架設一塊百分表來測量，用千斤頂施加外力，記錄下百分表的讀數，以此檢測間隙。通過對這幾方面間隙的控制，單側錐度變化量能夠控制在平均0.3 mm左右，最大在0.5 mm以內，跑錐的現象已經杜絕。

4 效果分析

通過采取以上改進措施，結晶器調寬故障率明顯下降。2009年改進前與2010年改進后的的故障次數統計做了對比，電機損壞故障下降很明顯，導向桿卡滯的情況大有改觀，2009年與2010年結晶器調寬故障次數統計見表3。

表3 2009年與2010年結晶器調寬故障次數統計

電機消耗降低，節約了備件采購資金。結晶器故障和更換頻率明顯降低，故障時間也明顯縮短，大大減少了維護工作量。

2009年改進前發生兩次因為窄面銅板跑錐引發漏鋼的生產事故，改進后到目前為止，單側銅板澆次前后變化量一般能夠保持在0.4 mm左右，個別最大跑錐0.5 mm～0.6 mm，均在連鑄工藝要求范圍之內，未發生由跑錐引發的事故，杜絕了由于跑錐造成的鑄坯鼓肚、漏鋼事故。

通過合理改進和調整措施， 提高了結晶器調寬機構工作可靠性和調整精度，降低了結晶器故障發生率，大大減少了結晶器調寬故障的發生時間，減少了維護工作量，提高了連鑄機作業率。

［1］蔡開科.連鑄結晶器［M］.北京:冶金工業出版社，2008:171.

［2］海因茨K.米勒，伯納德S.納那烏.程傳慶等譯 流體密封技術－原理與運用.北京:機械工業出版社，2002:60.

TROUBLESHOOTING ANALYSIS AND HANDLING OF MOLD WIDTH ADJUSTING SYSTEM FOR SLAB CONTINUOUS CASTER IN MA’ANSHAN

Zhang Min Wang Zhen Tao Qisheng
(Ma’anshan Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

This paper introduces the structural characteristics of the mold width adjusting system of compact slab continuous caster in Ma’anshan Steel，analyses the remaining problems，puts forward the relevant measures.Practice shows that the effect is better.

slab continuous caster mold width adjusting

*聯系人:張敏，助理工程師，安徽.馬鞍山(243000)，馬鞍山鋼鐵股份有限公司第四鋼軋總廠連鑄分廠;

2011—7—24