薄板坯连铸机扇形段缺陷分析及改进

孙德宏，陈全旺，付道宏

（山钢股份济南分公司，山东济南　250101）

　　摘　要：济钢中厚板厂针对连铸机扇形段暴露出的开口度超差、辊子漏水等问题，采取超公差控制、改进辊端结构和顺弧控制等措施，使扇形段的在线使用寿命大幅度提高，每台连铸机每年更换扇形段数量由30台降低到15台，同时提高了铸坯质量，降低了生产成本。

　　关键词：连铸机；扇形段；接弧精度；辊缝

　　1　前言

　　连铸机由于扇形段直接与高温铸坯接触，且周围伴有水气等介质，工作环境恶劣易出现故障，且不易发现，因此扇形段也是板坯连铸机设备维护的难点。通过对近几年扇形段发生的故障进行详细地分析，查找出影响扇形段使用寿命的因素，并采取有效措施予以解决。济钢薄板坯连铸机共有两台，均为2005年9月投产，机型采用直结晶器连续弯曲连续矫直弧形板坯连铸机，冶金半径5m，正常拉速范围1.3～2.8m/min，设计铸坯厚度135～150mm，铸坯宽度1030～1650mm。连铸机共有11个扇形段，其中1～3段为弧形段，4、5段为矫直段，6～11段为水平段，扇形段辊子采用分节辊技术，保证了辊子刚度，减少了辊子挠度，减少了高温铸坯在辊子之间的鼓肚变形，为良好的铸坯内部质量提供了保证。

　　2　扇形段缺陷分析及改进措施

　　2.1扇形段使用情况

　　连铸机设备在投产初期，由于设计、工况等条件的影响，扇形段更换频繁，且多次发生因设备本身原因导致的非计划停机，设备维护费用大幅度提升，2007-2009年共更换扇形段120台，其中弧形段31台、矫直段22台、水平段67台。更换扇形段中计划更换率仅占到31%，影响板坯扇形段在线使用寿命的主要原因为轴承座漏水、辊子不转、辊缝偏差及报警故障，3种原因占总体故障率的66％。逐一详细查找故障原因，提出了解决和改进方案。

　　2.2辊缝超公差缺陷及控制措施

　　辊缝超公差主要是由三节辊轴承自身间隙、接弧不良、对中不好、扇形段内外弧连接拉杆松动、轴承损坏、夹紧缸故障等原因引起，经过多年的摸索，轴承是影响辊缝超公差的主要因素，且人为控制比较困难，因此重点对轴承系统进行改进^[1-2]。

　　1）三节辊轴承间隙的补偿。三节辊自身之间的间隙包含轴承的间隙和轴承与轴承座之间的间隙，由于轴承采用C4间隙且轴承与轴承座之间采用过渡配合，因此产生的间隙不可忽视。扇形段的辊缝调整是在冷态下进行，上框架的辊子由于自重而下垂，此时轴承间隙和轴承均处在轴承座的上部，在使用过程中由于铸坯的反压下力使得上框架辊子被顶起，此时间隙就在下部，使用时辊缝值比调整时的辊缝值大。针对这一问题，在冷态下测量辊缝时，制作了简易的支撑物放在辊间，缓慢将上辊顶起，使两种间隙处于轴承下部位置，模拟工作状态，然后再测量、调整辊缝，这样调整的辊缝就与工作时的辊缝相一致。通过摸索发现，冷态和工作状态下的间隙差值为0.5mm，因此在线调整辊缝时直接将辊缝值调到比理论值小0.3mm（0.2mm靠受热膨胀消除）。

　　2）轴承损坏的防护。轴承损坏主要原因为轴承冷却不当和润滑不足，根据季节的变化调整自动加注甘油的时间间隔，可以充分保证轴承的润滑。轴承的冷却主要通过轴承座水箱的闭路循环冷却水实现，原设计水箱位于轴承座上部，分布角度148°，为增强轴承的冷却效果，对轴承座水箱进行了扩容，水箱的分布角度扩大到264°，水箱容积为原设计的1.78倍，大大增强了对轴承的冷却效果。

　　2.3扇形段辊子漏水缺陷及控制措施

　　1）旋转接头漏水。由于辊子两侧的调心辊子轴承是游动的，外圈两侧都没有固定，因此辊子在受热转动过程中，主轴整体在辊身内部容易发生轴向窜动，导致旋转接头密封以及旋转接头和芯轴内冷却水管之间的密封产生间隙，从而导致漏水。针对以上问题，将三节辊的固定方式由两侧游动改为一侧游动、一侧固定，在一侧加上5.5mm的挡圈，留有0.5mm的间隙来消除部件受热的膨胀变形，这样可以避免芯轴整体的窜动，保证旋转接头、芯轴和芯轴内冷却水管的相对稳定，大幅度降低了漏水的频率。

　　2）驱动辊轴端漏水。驱动侧和万向联轴器连接的法兰直接通过端盖固定在三节辊芯轴上，在转动过程中轴向力全部集中在端盖上，长时间的使用使得固定端盖的螺栓松动，导致芯轴内冷却水泄露，由于固定端盖的螺栓在法兰内部无法在线进行紧固，情况严重时会将固定螺栓剪断导致法兰从驱动侧脱离，无法正常使用。根据螺栓松动的特点，对内部结构进行改造，在芯轴端部端盖内侧增加1个M85×2固定螺母，用来对法兰进行轴向定位，这样轴向力就集中在螺母上，端盖基本上不受力，从而可避免端盖固定螺栓发生松动，充分发挥端盖的密封效果。

　　2.4扇形段接弧精度缺陷及控制措施

　　扇形段对弧主要表现在段间对弧和段内对弧，对弧公差控制在±0.3mm。由于整备台精度、扇形段整备和安装等过程中存在偏差，易导致接弧的偏差，从而影响扇形段设备的正常使用，必须从源头上进行控制。

　　1）整备对中台定期进行校验，使用周期为10个月，到期后对整备台重新进行测量调整，保证整备时的精度；

　　2）制作大样板，提高在线测量精度，测量时将大样板放在段子内外弧之间，一次可以测量3个段子段内和段间的接弧情况，准确可靠；

　　3）在线同趋势调整偏差，在调整取值（1±0.3）mm中，前后段弧度与该段调整弧度Z终数据值应一致，可避免弧度跳动较大，使弧形段线更加圆滑，提高顺弧精度；

　　4）采用清洁化整备。在整备过程中，注重细节，保证每台扇形段的56个润滑点润滑良好、112个设备冷却点冷却到位、56组调整垫片组清洁精准。

　　3　改进效果

　　通过对扇形段的改进，其使用寿命得到了明显的提高，其中弧形段寿命由5个月提高到9个月，矫直水平段由6个月提高到11个月。对生产的稳定性、钢种开发和降低维护费用起到了至关重要的作用，每年更换扇形段数量由原来的每台连铸机更换30台降低到15台，且大多数为计划更换。

　　参考文献：

　　[1]张金柱，潘国平，杨兆林.薄板坯连铸装备及生产技术[M].北京：冶金工业出版社，2007.

　　[2]成大先.机械设计手册[M].4版.北京：化学工业出版社，2002.