板坯連鑄結(jié)晶器滲漏水下線原因分析及改進(jìn)措施

蘇文淦，胡占偉

(日照鋼鐵有限公司第二煉鋼廠，山東 日照 276806)

0 前言

2009年1～7月，煉鋼廠5臺板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器異常原因下線數(shù)量較多，在一定程度上影響了鑄機(jī)的正常生產(chǎn)計(jì)劃和作業(yè)率的進(jìn)一步提高。對此，組織專業(yè)人員進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總、研究分析并最終解決問題。

1 結(jié)晶器異常下線情況統(tǒng)計(jì)

由表1可知，結(jié)晶器窄、寬面銅板處滲漏水因素占異常下線總數(shù)的71%，是板坯連鑄結(jié)晶器故障離線的主要原因。煉鋼廠把重點(diǎn)放在此因素上，通過一段時(shí)間的努力，減少了結(jié)晶器異常下線次數(shù)，使結(jié)晶器故障下線次數(shù)半年內(nèi)每月控制在0～1次。

表1 2009年1～7月份異常原因下線情況明細(xì)Table 1 Statistics of abnormal off-line from January to July in 2009

2 因滲漏水使結(jié)晶器下線的原因分析

2.1 維修人員培訓(xùn)不到位

維檢人員普遍年輕，未接受過扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)和技能培訓(xùn)，對結(jié)晶器結(jié)構(gòu)及原理不了解或熟悉程度不夠，培訓(xùn)制度在執(zhí)行過程中存在一定的形式化;維檢隊(duì)伍在連鑄結(jié)晶器上無充足的培訓(xùn)資料，且結(jié)晶器斷面改變頻繁，導(dǎo)致無充足時(shí)間組織培訓(xùn)，加之維檢人員素質(zhì)跟不上，使結(jié)晶器裝配質(zhì)量變差;都是滲漏水發(fā)生的原因之一。

2.2 備件材料不能滿足現(xiàn)場裝配要求

2.2.1 密封圈與密封槽接觸不好

根據(jù)有關(guān)資料，靜密封應(yīng)用中“O”形圈預(yù)壓縮量約為截面直徑的15%～30%。對于孔用密封，“O”形圈最好處于拉伸狀態(tài)，最大允許拉伸量為6%。但在無設(shè)計(jì)圖紙的情況下，現(xiàn)場裝配檢修工對支撐板與背板相聯(lián)接的密封槽進(jìn)行測繪，扇形段下聯(lián)接水套用Φ60 mm×8 mm氟橡膠“O”形密封圈?，F(xiàn)場裝配過程中，因內(nèi)徑小過量拉伸，使密封圈受較大拉力而被壓偏咬傷。

2.2.2 聯(lián)接件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能滿足現(xiàn)場使用要求

(1)聯(lián)接膨脹螺栓易斷折。原連鑄機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)晶器背板與銅板聯(lián)接膨脹螺栓材質(zhì)采用0Cr18Ni9，且未經(jīng)任何熱處理，現(xiàn)場使用一段時(shí)間后，絕大部分下線的M16螺栓從與銅板聯(lián)接螺栓絲扣過渡根部處折斷，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)大多雙頭螺栓過鋼量6萬t以后就會(huì)折斷，如圖1所示。

圖1 原設(shè)計(jì)螺栓示意圖Fig.1 Diagram of original screw

由圖1可知，該螺栓螺紋為切削加工螺紋，非滾壓螺紋，易折斷的螺紋收尾處應(yīng)力較大。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，經(jīng)過淬、回火的力學(xué)性能的σb=520 MPa，可見，螺栓選材及加工工藝均存在一定問題。

(2)密封用紫銅墊未經(jīng)熱處理。到貨密封墊未經(jīng)退火處理，材質(zhì)硬度高(＞HB45)，導(dǎo)致螺栓達(dá)到緊固力矩時(shí)仍有滲漏水發(fā)生。

2.2.3 密封條安裝存在問題。結(jié)晶器窄面銅板裝配接頭部位的背板與銅板冷卻水側(cè)使用Φ8 mm×2 120 mm密封條(材質(zhì)氟橡膠，硬度70邵爾)，密封條進(jìn)行四周封閉密封，維修工人裝配時(shí)未統(tǒng)一設(shè)置密封條接頭對接位置，且接頭處未連接好，導(dǎo)致密封條接頭處滲漏水，被迫停澆。另外，密封條在使用中選取不當(dāng)，未使用規(guī)定的Φ8 mm密封條，而選擇直徑大于或小于8 mm的密封條，另外密封條長度裁取不當(dāng)導(dǎo)致密封條被剪掉切傷引起漏水，使結(jié)晶器被迫下線，如圖2所示。

圖2 裝配被切傷的密封條Fig.2 sealing ring injured by incorrect installation

2.3 檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程不規(guī)范或不符合現(xiàn)場實(shí)際

維檢隊(duì)伍參照其他煉鋼廠的連鑄檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)照搬到本鋼廠，因設(shè)備參數(shù)不同導(dǎo)致作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場實(shí)際不符，因無固定的檢修作業(yè)次序?qū)е聶z修標(biāo)準(zhǔn)無法統(tǒng)一，僅憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對銅板進(jìn)行組裝，難免出現(xiàn)滲漏水事件。

檢修完畢后，由于引錠對中不到位或切下輥道、切前輥道未保證平行度要求，導(dǎo)致引錠送入時(shí)偏離結(jié)晶器底部入口較多，在柔性引錠鏈到達(dá)彎曲段后，點(diǎn)動(dòng)向結(jié)晶器內(nèi)部送引錠時(shí)，現(xiàn)場操作不規(guī)范，導(dǎo)致引錠頭部頂撞窄面足輥甚至結(jié)晶器銅板底部，也會(huì)導(dǎo)致窄面銅板結(jié)合面處漏水。

2.4 驗(yàn)收制度不健全

2009年1～6月在結(jié)晶器銅板組裝、試水驗(yàn)收時(shí)，因負(fù)責(zé)日常結(jié)晶器銅板維修的班組長不在現(xiàn)場或工作變動(dòng)，臨時(shí)負(fù)責(zé)人員未嚴(yán)格按照1.3 MPa試水壓力、保壓15～30 min進(jìn)行驗(yàn)收，裝配試水完畢后未將修好件與待修件區(qū)分開或未做好三方(外委維檢承包單位、煉鋼廠工藝車間及維修車間)負(fù)責(zé)人確認(rèn)簽字，導(dǎo)致值班人員在無結(jié)晶器相關(guān)維修人員確認(rèn)的情況下將待修件吊上線，影響了連鑄機(jī)正常開機(jī)。

另外，結(jié)晶器在離線檢修試水、驗(yàn)收完畢后，因連鑄機(jī)連續(xù)生產(chǎn)或工藝或設(shè)備檢修原因，結(jié)晶器長期在線下放置，未在結(jié)晶器上線前再次試壓直接上線，上線一經(jīng)試水發(fā)生滲漏水情況，這也是銅板結(jié)合面處發(fā)生滲漏水的原因之一。

2.5 對維修承包方考核制度落實(shí)不到位

對于因結(jié)晶器銅板結(jié)合面處滲漏水情況發(fā)生后，煉鋼廠對維檢單位按照合同協(xié)議考核辦法執(zhí)行考核，但維檢單位對結(jié)晶器檢修班組負(fù)責(zé)人及具體確認(rèn)人有時(shí)未進(jìn)行警告、考核與教育，在一定程度上滋生了僥幸心理。

3 減少結(jié)晶器滲漏水的措施

3.1 加強(qiáng)人員培訓(xùn)，建立制度、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 搜集、修訂建立適合現(xiàn)場的結(jié)晶器維護(hù)資料，健全制度

由煉鋼廠聯(lián)系維檢單位匯總連鑄機(jī)設(shè)計(jì)單位結(jié)晶器圖紙及技術(shù)文件中的維護(hù)資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，編制維檢單位承包區(qū)域結(jié)晶器維檢流程，落實(shí)結(jié)晶器銅板安裝關(guān)鍵點(diǎn)注意事項(xiàng)，包括寬面、窄面銅板緊固力矩、螺栓緊固順序(按先中央后兩側(cè)，分3次緊固的次序進(jìn)行)等。

建立、完善結(jié)晶器管理及檢修驗(yàn)收制度，對現(xiàn)有制度進(jìn)行完善修訂。煉鋼廠機(jī)動(dòng)科聯(lián)系板坯一、二車間，技術(shù)科，板坯維修車間、外協(xié)單位聯(lián)合制定《板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器管理規(guī)定》，對銅板管理存在的問題、解決措施及結(jié)晶器離、在線檢修及正常工作范圍及異常情況判斷處理等方面做了相關(guān)規(guī)定。

除對維檢單位的工作進(jìn)行抽查外，加強(qiáng)對崗位操作人員注意事項(xiàng)的明確，做好在線送引錠的確認(rèn)，尤其是引錠頭距結(jié)晶器上口的距離。

3.1.2 做好適用于現(xiàn)場的制度、規(guī)程和維修標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)

(1)組織人員培訓(xùn)。煉鋼廠要求外委維檢單位按照四個(gè)階段嚴(yán)格進(jìn)行組織安排，具體情況如下:

第一階段，要求維檢單位做好結(jié)晶器維修的培訓(xùn)計(jì)劃、方案，報(bào)煉鋼廠機(jī)動(dòng)科、板坯維修車間審核，審核修訂后返回;

第二階段，維檢單位自行組織發(fā)放培訓(xùn)學(xué)習(xí)資料，按照培訓(xùn)計(jì)劃，維檢單位安排相關(guān)人員進(jìn)行日常培訓(xùn)學(xué)習(xí);

第三階段，全體結(jié)晶器維修人員培訓(xùn)完成，外協(xié)單位自行考試，不合格者組織復(fù)考;

第四階段，機(jī)動(dòng)科、板坯維修車間進(jìn)行書面考試，對于不合格者按照合同協(xié)議相應(yīng)條款考核維檢單位，并督促維檢單位繼續(xù)培訓(xùn)，直至合格。

(2)做好現(xiàn)場實(shí)際檢修過程及結(jié)果的驗(yàn)收、檢查。在書面培訓(xùn)考試過程中，督促維檢單位制定檢修確認(rèn)單，首先要求維檢單位自行驗(yàn)收，然后板坯維修車間、工藝車間技術(shù)員驗(yàn)收。要求維檢單位檢修作業(yè)長(或結(jié)晶器維修班長)、煉鋼廠工藝車間、板坯維修車間三方專人負(fù)責(zé)驗(yàn)收，在專門檢修確認(rèn)單上進(jìn)行驗(yàn)收簽字。煉鋼廠機(jī)動(dòng)科穿插檢查結(jié)晶器檢修情況，對現(xiàn)場結(jié)晶器檢修人員進(jìn)行抽查——如緊固力矩、緊固次序、碟簧安裝、試水壓力、保壓時(shí)間等注意事項(xiàng)，工器具的完好度、數(shù)量及三方驗(yàn)收情況。

另外，做好在線更換結(jié)晶器的監(jiān)督與考核，必須保證在線結(jié)晶器試水完畢后方可進(jìn)行調(diào)錐作業(yè)，避免調(diào)完錐度后因滲漏水而被迫調(diào)換結(jié)晶器，從而延長檢修時(shí)間或造成生產(chǎn)被動(dòng)。

3.1.3 加強(qiáng)重要工器具的管理

結(jié)晶器銅板裝配時(shí)須用到扭矩扳手、吊帶及液壓站、高壓試水泵等重要工器具，若工器具、設(shè)備缺失或損壞將影響到裝配、試水打壓的正常開展。按照維檢協(xié)議要求，鋼廠機(jī)動(dòng)科、維修車間不定期對檢修單位的工器具進(jìn)行檢查，使現(xiàn)場工器具缺失時(shí)能及時(shí)補(bǔ)充、返修，不致影響結(jié)晶器銅板的裝配維修。

3.1.4 及時(shí)更換下線易損件

結(jié)晶器銅板裝配過程中，煉鋼廠要求維檢單位定期更換膨脹螺栓、內(nèi)外螺套、紫銅墊、密封條、密封圈及碟簧等易損件，如圖3所示。另外，膨脹螺栓隨著銅板過鋼量增加，銅板熱應(yīng)力增大，大多螺栓被剪斷，當(dāng)過鋼量大于6萬t后必須拆下打壓一次，手錘錘擊檢測滲漏水處的螺栓以消除螺栓熱應(yīng)力，如損壞應(yīng)及時(shí)更換。

3.2 改造處理現(xiàn)場密封、膨脹螺栓(雙頭螺栓)、紫銅墊，消除備件內(nèi)應(yīng)力

3.2.1 對現(xiàn)場支撐板密封槽比對圖紙進(jìn)行測繪，指定合適密封圈、密封條，并正確安裝

根據(jù)結(jié)晶器相關(guān)圖紙，原窄面銅板配連接支撐板上進(jìn)回水凹形密封槽配套密封為Φ69.22 mm×5.33 mm，氟橡膠，硬度為70邵爾。該密封槽外徑×內(nèi)徑×深度為Φ80H11 mm×Φ65.8 mm×4.3 mm，如圖4所示。

根據(jù)CAT-0-REV0501《O形圈手冊》，“當(dāng)壓力來自內(nèi)側(cè)，則“O”形圈的外徑應(yīng)該與溝槽的外徑接觸”，“O”形圈外徑應(yīng)比溝槽外徑d3大1%～2%［2］，如圖5所示。結(jié)合現(xiàn)場結(jié)晶器實(shí)際情況，因硅橡膠較氟橡膠質(zhì)地軟，且能滿足結(jié)晶器密封連接及溫度(氟橡膠 －20℃ ～200℃，硅橡膠－60℃ ～260℃)要求，所以煉鋼廠最終選用Φ66 mm×7 mm的硅橡膠“O”形圈，并在每次安裝密封圈時(shí)，在密封凹槽內(nèi)均勻涂上潤滑脂，以便密封使用良好。另外，在安裝密封圈前注意檢查支撐板凹槽的倒角、圓角及溝槽清潔，避免擠壓或損傷“O”形圈。

圖5 “O”形圈內(nèi)部受力后與溝槽接觸情況Fig.5 Status that O-type ring is in contact with proove as it is pressed

對于背板與銅板冷卻水側(cè)使用Φ8 mm×2 120 mm密封條，確定密封條截面直徑禁止變動(dòng)，連接頭切成一定斜度連接，并將接頭設(shè)置在窄面銅板底部中央位置，要求用該密封條接成的密封圈不得在接處過度拉伸。既使發(fā)生滲漏水，因此時(shí)鋼水外殼已凝固，不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)事故。

3.2.2 改變螺栓加工方法及母材材質(zhì)

2009年7月將原設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接螺紋由原切削加工螺紋改為滾壓加工，如圖6所示。螺栓材質(zhì)由0Cr18Ni9改為1Cr17Ni2，螺栓力學(xué)性能見表2。

圖6 連接膨脹螺栓改進(jìn)圖Fig.6 Modification of coupling bolt

表2 螺栓力學(xué)性能比對Table 2 Mechanical property contract of coupling bolts MPa

3.2.3 對紫銅密封墊進(jìn)行退火處理

2009年7月開始，針對變形量小、未經(jīng)退火處理，硬度達(dá)到HV80(HB76.0)上線的Φ12.5 mm×Φ18 mm×3 mm紫銅墊，用氣割火烘烤、空冷后上線使用，并及時(shí)聯(lián)系供貨廠家對銅墊進(jìn)行退火處理，使其到貨銅墊硬度不大于HB45，紫銅墊密封性能良好。

4 應(yīng)用效果

通過近6個(gè)月現(xiàn)場管理人員和檢修人員的共同努力，2009年7～12月結(jié)晶器因滲漏水原因故障離線次數(shù)由2009年1～7月份前的月均5次下降到年底的1次以下，有效地減少了結(jié)晶器故障離線次數(shù)，降低了維修工的工作量和維修成本，提高了結(jié)晶器的周轉(zhuǎn)備用率，在一定程度上避免了事故、故障幾率，使連鑄設(shè)備的維修水平上了一個(gè)新臺階。

5 結(jié)論

(1)繼續(xù)督促維檢單位做好人員定期全員培訓(xùn)，定期進(jìn)行理論與實(shí)踐考試，現(xiàn)場抽查人員應(yīng)監(jiān)督、規(guī)范檢修流程，對于參考者考試成績差的予以教育，情況嚴(yán)重的按照煉鋼廠與維檢單位簽訂合同實(shí)施考核。

(2)煉鋼廠機(jī)動(dòng)科、維修車間專業(yè)點(diǎn)檢員繼續(xù)深入現(xiàn)場，會(huì)同維檢單位管理、點(diǎn)檢負(fù)責(zé)人員做好結(jié)晶器檢修工作的跟蹤，使結(jié)晶器維修作業(yè)程序和標(biāo)準(zhǔn)更加規(guī)范、更加合理。增加結(jié)晶器線下試水裝置，進(jìn)行離線試水。煉鋼廠工藝、維修車間定期檢查結(jié)晶器驗(yàn)收臺帳、驗(yàn)收卡片簽名情況，跟蹤好結(jié)晶器相關(guān)臺帳記錄，并督促落實(shí)好管理、考核。結(jié)晶器離線檢修完畢并經(jīng)確認(rèn)后，只要線下放置超過7天，必須安排人員進(jìn)行再次離線試水，有關(guān)各方進(jìn)行確認(rèn)。

(3)改變聯(lián)接膨脹螺栓進(jìn)行母材及加工工藝;對寬面銅板裝配處的膨脹螺栓斷折部位做好跟蹤統(tǒng)計(jì)分析;利用下線簡易試水裝置進(jìn)行試水打壓;過鋼量大于6萬t的銅板聯(lián)接膨脹螺栓要進(jìn)行敲擊，必要時(shí)更換;對聯(lián)接附件進(jìn)行及時(shí)更換(如碟簧、橡膠密封圈、紫銅墊等)。

(4)把好到貨備件驗(yàn)收關(guān)并及時(shí)定期更換易損件，對于到貨窄面銅板裝配用的紫銅墊提供硬度不大于HB45報(bào)告;“O”形圈或密封條滿足規(guī)定尺寸要求，改用內(nèi)Φ66 mm×7 mm硅橡膠“O”形圈，對寬面銅板裝配處的膨脹螺栓到貨進(jìn)行化驗(yàn)，保證滿足生產(chǎn)要求。

［1］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì)．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(3版)第1卷［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001:P3－94．

［2］ “O”形密封圈的選用［EB/OL］．［2011－12－16］http://www.doc88.com/p－98341232922.html．

［3］ 王國靖，張玉鏡，王永洪．延長結(jié)晶器、彎曲段輥?zhàn)釉诰€使用周期的探索［J］．重型機(jī)械，2011(3):1－4．

［4］ 王愛國．方圓坯兼容連鑄機(jī)工藝參數(shù)及主要設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］．重型機(jī)械，2011(1):50－52．