熱連軋薄板坯結晶器結構改進實踐

鄭建明

（新余鋼鐵集團公司 江西新余）

新鋼公司三期技改300萬噸薄板工程，是江西鋼鐵冶金史上一次性投入最大的技改項目，其總預算資金達135億，該項目的順利完成與否，將直接關乎新鋼未來生存與發(fā)展的重中之重的頭等大事。該項目從煉鐵、煉鋼、軋材、燒結、焦化等各個冶金生產(chǎn)環(huán)節(jié)，進行了全面規(guī)劃和重新設計改造，從工藝技術到節(jié)能環(huán)保，引進了目前國內(nèi)多項先進工藝技術，如焦化干熄焦技術、高爐TRT余壓發(fā)電技術、冶金短流程工藝布局“一罐制”、連鑄薄板坯EMS系統(tǒng)、KR法脫硫技術、渣零排放處理技術等。該項目全面完成，將使新鋼公司工藝技術水平登上一個新臺階，更使其產(chǎn)能由500萬噸跨入千萬噸行列。

一、工藝和基本結構

210 t轉(zhuǎn)爐煉鋼項目是本次技改中最主要項目，其主要由鐵水預處理（KR法）、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉(LF、RH爐)、連鑄等主要工藝構成。其連鑄部分是薄板坯最終成型工藝，其主要構成為鋼包回轉(zhuǎn)臺、中間包、結晶器總成、振動臺、托輥成型和矯直、坯料切割等組成。主要關鍵工藝，鋼水全液相→固、液相結晶出坯，關鍵設備是結晶器，即連鑄核心設備。

薄板坯結晶器總成是由兩個大面和兩個窄面形成結晶器鑄坯模型框架，通過外框水箱固定，兩個大面加背板形成固定側(cè)，而兩個窄面分別用2套上、下臂桿（共4個臂桿）帶齒輪機構，形成可分別調(diào)整鑄坯工藝參數(shù)，鋼水初始結晶尺寸（上口）和鑄坯出坯尺寸（下口）及倒錐度等參數(shù)。總成的工作方式是通過底座與振動臺連接，接通冷卻水路，形成結晶器內(nèi)部冷卻系統(tǒng)和足輥噴淋冷卻系統(tǒng)，及時帶走鋼水相變熱等，達到產(chǎn)出滿足后道冶金要求的固液兩相坯體。

二、問題

結晶器是由中冶賽迪設計，河南龍成集團負責制作，采用和吸收了國內(nèi)外較先進的板坯結晶器設計思路，但比較新鋼第一煉鋼廠1#機和4#機板坯結晶器，設計中仍存在一些可改進之處，如構造簡單、維修方便、先進實用的在線調(diào)寬機構（賽迪專利技術），便于拆卸、保護箱體、提高冷強的銅板加背板二次冷卻回路水箱構造以及防蒸汽水滲入結構（目前一煉鋼廠尚未根本解決）等。

同時，三期項目整體從設計到施工、設備制造、安裝調(diào)試等，始終處在高效、快捷、緊張的狀態(tài)，在設備設計和制造方面，由于時間緊、任務急，因此各方面難免存在一些問題。就結晶器而言，現(xiàn)場安裝使用過程中發(fā)現(xiàn)，整體框架結構設計偏小，無法滿足連鑄1650 mm坯寬，需要改動相應調(diào)寬機構。液壓油缸耐壓能力設計不足，造成爆缸，需要改進結構。

三、結構改進

1.液壓油缸結構改進

結晶器結構是以在線調(diào)寬的模式設計的，其中鑄模框架采用壓緊、張開方式，壓緊采用了碟簧壓緊結構，張開采用液壓油缸反壓縮碟簧，打開鑄?？蚣?。

結晶器在內(nèi)弧共采用單面4組壓緊、張開機構，即采用了4套油缸（壓縮碟簧），下口碟簧設計工作壓力為 8.8 MPa，最大為16.5 MPa（上口工作壓力為6.5 MPa，最大為13 MPa），其關系遵循虎克定律f=kx，因此油缸工作需要的壓力必須大于碟簧最大壓力，現(xiàn)場一般使用工作油壓20 MPa。過大，易造成碟簧損壞失效。

原油缸設計有桿腔為法蘭結構，而該腔為主要液壓工作腔，可能是設計人員設計計算不足或其他原因，在線調(diào)試打開結晶器時，接連數(shù)套油缸發(fā)生漏油泄壓導致結晶器大面打不開，倒錐調(diào)不了。針對此情況，及時拆解分析，發(fā)現(xiàn)有桿腔法蘭螺絲蹦斷。經(jīng)分析認為，這種設計結構強度不足，最好采用整體結構，及時將解決方案交項目部和廠家，與油缸生產(chǎn)方合作，當時在10 d之內(nèi)，將48套油缸（共8臺結晶器，外弧2套、內(nèi)弧4套）拆解、改進、安裝完畢，及時有效地保證了現(xiàn)場調(diào)試工作順利進行和每臺結晶器順利上線。

2.足輥結構改進

結晶器足輥的原設計結構，軸承外圈沒入檔槽，拆卸時，打擊內(nèi)圈易擊壞軸承。軸承是英國進口的SK品牌的耐高溫軸承，價格較高。過去在第一煉鋼廠，單4#機一流，月消耗軸承40幾套，除正常更換，80%是拆卸破壞，因此在檔槽內(nèi)圈開了兩道槽，便于拆卸。

從投產(chǎn)至今已經(jīng)半年，僅領用和更換20幾套，已從根本上杜絕了拆卸損壞，每年降低成本10萬元。當然，軸承壽命的有效延長和軸承潤滑較好是分不開的。

3.足輥支架的加固和引錠導向

結晶器在使用過程中，發(fā)現(xiàn)足輥支架出現(xiàn)變形，經(jīng)過現(xiàn)場分析研究，主要原因是引錠進入結晶器窄面足輥時中心偏離，卡在下端，強行進入導致支架變形。因此在足輥支架下端腳部加一斜快，可以在引錠偏離中心時，順利地將引錠導入結晶器，同時也提高了支架強度，使支架壽命延長。

4.窄面水箱固定掛耳改進

結晶器是以鑄坯寬度1650 mm規(guī)格設計，但在使用調(diào)節(jié)過程中，只能到1450 mm，由于采用電動機械調(diào)節(jié)，導致調(diào)寬機構損壞?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，應是設計有誤，整體水箱框架太窄，調(diào)節(jié)距離已進入窄面水箱固定掛耳。因此要求所有的窄面掛耳，必須重新修復打磨，不能高出臂桿，且必須便于倒錐調(diào)節(jié)，經(jīng)過修復改進，所有結晶器調(diào)寬幅度均達到1650 mm。同時要求現(xiàn)場調(diào)寬過程中，必須上下同步，最后微調(diào)倒錐度，否則，易于損壞調(diào)寬機構和導致窄面活動水管漏水。

5.結晶器外弧定位方式改進

連鑄機對弧過程是以結晶器外弧為基準與零段對齊，但調(diào)試中，當對弧完后，重新打開內(nèi)弧，進行調(diào)節(jié)結晶器寬度和倒錐，再閉合內(nèi)弧，發(fā)現(xiàn)外弧與零段有時出現(xiàn)對弧誤差。

分析原因，結晶器是以內(nèi)弧疊簧壓緊模式，形成鑄?？蚣埽?桿疊簧合計鑄模鎖緊力達到 32.5 MPa。根據(jù)力學原理，外弧定位臂桿上受到相同的作用力，因此形成一定的彈性變形，當內(nèi)弧瞬時打開，鎖緊力突然消失，定位臂桿反作用力瞬時沖擊作用在外弧水箱上，形成外弧水箱剛性位移，即前述的對弧誤差。目前，國內(nèi)有些結晶器已采用定位臂桿和外弧水箱一體化設計，不存在此情況。為此，采用使水箱卡緊的方式，消除位移，解決了問題。

四、今后設計改進建議

（1）連鑄工藝對結晶器倒錐度的要求是一個關鍵參數(shù)，目前的結構設計（包括新鋼中厚板坯和熱連鑄坯）結晶器，都存在倒錐調(diào)節(jié)的困難和在線跑倒錐的現(xiàn)象。

（2）結晶器足輥錐度調(diào)節(jié)，存在調(diào)節(jié)工具笨重、精度不高的現(xiàn)象。