延長SCR連鑄機鑄輪使用壽命工藝研究

張鵬飛，席安武

（江西銅業銅材有限公司，江西 鷹潭 335424）

江銅分別于2003、2006年從美國SOUTHWIRE公司引進了SCR3000、SCR4500兩條銅桿連鑄連軋生產線，其產品規格為8mm銅桿，設計總產能37萬噸/年。鑄機是SCR連鑄連軋生產線核心部分，該備件的正常與否，直接影響鑄坯的質量，進而影響銅桿的品質、生產成本。盡管目前SCR工裝設備領先世界，但鑄造輪的使用壽命一直是制約生產成本與生產效率的主要因素。

1 鑄機工作原理及鑄輪的結構

SCR鑄機系統工藝流程圖其工作原理為:銅液由下流槽流入中間包，通過中間包SPOUT流入由壓緊鋼帶和鑄輪凹槽包裹的梯形結晶腔，經過鑄機冷卻水的冷卻，液態銅結晶、凝固成固態銅錠，再經過脫模裝置，它使銅液凝固、結晶成銅錠，并對銅錠進行削邊、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鑄機系統工藝流程圖。SCR3000、SCR4500生產線均采用五輪式鋼帶澆注機，是SCR連鑄連軋生產線的核心。其特點是:結構簡單，易調整操作，維修保養便利。

圖1 SCR鑄機工藝流程圖

鑄輪是由鑄輪銅環、不銹鋼護板、緊固螺桿、支撐桿等部件組合而成。在鑄造過程中鑄造銅環與高溫銅水直接接觸，經歷反復的激冷激熱，從而使得銅環開裂、變形。鑄輪表面出現裂紋，造成該部位冷卻較慢，導致鑄坯的晶粒粗大，結晶不均勻，影響后續的加工性能。

2 鑄輪報廢的形式

因鑄輪的使用環境極其復雜、惡劣，生產過程中需承受激冷、激熱、摩擦的相互作用，通常情況下銅環的破壞形式主要有：裂紋、表面擦傷、變形（徑向、軸向彎曲）、結垢、局部燒傷、凹坑等。對鑄坯的結晶質量影響非常大，且容易造成安全事故，此時往往需要停機更換，影響生產。

3 鑄輪破環的原因分析

（1）銅環材質的影響。鑄造銅環主要成份為銅，其內部含有少量的鎳、鋯等金屬元素，以提高銅環在高溫狀態下的熱穩定性。目前國內生產的銅環質量不穩定，生產過程中常會出現變形，裂紋等問題，經常在生產時停機更換鑄輪。目前使用的銅環均為進口，兩條生產線使用的是德國KME公司生產的鑄輪，鉻、鋯、銅合金，其熱穩定性強，屈服強度340、抗拉強度420，硬度達130，在SCR生產線得到廣泛使用，可連續多個周期生產，因此銅環的材質并非造成鑄輪報廢的主要原因。

（2）鑄輪受熱不均。生產過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，使得進入澆筑段與未進入鑄造段的鑄輪溫差過大，反復經過空程到結晶的溫度循環，鑄輪表面要承受550-600℃的高溫，內應力逐步累積，繼而結晶腔表面出現點腐蝕現象。當該應力大于銅環的屈服應力時，鑄輪內部晶粒滑動的進行，晶體組織的規律性被破壞，各晶粒被破碎并沿著力的方向被拉長，從而在鑄輪銅環表面出現橫向或縱向裂紋。

（3）干燥不良。生產過程中鑄輪經鑄機水、高壓水的沖刷，表層附帶大量的水汽，若水汽不能及時揮發，將被后段乙炔煙灰覆蓋，進而將水汽帶入熔池，造成銅液飛濺。發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，出現溫度差，長期如此，鑄輪出現開裂或扭曲變形的現象。

（4）摩擦。在生產過程中，凝固的鑄坯與鑄輪之間存在相對滑動，滑動的方向沿鑄輪圓周向，在鑄輪表面產生的摩擦會使得表面沿著周向磨損以及刮傷，加上鑄輪車修時表面刀痕留下的微裂，在高溫膨脹、軟化和周向的反復摩擦等的共同作用。長期如此，將加劇銅環表面應力的累積，微裂紋發生擴展，造成鑄輪表面出現縱向裂紋、凹槽、凹坑等缺陷。

（5）操作者素質與責任心不到位。操作工的責任心不強或操作不規范或無具體作業標準是鑄輪產生缺陷的主要因素之一。鑄輪如無使用工藝以及裝配要求，操作人員在日常操作中對煙灰噴涂的控制、冷卻水的設定、風管吹干角度壓力的調整、澆管角度等方面不按規定操作，在生產過程中將對鑄輪的使用狀態以及產品品質產生較大影響。

4 工藝改進與維護措施

改善煙灰的噴涂：煙灰的主要作用為脫模、保護鑄輪，其噴涂的厚度與均勻性直接影響著產品的質量與鑄輪的壽命。通過改變單個變量的試驗跟蹤方法，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。

優化吹干裝置：通過在鑄輪上部合理布置壓縮風管的位置、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部存在干燥死角，難以徹底干燥的問題。改造后鑄輪內表面帶液的情況顯著減少，澆注熔池內部的銅液飛濺明顯減弱，鑄輪局部激熱激熱減少，減少了應力不均勻的情況。同時鑄坯結晶質量、氣孔也得到改善，下游客戶的斷線投訴率減少。

形成鑄輪保養機制：為規范鑄輪的使用，我們制定了鑄輪使用標準，即對鑄輪的車修、下機保養等進行了規范，增加下機靜置、表面處理等工藝，優化鑄輪的使用與管理。①增加下機靜置環節：之前鑄輪均為連續使用，直到鑄輪出現破壞后（出現裂紋、凹坑等）才下機停止使用，并直接進行車修，車修后的直接上機使用，如此重復鑄輪往往出現還未到一個完整生產周期就出現了開裂。由此，我們對鑄輪上機使用、下機靜置的時間進行了摸索，找到了鑄輪連續生產的最佳使用周期數與合適的下機靜置時間，進而制定了鑄輪上、下機的更換標準。②采取表面處理工藝：通過觀察裂紋的形式，我們發現鑄輪表面裂紋均為受到拉應力，在鑄輪上機前對其施加一個反方向的應力，宜采用噴丸、噴砂、敲擊等方式對鑄輪表面進行處理。

優化鑄機冷卻水的工藝控制：對于鑄輪的內表面，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，我們也加強了對鑄輪側冷卻水噴嘴的檢查，制定了相應的操作規范，要求每次開機前必須檢查噴嘴狀況，避免因噴嘴堵塞、脫落或角度發生偏移造成鑄輪冷卻不均。

5 結語

我們在生產實踐中將以上所述的各種改進措施有機地結合起來，大大延長了鑄輪的使用壽命。鑄輪的使用壽命由原來的15000-20000噸/個，提高到現在的50000—55000噸/個，鑄輪的平均壽命增加了1倍多。因此，取得了顯著的經濟效益，提高了生產效率，減少產品質量波動，降低了生產成本。根據國外報道，目前鑄造機鑄輪的使用壽命可以長達70000噸，因此我們的工作還有很大潛力可挖，我們將繼續致力于延長五輪鑄造機鋼帶使用壽命的研究和探索，提高企業競爭力。