板坯連鑄機ASTC動態(tài)輥縫精度控制實踐

賈東升,蘇　寬，時培強，方恩俊

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

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板坯連鑄機ASTC動態(tài)輥縫精度控制實踐

賈東升,蘇寬，時培強，方恩俊

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

摘要：為解決中心偏析、疏松及裂紋對連鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量造成的影響及避免連鑄機拉坯阻力過大導致的夾坯事故，對連鑄機輥縫精度低下的原因進行了分析，提出了解決方法,通過采取控制連鑄輥零部件及其裝配精度、輥子堆焊表面硬度、提高扇形段維修安裝對弧精度、計算并分析在線輥縫校正規(guī)律等措施，提高了連鑄機產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：連鑄機；ASTC;輥縫精度

賈東升，工程師，1999年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學院機械設(shè)計及制造專業(yè)。E-mail:jia_ds@163.com

連續(xù)鑄鋼技術(shù)是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的重要工藝之一，連鑄機是將合格鋼水制造成高質(zhì)量鑄坯的關(guān)鍵設(shè)備［1］。經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，組成連鑄機的扇形段輥縫已由機械墊片調(diào)整的靜態(tài)輥縫發(fā)展為位置閉環(huán)控制的動態(tài)輥縫，使動態(tài)輕壓下技術(shù)、軟夾緊技術(shù)(過載保護)得以實現(xiàn)。

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司連鑄機采用奧鋼聯(lián)(VAI)技術(shù)，在投入生產(chǎn)后頻繁出現(xiàn)板坯質(zhì)量問題，主要是中心偏析、疏松及表面裂紋問題；有時生產(chǎn)中連鑄機拉坯阻力變大，在漏鋼報警等生產(chǎn)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況后，停止的鑄坯在連鑄機中很難被重新啟動，嚴重時導致夾坯事故。通過對連鑄機輥縫的測量發(fā)現(xiàn),輥縫及接弧超差嚴重是導致上述問題的直接原因。本文結(jié)合生產(chǎn)實際，研究了輥縫超差的原因，并采取了有針對性的措施，解決了輥縫精度低的問題，滿足了日益增長的鑄坯質(zhì)量需求。

1　改進前連鑄機ASTC動態(tài)輥縫情況

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼廠原連鑄機生產(chǎn)出的成品板坯廢品率高，經(jīng)分析認為，導致內(nèi)部質(zhì)量的主要原因是鑄坯在凝固末期坯殼鼓肚或收縮引起富集P、S的未凝固鋼水的流動，當輥縫超差后，過小的輥縫會產(chǎn)生鑄坯內(nèi)部裂紋，過大的輥縫會引起中心偏析、中心疏松；而影響表面質(zhì)量的原因是輥縫超差后，鑄坯在矯直段時內(nèi)弧面受到非正常的拉伸應(yīng)力、外弧受壓縮應(yīng)力，從而導致角部出現(xiàn)裂紋。

拉坯阻力變是在漏鋼報警等生產(chǎn)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時發(fā)生，而降低拉坯速度后，鑄坯在連鑄機中很難被重新啟動，并在嚴重時導致夾坯事故。

扇形段連鑄輥無規(guī)率性損壞，損壞后必須更換整體扇形段后才能恢復生產(chǎn)，極大降低了鑄機生產(chǎn)率。

對生產(chǎn)前、生產(chǎn)后輥縫測量發(fā)現(xiàn)，連鑄機扇形段輥縫超差嚴重。ASTC(自動鑄坯錐度控制)輥縫精度見圖1。

圖1　ASTC輥縫精度（標準±0.5 mm）

按照連鑄工藝需求，扇形段輥縫精度需要控制在±0.5 mm。由圖1可以看出，輥縫精度不符合標準，直接影響了板坯連鑄機的正常生產(chǎn)，導致事故頻發(fā)，同時設(shè)備使用狀況不佳，增加了設(shè)備維護的成本。

2　原因查找及分析

根據(jù)對離線設(shè)備裝配、安裝情況及在線設(shè)備標定情況的檢查、試驗及分析認為，影響ASTC輥縫精度的因素主要是以下幾方面。

2.1連鑄輥裝配及焊接質(zhì)量因素影響

連鑄輥作為連鑄設(shè)備的核心部件，對連鑄坯起支撐、彎曲、矯直、輸送的作用［2］，其質(zhì)量、精度和使用壽命對連鑄設(shè)備的作業(yè)率及產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。連鑄輥工作在高溫和高磨蝕環(huán)境，在彎曲、矯直等正常工藝及板坯過冷變形等異常狀態(tài)都會使連鑄輥受到較大應(yīng)力，導致輥子較大的彎曲及磨損。

通過對部分失效輥進行檢查分析確定，失效輥子軸承座內(nèi)孔和輥子軸徑尺寸超差0.3～0.5 mm；失效輥軸承間隙超差0.13～0.25 mm；失效輥子輥套圓柱度超差0.5～0.85 mm；連鑄輥輥面高溫硬度不能達到要求,表面堆焊硬度僅為洛氏硬度HRC40，在鑄坯表面高溫環(huán)境下磨損加快，這些都會導致扇形段輥縫的異常增大。

2.2連鑄輥安裝時對弧質(zhì)量因素影響

連鑄輥安裝對弧是在扇形段維修間的對中臺上，分別將彎曲段、弧形段、矯直段或水平段按照相應(yīng)的工藝弧度安裝相應(yīng)的輥子，所有的扇形段對弧質(zhì)量高，連鑄機輥子會形成光滑的曲線，就能順利生產(chǎn)出質(zhì)量合格的板坯。但如果扇形段對弧精度差，輥子高低不一，就會對扇形段輥縫精度造成影響，從而影響整臺連鑄機精度。

按照維修技術(shù)標準，扇形段內(nèi)弧側(cè)輥子、外弧側(cè)輥子與樣板尺的間隙要控制在(1±0.15)mm之內(nèi)，內(nèi)弧框架與外弧框架組裝成扇形段后，對弧環(huán)節(jié)的輥縫精度理論值為±0.3 mm，板坯厚度在相鄰兩輥處的極限差值為0.6 mm，可見僅在對弧環(huán)節(jié)的控制精度是非常低的,加上扇形段位置傳感器精度在±0.2 mm及工作在高溫區(qū)扇形段部件的熱膨脹，綜合因素導致輥縫超差。對弧精度極限情況示意圖見圖2。

圖2　對弧精度極限情況示意圖

2.3在線扇形段定期校正因素影響

由于扇形段輥子工作環(huán)境為高溫、高磨損環(huán)境，當在線扇形段輥子表面出現(xiàn)磨損導致輥徑縮小、用于裝配的各零件因磨損導致間隙增大時，對扇形段輥列狀況進行周期測量并及時校正尤為重要。

輥縫儀所測出的輥縫值為每對連鑄輥測量3點(左、中、右)，每臺扇形段7對輥共21點；而ASTC輥縫控制系統(tǒng)由4臺帶位置傳感器的液壓缸進行閉環(huán)位置控制，當輥縫測量后需要校正時，調(diào)整1個或多個位置傳感器數(shù)據(jù)，都會對這21點輥縫值產(chǎn)生不同程度的影響。由于需要經(jīng)過復雜的計算，并配合一定經(jīng)驗才能夠通過修正4臺位置傳感器數(shù)據(jù)，達到調(diào)整21點輥縫值的目的，給調(diào)整者帶來了極大困難(尤其是弧形段、矯直段),即使個別扇形段對弧精度較高，但未及時測量并校正仍不能使連鑄機整體精度提高。

3　改進措施

對故障原因查找及分析確定，扇形段輥縫超差主要是由以上因素綜合作用所致，因此針對這些原因采取了以下措施。

3.1嚴格控制零部件及其裝配精度

軸承間隙、軸承座及芯軸尺寸和輥套加工精度都會對整根連鑄輥精度造成影響，必須對此加以嚴格控制。各零部件尺寸表見表1。

表1　各零部件尺寸表

利舊軸承間隙極限值不能超過0.15 mm，安裝前必須對利舊軸承的間隙認真檢查，對超過標準的禁止安裝上線；嚴格檢查軸承座內(nèi)孔尺寸、輥套尺寸及輥子芯軸軸徑尺寸，對超出公差的零部件進行堆焊加工修復；修復舊輥時需達到一定切削深度(不得小于5mm)后進行堆焊，防止堆焊層在使用時脫落；表面硬度必須達到標準(HRC≥47)。

3.2提高安裝對弧精度

由于維修技術(shù)標準中規(guī)定的對弧標準為(1±0.15)mm，整體扇形段的輥縫精度為±0.3 mm，加上輥子裝配間隙，當連鑄機在高溫、高磨損環(huán)境下工作時，整體精度很難保證，需要提高安裝對弧精度。但是如果將線下扇形段對弧精度標準定的太高，扇形段離線整備的調(diào)整工作量就會較大，對主線的生產(chǎn)就會造成一定影響。

經(jīng)過研究分析認為，如果將對弧標準提高，使輥子與樣板之間的尺寸控制在(1±0.10)mm，將安裝對弧環(huán)節(jié)扇形段輥縫精度控制在±0.20 mm，雖然短期內(nèi)維修工人調(diào)整工作量會有所增加，但從長遠看，扇形段的使用壽命得到了提高，反而減小了維修工人工作量，更重要的是對弧質(zhì)量因素對扇形段輥縫精度的影響將明顯減少。

3.3計算并分析在線輥縫校正規(guī)律

1450 mm連鑄機每流14臺扇形段，厚板連鑄機每流18臺扇形段，每個扇形段設(shè)置4臺有位置傳感器的液壓缸，每個液壓缸的動作由一個控制閥來調(diào)節(jié)，與缸體內(nèi)位置傳感器形成閉環(huán)控制，在引錠桿裝入、正常澆鑄、動態(tài)輕壓下、軟夾緊等不同狀態(tài)下扇形段輥縫均能及時響應(yīng)并調(diào)整好位置。校正位置傳感器數(shù)值時輥縫變化規(guī)律如下：

(1)計算在澆鑄方向上輥縫儀測量數(shù)值與ASTC位置傳感器檢測數(shù)值的相應(yīng)關(guān)系，其關(guān)系式如下：

澆鑄方向上輥縫儀測量數(shù)值與ASTC位置傳感器檢測數(shù)值的相應(yīng)關(guān)系見圖3。通過上述分析，可計算澆鑄方向上每對輥在實際輥縫測量出結(jié)果后，在位置傳感器上如何校正才能夠保證實際輥縫控制在設(shè)定偏差之內(nèi)。

圖3　澆鑄方向上輥縫數(shù)值與位置傳感器關(guān)系

(2)計算在澆鑄垂直方向上輥縫儀測量數(shù)值與ASTC位置傳感器檢測數(shù)值的相應(yīng)關(guān)系，其關(guān)系式如下：

澆鑄垂直方向上輥縫儀測量數(shù)值與ASTC位置傳感器檢測數(shù)值的相應(yīng)關(guān)系見圖4。

圖4　澆鑄垂直方向上輥縫數(shù)值與位置傳感器關(guān)系

通過上述分析，可計算澆鑄垂直方向上每根輥(共3點)在實際輥縫測量出結(jié)果后，在位置傳感器上如何校正才能夠保證實際輥縫控制在設(shè)定偏差之內(nèi)。

按照上圖幾何尺寸的理論公式，分別對不同扇形段(弧形段、矯直段、水平段)7對輥21個輥縫值進行計算分析。根據(jù)計算結(jié)果形成一個數(shù)據(jù)庫模型，用以指導連鑄機ASTC扇形段在線校正，使其適合現(xiàn)場需要。將該模型應(yīng)用于輥縫測量后對測量結(jié)果的調(diào)整，可完全消除因調(diào)整不規(guī)范導致的輥縫超差。根據(jù)輥縫儀數(shù)據(jù)對位置傳感器的校正數(shù)值見表2。

表2　根據(jù)輥縫儀數(shù)據(jù)對位置傳感器的校正數(shù)值　mm

表2為輥縫偏差值，例如當要求輥縫值為200 mm時，如實測輥縫值為200.5 mm，則輥縫偏差為0.5 mm。根據(jù)上表，當使用輥縫測量儀對連鑄機測量輥縫后，對不同的偏差大小，按上表在位置傳感器上做相應(yīng)校正，即能夠消除輥縫偏差。

4　取得效果

通過采取上述措施，連鑄機ASTC動態(tài)輥縫精度得到提高，ASTC輥縫精度(標準值±0.5mm)見圖5所示。由圖5可以看出，測量的輥縫值均在±0.5 mm之間。

圖5　ASTC輥縫精度

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼廠年產(chǎn)量500萬t，連鑄坯合格率由改進前的99.85％，提高到99.90％，年效益達75萬元；由于煉鋼原因產(chǎn)生的熱軋現(xiàn)貨率由0.13％，降到0.11％，產(chǎn)生年效益為24.5萬元；厚板現(xiàn)貨率由0.40％，降到0.33％，產(chǎn)生年效益為42萬元，總計年創(chuàng)造效益141.5萬元。該項目的實施取得了良好的經(jīng)濟效益。

5　結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司通過采取控制連鑄輥零部件及其裝配精度、輥子堆焊表面硬度、提高扇形段維修安裝對弧精度、計算并分析在線輥縫校正規(guī)律等措施，有效控制了連鑄機精度。對ASTC輥縫系統(tǒng)的優(yōu)化，實踐檢驗證明是行之有效的，提高了板坯質(zhì)量，減小了連鑄機備件消耗及人工成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

［1］王雅貞，張巖.連續(xù)鑄鋼工藝及設(shè)備［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］蔡開科，程士富.連續(xù)鑄鋼原理與工藝［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

(編輯賀英群)

修回日期：2015-06-16

Practice of Controlling Precision of ASTC Dynam ic Roll Gap of Slab Continuous Caster

Jia Dongsheng,Su Kuan,Shi Peiqiang,Fang Enjiun
(Bayuquan Iron & Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China)

Abstract：In order to solve the problem of bad effects of center segregations,porosities and cracks on both the surface quality and internal quality of continuous casting billets and also avoid the trouble of billet nipping caused by excessive slab drawing resistance from the continuous caster,the causes leading to low precision of the roll gap in caster were analyzed and thus some solutions were proposed.As a result the quality of billets produced by the continuous caster was improved by taking such measures as controlling the precision of both the parts of the continuous casting roller and its build-up members,controlling the surface hardness in the build-up welding region of the roller,improving the precision of the arc alignment in maintaining and reinstalling the fan-shaped section and calculating and analyzing the regularity for online correcting the roll gap.

Key words：continuous caster;automatic strand taper control;precision of roll gap

中圖分類號：TF777

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0055-05