直弧連鑄機在線調寬結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晶器寬面夾緊裝置出現的事故進行了深入分析，對其設計及工作原理進行了研究，結合現場具體工況進行了分析和計算，準確調整了結晶器寬面銅板處夾緊裝置的預緊力，較好地解決了澆鋼過程中結晶器銅板過載打開的故障，避免產生結晶器接縫超標及跑錐等問題，保證生產的正常運行。

關鍵詞：結晶器;夾緊裝置;碟形彈簧;調整

一、前言

2001年以來，某煉鋼廠先后從奧鋼聯引進了3臺直弧型連鑄機，直弧型連鑄機是當前冶金行業的發展趨勢，該機型的連鑄機有很多的優點，尤其是該機型的結晶器具有在線調寬、液壓結合碟簧鎖緊等功能，具有世界先進水平。從該煉鋼廠直弧型連鑄機投產初期的實際生產情況來看，直弧型結晶器的寬面活動側銅板多次出現正常澆鋼過程中自動打開的現象。而在澆鋼過程中，結晶器活動側銅板一旦打開，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，輕則中止澆鋼、中斷生產，重則引發漏鋼事故。導致這種現象的最根本原因是：奧鋼聯設計的結晶器夾緊裝置鎖緊力設計偏小。從結晶器的實際鎖緊動作來看，動作疲軟無力，結晶器夾緊裝置的夾緊力無法克服鋼水的靜壓力，導致結晶器活動側銅板自動打開，澆鋼過程中，結晶器活動側銅板一旦打開，其漏鋼的比例將高達95%，所造成的經濟損失非常之大，不僅不能保證澆鑄的板坯質量，而且燒壞大量設備，打亂正常生產節奏。

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

二、夾緊裝置預緊力的分析計算

板坯連鑄機結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和固定側銅板，其中寬面的固定側上口有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構成夾緊裝置，以控制寬面銅板的打開和關閉，共同確定板坯的厚度，其結構所示。固定側拉桿端用螺母壓在內弧側寬邊水箱的箱體上，活動側通過碟形彈簧將外弧側寬邊水箱夾緊，同時通過4個夾緊油缸的預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寬油缸，從而達到控制結晶器的寬度和錐度，這種夾緊方式特點是結構簡單、易操作，可以實現在線調寬，有效減少連鑄機停開機次數，提高連鑄機的作業率。

結晶器在線調寬的過程中，寬面活動側銅板需要打開，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，對正常生產構成嚴重威脅，鎖緊力大了，調寬功能無法實現，影響生產節奏。因此控制好寬面銅板的鎖緊力顯得尤為重要。

根據現場連鑄工藝的實際情況，結晶器銅板的高度為900mm，一般情況下鋼水在結晶器上口下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晶器銅板及水箱傳遞到四個夾緊油缸，結晶器夾緊裝置。

（一）鋼水對結晶器銅板的靜壓力

結晶器的實際有效截面積越大，鋼水對銅板的靜壓力就越大，根據某煉鋼廠的生產實際，按照最大板坯截面計算。根據結晶器結構型式，鋼水對寬面銅板的靜壓力F為：

（二）上下夾緊裝置分力

假設結晶器寬面銅板與窄面銅板接觸但不受力，結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，結晶器內鋼水重心位置為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。

取結晶器銅板的形心C高度[6]，對點C合力矩平衡得：

（2）

根據工藝參數及結晶器實際尺寸取，，，由式（2）可得：，。則如圖4所示，活動側寬面銅板對應得上、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緊力

為便于測量夾緊裝置分力，轉化為對應夾緊油缸預緊壓強：

（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銅板不會自動打開下，夾緊裝置應該提供的預緊力的最小值。

三、故障原因分析及實施措施

對于結晶器夾緊油缸的預緊力，考慮現場的實際工況及安全性能。取安全系數為1.5[6]，則對應的油缸壓強和預緊。

根據現場多次試驗發現：結晶器上夾緊裝置油缸壓力達到75bar，結晶器下夾緊裝置油缸壓力達到125bar，結晶器活動側銅板可以完全打開，由此可以近似地計算出對應的鎖緊力，同時結合不同油缸壓力下碟簧的預壓量，就可以得到夾緊裝置調整后碟簧預壓量、油缸壓力與碟簧壓縮量三者之間關系曲線。

對比圖5中兩個曲線，可以發現，調整后的夾緊裝置碟簧的預壓量增大了，對應的預緊力比調整前的預緊力要大，因此結晶器活動側銅板自動打開的根本原因在于夾緊油缸的預緊力過小。應按照分析計算的預緊力進行調整，但是預緊力不能無限制的增大，因為預緊力過大就可能無法打開活動側銅板，造成無法實現結晶器在線調寬。通過現場多次實驗和測試，同時結合計算得到的相關數據，把夾緊裝置上油缸內碟形彈簧的預緊量由原來的2mm增加到現在的5mm，預緊力也由原來的10.1bar增加到現在的23.3bar;夾緊裝置下油缸內碟形彈簧的預緊量由原來的6.6mm增加到現在的9.6mm，預緊力也由原來的36bar增加到現在的48bar。

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

四、小結

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

參考文獻

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