不銹鋼小方坯連鑄機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉俊平，代英男，李新強(qiáng)，田 川，丘銘軍

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司,遼寧 遼陽 111003)

0 前言

在現(xiàn)代連鑄技術(shù)中，小方坯連鑄設(shè)備技術(shù)是非常成熟的。但隨著近年來一些新的連鑄理念地提出，尤其是設(shè)備設(shè)計(jì)精細(xì)化概念地提出，原有的一些設(shè)備設(shè)計(jì)還不夠精細(xì)化。本文在設(shè)計(jì)理論和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)的一些方面進(jìn)行了理論和設(shè)備改進(jìn)，以某廠連鑄機(jī)的不銹鋼六流方坯連鑄機(jī)為例，將前后的情況對(duì)比分析，將設(shè)備改進(jìn)設(shè)計(jì)的精細(xì)化進(jìn)行闡述，為相關(guān)設(shè)計(jì)提供一些有益的參考。

1 總體設(shè)計(jì)

不銹鋼小方坯連鑄機(jī)流數(shù)一般為四流、六流和八流。這就要求設(shè)備維護(hù)和操作上既要有可靠性，又需具備友好的操作性。本文討論的連鑄機(jī)為一臺(tái)六機(jī)六流全弧形不銹鋼方坯連鑄機(jī)，精煉爐為2座AOD爐，其主要參數(shù)如下：

工藝路線 RK+EF法

出鋼量 150 t

年產(chǎn)合格方坯 90萬噸

弧形半徑 10 m

鑄坯規(guī)格 200 mm×200 mm，預(yù)留150 mm和240 mm方、圓坯

定尺 5～12 m

工作拉速 0.3～1.5 m/min

機(jī)械速度 0.3～4 m/min

機(jī)長 19.7 m

冶金長度 28.47m

2 改進(jìn)前結(jié)構(gòu)型式

2.1 澆鋼區(qū)設(shè)備

中間包是澆鋼區(qū)域的重要關(guān)鍵設(shè)備，有調(diào)節(jié)鋼水連澆和提供一定的夾雜物上浮時(shí)間空間的作用。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，中間包的事故閘板布置在中包的內(nèi)弧側(cè)，成“一字形”和“八字形”布置，如圖1所示。由于在開澆后，每一流或兩流一般配置一名操作人員，且此時(shí)為防止事故，液壓缸均安裝在事故閘板裝置上，由于事故閘板要求切斷時(shí)的速度快，故液壓缸的兩根高壓膠管的外徑均達(dá)50 mm，在設(shè)備布置上嚴(yán)重影響操作。

圖1 中間包事故閘板“一字形”和“八字形”布置

長水口機(jī)械手是目前方坯連鑄機(jī)廣泛采用的設(shè)備，液壓頂升式機(jī)械手可以將長水口按設(shè)定的壓力壓緊在鋼包的滑動(dòng)下水口上，有效地降低鋼水的增氧和增氮。原傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中沿軸心的回轉(zhuǎn)依靠人工加配重驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)長水口機(jī)械手桿身

2.2 液壓振動(dòng)系統(tǒng)

振動(dòng)架與液壓缸連桿采用螺母擰緊直連方式，液壓缸法蘭與裝置固定架螺栓螺母連接。連桿如果承受周期性的徑向載荷，就會(huì)導(dǎo)致液壓缸活塞桿與油缸內(nèi)腔產(chǎn)生周期性摩擦。如果不能保證對(duì)油缸的周期性檢修，長時(shí)間的摩擦?xí)?dǎo)致活塞桿的撕裂性磨損，大大降低液壓缸壽命。另外，小方坯連鑄機(jī)還存在流間距小，布置緊湊等特點(diǎn)，如果將振動(dòng)裝置布置在鑄機(jī)內(nèi)弧側(cè)，密封室外側(cè)，在線檢修液壓缸的可能性幾乎為零。因此，如果液壓缸頻繁產(chǎn)生上述問題，大部分情況下必須下線檢修，大大影響鑄機(jī)的作業(yè)率。

2.3 拉矯機(jī)系統(tǒng)

拉矯機(jī)是小方坯在二冷區(qū)最重要的設(shè)備，和板坯連鑄機(jī)不同，小方坯拉矯機(jī)原設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)為鉗式上壓式結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，小方坯的壓引錠桿壓P1壓一般為6 MPa,壓鑄坯壓P2壓為3 MPa。但目前連鑄機(jī)的液壓系統(tǒng)壓力一般為20 MPa，造成了很大的能量浪費(fèi)。另外拉矯機(jī)抱閘電源模塊長期處于高溫狀態(tài)下極易損壞，傳統(tǒng)的PⅡ壓調(diào)壓回路如圖3所示，采用大通徑先導(dǎo)式比例三通減壓閥104來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)壓功能。

圖3 傳統(tǒng)減壓控制技術(shù)

2.4 出坯系統(tǒng)

出坯區(qū)輥道驅(qū)動(dòng)采用的聯(lián)軸器為SWC型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器(JB/T 5513-2006)，如圖4所示，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是伸縮量大，同軸度要求小，對(duì)裝配偏差不敏感，缺點(diǎn)是設(shè)備笨重，加工難度大，成本高?？紤]到出坯區(qū)輥道驅(qū)動(dòng)在安裝完成后并不會(huì)產(chǎn)生大的角偏移和軸向偏移，使用SWC型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器并不是最優(yōu)選。

圖4 SWC型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)

3 改造措施

3.1 中間包改造

改進(jìn)設(shè)計(jì)中將中間四流的事故閘版布置在中包的外弧側(cè)，閘板油缸的八根油管也隨之移到外弧側(cè)，如圖5所示。操作人員的空間大為改善，經(jīng)生產(chǎn)一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)，一定程度上大大降低了中包操作的事故率。

圖5 四流的事故閘版布置在中包的外弧側(cè)

3.2 長水口機(jī)械手改造

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)借鑒了板坯連鑄機(jī)上用機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。將長水口的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)來驅(qū)動(dòng)。大大降低了驅(qū)動(dòng)力，改進(jìn)后操作人員可輕松地單手操作長水口的回轉(zhuǎn)，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后設(shè)計(jì):沿軸心的回轉(zhuǎn)通過蝸輪蝸桿減速機(jī)驅(qū)動(dòng)

3.3 液壓振動(dòng)系統(tǒng)改造

結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置目的是防止鋼液在結(jié)晶器中凝固過程中與結(jié)晶器銅壁發(fā)生粘結(jié)而出現(xiàn)粘掛或拉漏事故,進(jìn)而減少鑄坯的摩擦阻力,提高鑄坯表面質(zhì)量和連鑄機(jī)的作業(yè)率。不銹鋼小方坯連鑄機(jī)普遍采用結(jié)晶器電磁攪拌式全弧形連鑄機(jī)型，為適應(yīng)這種連鑄機(jī)負(fù)荷較大、流數(shù)多、流間距小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種單缸結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置。

在新設(shè)計(jì)的連鑄機(jī)中，將液壓缸驅(qū)動(dòng)部分從密封室里面移出到密封室外側(cè)，將液壓振動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)部分由原來的直連式結(jié)構(gòu)改進(jìn)為鉸接式結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后振動(dòng)架與活塞桿采用鉸接式連接，即在振動(dòng)架與活塞桿連接處采用徑向球面滑動(dòng)軸承，液壓缸缸體與固定架連接處采用鑲嵌式固體自潤滑軸承鉸接。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)可以使驅(qū)動(dòng)裝置在使用過程中有一定的徑向角度補(bǔ)償，有效地避免了硬連接磨損情況的出現(xiàn)。

3.4 拉矯設(shè)備改造

在拉矯機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)中，尤其是拉矯機(jī)的壓下輥調(diào)壓系統(tǒng)原理的該進(jìn)，大大改善了澆鑄圓坯時(shí)的壓力穩(wěn)定，同時(shí)壓下液壓缸外形更加緊湊，液壓能量損耗大為降低。拉矯輥壓下回路PⅡ壓壓正常鑄坯功能要求系統(tǒng)壓力遠(yuǎn)程可調(diào)，滿足生產(chǎn)所需的的工藝壓力，原理如圖7所示。圖中201為小通徑比例溢流閥，通過調(diào)節(jié)該比例溢流閥來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)整PⅡ壓的壓力；102為恒流量調(diào)速閥，保證比例溢流閥具有穩(wěn)定的流量以實(shí)現(xiàn)三通減壓閥101-2具有良好的減壓特性。如圖7所示，減壓控制技術(shù)具有節(jié)約蓄能器流量、響應(yīng)速度快及控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。

圖7 先進(jìn)減壓控制技術(shù)

通過改進(jìn)設(shè)計(jì)大大增加了使用壽命。經(jīng)過精細(xì)化的設(shè)計(jì)后的設(shè)備有了明顯的改進(jìn)，改進(jìn)前后的技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3.5 出坯區(qū)域設(shè)計(jì)優(yōu)化

本工藝優(yōu)化中采用橫向撈鋼機(jī)+推鋼機(jī)+鑄坯移送下線裝置的模型，高效快速地將鑄坯熱送下線，保證了鑄坯下線的溫度。

鑄坯被輸送到出坯輥道上后，檢測(cè)裝置檢測(cè)到鑄坯到達(dá)，控制系統(tǒng)向橫向撈鋼機(jī)發(fā)出指令，撈鋼機(jī)從待機(jī)位啟動(dòng)移動(dòng)到對(duì)應(yīng)鑄流上方，通過齒輪齒條傳動(dòng)，鉤子下落至撈坯位，完成一次進(jìn)鉤動(dòng)作；考慮到連鑄的生產(chǎn)節(jié)奏，撈鋼機(jī)的鉤型設(shè)計(jì)為臺(tái)階鉤，當(dāng)檢測(cè)輥檢測(cè)到第二次鑄坯到達(dá)信號(hào)產(chǎn)生后，撈鋼機(jī)從已經(jīng)完成的一次撈坯位移動(dòng)至二次撈坯位，完成二次撈坯動(dòng)作。

當(dāng)需要鑄坯熱送時(shí)，撈鋼機(jī)將鑄坯從出坯輥道運(yùn)送到熱送輥道及鑄坯移送裝置上方。熱送輥道處光電開關(guān)檢測(cè)熱送輥道上無鑄坯時(shí)，撈鋼機(jī)下降將鑄坯分別放置在熱送輥道和鑄坯移送裝置上。

對(duì)于4.5～6 m定尺坯，熱送輥道第二組輥道啟動(dòng)，以60 m/min的速度向軋鋼輸送鑄坯，延時(shí)幾秒，待熱送第二組輥道鑄坯輸送完畢，熱送第一組輥道和第二組輥道同步開啟，同樣以60 m/min的速度向軋鋼輸送鑄坯，待光電開關(guān)檢測(cè)鑄坯全部輸送完畢后，熱送輥道停止。鑄坯移送裝置下降，將第二組鑄坯放置在熱送輥道上，同樣進(jìn)行上述操作，待鑄坯全部輸送完畢，熱送輥道停止，鑄坯移送裝置上升到待坯位置。

對(duì)于6～11.5 m定尺坯，熱送輥道輥道啟動(dòng)，以60 m/min的速度向軋鋼輸送鑄坯，鑄坯輸送完畢，熱送輥道停止。鑄坯移送裝置下降，將第二組鑄坯放置在熱送輥道上，同樣進(jìn)行上述操作，待鑄坯全部輸送完畢，熱送輥道停止，鑄坯移送裝置上升到待坯位置。

在新的設(shè)計(jì)中采用了WGT型接中間套鼓形齒聯(lián)軸器(JB/T7004-2007)，如圖8所示，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是設(shè)備重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以允許小的角偏移和軸向竄動(dòng)，完全可以滿足出坯區(qū)輥道驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用要求。該結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)使用后使用狀況良好，降低了生產(chǎn)成本，降低了維護(hù)費(fèi)用。

圖8 采用WGT型接中間套鼓形齒聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)

4 結(jié)論

(1)中間包的事故閘板的合理布置，操作人員的空間大為改善，一定程度上大大降低了中包操作的事故率，操作更加友好。

(2)將長水口的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)來驅(qū)動(dòng)，大大降低了驅(qū)動(dòng)力，改進(jìn)后操作人員可輕松地操作長水口的回轉(zhuǎn)，操作更加友好。

(3)拉矯機(jī)的壓下輥調(diào)壓系統(tǒng)原理的該進(jìn)，大大改善了澆鑄圓坯時(shí)的壓力穩(wěn)定，同時(shí)將壓下液壓缸更加緊湊，液壓能量損耗大為降低。

(4)采用合理的熱送工藝布置，縮短生產(chǎn)周期，降低損耗，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高金屬收得率，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

(5)通過充分的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，將聯(lián)軸器型號(hào)更換為成本更低，更適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用的型號(hào)。從而降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本，同時(shí)提高現(xiàn)場(chǎng)的使用壽命，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)更加便捷。