板坯連鑄機(jī)連鑄輥適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計(jì)

覃義 宋育仕

（廣西柳州鋼鐵（集團(tuán)）公司轉(zhuǎn)爐煉鋼廠 廣西柳州 545002）

板坯連鑄機(jī)連鑄輥適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計(jì)

覃義 宋育仕

（廣西柳州鋼鐵（集團(tuán)）公司轉(zhuǎn)爐煉鋼廠 廣西柳州 545002）

常規(guī)板坯連鑄機(jī)扇形段連鑄輥裝配按其結(jié)構(gòu)分為靜不定結(jié)構(gòu)連鑄輥、芯軸結(jié)構(gòu)連鑄輥、分段組合連鑄輥等基本結(jié)構(gòu)。柳鋼轉(zhuǎn)爐廠板坯5#連鑄機(jī)扇形段連鑄輥損壞主要有：連鑄輥斷裂、輥面龜裂、和連鑄輥卡阻不轉(zhuǎn)等問(wèn)題。通過(guò)實(shí)踐分析，改變連鑄輥原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，解決實(shí)際存在的連鑄輥結(jié)構(gòu)問(wèn)題，提高效益。

連鑄輥；結(jié)構(gòu)；改造

1 前言

板坯連鑄機(jī)扇形段連鑄輥的作用是把結(jié)晶器內(nèi)形成的較薄厚度坯殼的板坯，沿扇形段將鑄坯連續(xù)或多點(diǎn)彎曲矯直拉出，扇形段連鑄輥之間的開(kāi)口度均勻收縮，鑄坯質(zhì)量的好壞與扇形段連鑄輥的質(zhì)量有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，例如連鑄輥不轉(zhuǎn)通常會(huì)造成鑄坯刮痕，連鑄輥圓跳動(dòng)過(guò)大會(huì)造成鑄坯出現(xiàn)邊角裂紋、三角區(qū)裂紋，連鑄輥輥縫收縮不均勻會(huì)導(dǎo)致鑄坯鼓肚和內(nèi)部裂紋等質(zhì)量問(wèn)題。鑄坯的有效冶金長(zhǎng)度，主要由結(jié)晶器足輥，支導(dǎo)段，扇形段，矯直段、水平段等組成。這些段連鑄輥輥徑由小至大。鑄坯坯殼薄弱初期，鋼水靜壓力大，通常設(shè)計(jì)小輥徑高密排性連鑄輥，能有效減小因鋼水靜壓力導(dǎo)致鑄坯鼓肚的空間，鑄坯凝固末端，拉坯阻力大，通常設(shè)計(jì)大輥徑連鑄輥增強(qiáng)強(qiáng)度，連鑄輥設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能是否合理，會(huì)直接影響鑄機(jī)生產(chǎn)的穩(wěn)定性及鑄坯的質(zhì)量。

2 連鑄輥的結(jié)構(gòu)

連鑄輥結(jié)構(gòu)形式一般分三種：

（1）幾段輥套用鍵與一根芯軸連接，軸承安裝在支點(diǎn)上。在力學(xué)上屬于靜不定結(jié)構(gòu)，稱為靜不定轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)連鑄輥，如圖1所示。

圖1

（2）軸承安裝在輥套內(nèi)部，軸固定安裝在數(shù)個(gè)支撐上，在力學(xué)上各段輥套是具有局部自由度的構(gòu)件，在鋼坯推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)是靜定的，稱芯軸結(jié)構(gòu)連鑄輥，如圖2所示。

圖2

（3）每根連鑄輥分別支撐在兩個(gè)軸承座上，在力學(xué)上屬于靜定結(jié)構(gòu)，稱為分段組合結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

3 不同結(jié)構(gòu)輥的受力分析撓度對(duì)比

從受力分析情況可知，整體輥因只有兩個(gè)支點(diǎn)，故兩端軸承在同等載荷下，比多支點(diǎn)的分節(jié)輥的軸承要受力大，需選擇承載能力大的軸承。芯軸式輥?zhàn)又胁枯S承的受力也很大，如果條件允許，可設(shè)計(jì)兩個(gè)并列的調(diào)心輥?zhàn)虞S承。分段組合式連鑄輥的受力比芯軸式中部軸承受力的一半還要小，固此軸承選擇可以比芯軸式輥的軸承的承載能力要小的。從連鑄輥的理論變形情況可以看出整體輥的撓度最大，彎曲嚴(yán)重的連鑄輥生產(chǎn)出鑄坯的鼓肚嚴(yán)重，這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)在基本被淘汰。分段組合式輥的撓度比芯軸式輥的要大，其優(yōu)點(diǎn)是安裝裝配容易，維修方便。芯軸式輥對(duì)安裝要求高，裝配尺寸鏈等級(jí)高，容易形成過(guò)定位問(wèn)題，由于輥套裝配在芯軸上，要求加工精度高，且受力較大，不易拆卸，使輥套的拆裝維修困難，需有專門的連鑄輥拆裝機(jī)。但是綜合受力和可靠性，芯軸式連鑄輥優(yōu)勢(shì)大。

圖3

圖4

4 實(shí)際應(yīng)用存在的問(wèn)題

柳鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠板坯5#連鑄機(jī)由德國(guó)西馬克設(shè)計(jì)，于2005年投入使用，弧形半徑為8.636m，鑄坯主要斷面尺寸為220×1000～1650，連鑄機(jī)冶金長(zhǎng)度291000mm。連鑄機(jī)二冷區(qū)扇形段共14段，各扇形段結(jié)構(gòu)大體相同。3#～14#扇形段均具備遠(yuǎn)程輥縫調(diào)節(jié)功能和凝固末端輕壓下功能。3#～14段的驅(qū)動(dòng)輥采用整體式分節(jié)輥結(jié)構(gòu)，理論上這種結(jié)構(gòu)的連鑄輥能傳遞較大的扭矩。這種結(jié)構(gòu)的連鑄輥剛度好，受力情況較好，但連鑄輥加工要求高，裝配容易形成過(guò)定位。中部采用剖分式軸承，安裝拆卸容易，但造價(jià)高，如圖5所示。

圖5

3#～14段的自由輥采用分段組合式輥式結(jié)構(gòu)，整個(gè)連鑄輥由兩節(jié)連鑄輥組成，每段連鑄輥分別支承在兩個(gè)軸承座上。由于兩個(gè)連鑄輥之間無(wú)法能傳遞扭矩，因此這種連鑄輥只能用在自由輥上。兩段連鑄輥之間每段連鑄輥都有軸承，故這種結(jié)構(gòu)的兩段相鄰的連鑄輥之間的距離很大，造成不支承鑄坯的跨度較大，會(huì)在一定程度上影響鑄坯的表面質(zhì)量，如圖6所示。

圖6

板坯5#機(jī)在生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)輥中部軸承座和軸承因?yàn)槭瞧史质降模瑢?duì)安裝精度要求很高，新連鑄輥上線使用2個(gè)月左右，就出現(xiàn)損壞情況如下：①軸承位磨損，軸承損壞。在環(huán)境物理的變化下，因剖分軸承的軸瓦是兩瓣式對(duì)合，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，鋼坯傳遞熱量給輥體，輥體熱膨脹，軸承座因內(nèi)水冷帶走熱量未膨脹，導(dǎo)致剖分軸承與軸徑間隙小，形成惡性循環(huán)，磨損嚴(yán)重直至連鑄輥卡阻不轉(zhuǎn)。②連鑄輥斷裂。因輥身設(shè)計(jì)為整體式分節(jié)輥，輥身整體熱處理時(shí)存在結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題，加工過(guò)程中過(guò)渡圓角小，因中間軸承部位應(yīng)力原因，未滿足金屬力學(xué)性能，在使用中形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致斷裂。

自由輥為兩段式的，每段連鑄輥單獨(dú)承擔(dān)負(fù)載，長(zhǎng)輥負(fù)載重，輥體與軸承位過(guò)渡圓角小，且對(duì)應(yīng)鑄坯重心位置，所以經(jīng)常出現(xiàn)長(zhǎng)輥軸承位斷裂現(xiàn)象。

驅(qū)動(dòng)輥和自由輥都容易出現(xiàn)斷輥現(xiàn)象，主要是板坯5#機(jī)的3#-14#段都具備輕壓下功能，生產(chǎn)過(guò)程中連鑄輥負(fù)載大，也說(shuō)明了整體式分節(jié)輥和分段式組合輥這兩種結(jié)構(gòu)不滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

5 改造優(yōu)化連鑄輥結(jié)構(gòu)內(nèi)容及增加強(qiáng)度

5.1 驅(qū)動(dòng)輥的改造方案

西馬克原設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)輥存在問(wèn)題是軸承位磨損，軸承損壞和連鑄輥斷裂。首先就是要取消剖分式軸承座和剖分軸承，重新設(shè)計(jì)一個(gè)整體式軸承座，為增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，軸承座兩端透蓋設(shè)計(jì)為一側(cè)連接軸承座，一側(cè)分體便于拆卸。剖分軸承改用并列兩個(gè)調(diào)心連鑄輥軸承，整體式分節(jié)結(jié)構(gòu)按原輥套長(zhǎng)度切斷，輥套擴(kuò)孔，增加芯軸，從設(shè)計(jì)上消除金屬力學(xué)性能不佳的部位，整體改為靜不定轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)。

5.2 自由輥的改造方案

西馬克原設(shè)計(jì)的自由輥存在問(wèn)題主要是長(zhǎng)輥端軸頸斷裂。結(jié)合受力分析，這種分段輥結(jié)構(gòu)撓度大，長(zhǎng)輥強(qiáng)度不能滿足實(shí)際使用要求。重新設(shè)計(jì)一個(gè)整體式軸承座，為避免尺寸干涉問(wèn)題，改制軸承座的幾何尺寸與原分段式兩個(gè)中部軸承座外形極限尺寸一致，軸承同樣采用并列兩個(gè)調(diào)心連鑄輥軸承的形式，輥套切斷軸頸并鉆芯軸孔，增加芯軸，分段組合式輥式結(jié)構(gòu)改為靜不定轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)，與驅(qū)動(dòng)的改造方式一致，這樣改造的目的：①便于結(jié)構(gòu)形式和主體零部件統(tǒng)一，方便以后的設(shè)備維護(hù)管理；②能使斷輥再利用；③使用較為便宜的調(diào)心輥?zhàn)虞S承取代價(jià)格高昂的剖分軸承，有效降低了連鑄輥的生產(chǎn)成本。驅(qū)動(dòng)輥、自由輥統(tǒng)一改造后的方式如圖7。

圖7

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)板坯連鑄機(jī)連鑄輥適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，柳鋼轉(zhuǎn)爐廠板坯5#機(jī)扇形段連鑄輥在線使用周期和檢修質(zhì)量得到顯著提高。西馬克原設(shè)計(jì)的連鑄輥結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輥過(guò)鋼量只能達(dá)到30萬(wàn)t左右，自由輥的過(guò)鋼量只能達(dá)到20萬(wàn)t左右，基本為非正常損耗，生產(chǎn)成本高，維護(hù)強(qiáng)度大，生產(chǎn)穩(wěn)定性差。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)改造后，驅(qū)動(dòng)輥與自由輥的過(guò)鋼量均達(dá)到80萬(wàn)t以上，并且下線的連鑄輥基本為輥面壽命到期，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，便于再次維修。改造后的連鑄輥壽命提高到原設(shè)計(jì)的2.67～4倍。一套剖分軸承的價(jià)格需要4.2萬(wàn)元，改為兩個(gè)調(diào)心輥?zhàn)虞S承代替只需0.6萬(wàn)元，僅僅是軸承這一方面，就直接降低成本86.4萬(wàn)元。連鑄輥的修復(fù)單價(jià)按1萬(wàn)/根計(jì)算（不含軸承成本），因連鑄輥壽命提高，每年大概可節(jié)約200萬(wàn)元的維修成本。直接經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時(shí)連鑄輥故障次數(shù)顯著減少，降低了設(shè)備下線周期，延長(zhǎng)扇形段設(shè)備的使用壽命，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高了鑄坯的質(zhì)量，間接經(jīng)濟(jì)效益巨大。

[1]柳鋼轉(zhuǎn)爐廠板坯5#機(jī)德國(guó)西馬克設(shè)計(jì)資料.

[2]柳鋼轉(zhuǎn)爐廠板坯6#機(jī)重慶中冶賽迪設(shè)計(jì)資料.

更正聲明

《大科技》雜志2016年7月刊（總第199期P221-P222），作者李邵峰（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院邵陽(yáng)分院 湖南 邵陽(yáng) 422000），刊登文章《淺談暖通空調(diào)安裝施工的質(zhì)量控制》，其中題目刊登有誤，現(xiàn)更正為：《特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)所用儀器設(shè)備的檢定與校準(zhǔn)》。

特此更正！

大科技雜志社

TF341.6

A

1004-7344（2016）23-0226-02

主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

2016-7-25

覃義（1984-），男，助理工程師，本科，負(fù)責(zé)設(shè)備管理工作。