中薄板坯連鑄結晶器調寬裝置優化

楊  杰¹，姚海明²，高倩云²，吳振剛¹

(1. 河鋼集團唐鋼公司，河北 唐山 063016；2.唐山工業職業技術學院, 河北 唐山 063299）

摘要: 結晶器錐度是結晶器的一個重要參數,對連鑄生產操作和鑄坯質量的影響很大。板坯結晶器錐度不穩定也是煉鋼廠連鑄生產現場的技術難題,結合現場生產實際經驗，針對某鋼廠的中薄板坯連鑄機在生產過程中產生的結晶器跑錐等問題，進行了系統的分析并對結晶器窄面調寬裝置進行了優化升級，從而降低了漏鋼事故發生的概率，并提高了鑄坯質量和連鑄機的生產效率。對現場解決結晶器錐度不穩定問題具有指導意義。

關鍵詞: 中薄板坯連鑄，結晶器，調寬裝置，鑄坯質量，跑錐度

Optimization of mould width adjustment device of middle-thin slab caster

Yang Jie¹,Yao Haiming², Gao Qianyun², Wu Zhengang¹

(1. Hesteel Group Tangsteel, Tangshan, 063016, Hebei, China ; 2. Tangshan Industry and Profession Technology Academy, Tangshan, 063299, Hebei, China)

Abstract: Mould taper is an important parameter of mould, which has great influence on continuous casting operation and slab quality. The taper instability of the slab mould is also a technical problem in the production site of the steelmaking plant. Combining with the actual production experience, for the taper losing of middle-thin slab caster in a steel making plant, the systematic analysis is made, and the optimization and upgrading of mould width adjustment device are carried out, so the ratio of breakout is reduced ,and the slab quality and the production efficiency of caster are increased. It has guiding significance for solving the instability problem of mould taper in the field.

Key Word: middle-thin slab caster, mould, width adjustment device, slab quality, taper losing

0 前言

結晶器是連鑄機中最關鍵的部件，它的性能對連鑄機的生產效率和鑄坯質量起著十分重要的作用，是連鑄機的“心臟”^[1-3]。隨著坯殼厚度增加和溫度降低，坯殼凝固收縮量和支撐鋼水靜壓力的能力逐漸增加，使坯殼可能脫離結晶器內壁，在坯殼與結晶器之間會形成一定厚度的氣隙。因而導致結晶器的傳熱能力大大降低，由此造成出結晶器時坯殼厚度變薄、不均勻性增加，使鑄坯容易產生漏鋼和裂紋。為了消除或減少氣隙的不良影響，生產經常采用改變結晶器內腔形狀和尺寸，使得坯殼與結晶器保持良好的接觸，以減少氣隙的厚度，從而改善結晶器的傳熱效果，并保證結晶器傳熱的均勻性。結晶器的下口要比上口斷面略小，稱為結晶器的倒錐度^[4]。合適的倒錐度不僅能提高結晶器的冷卻效果, 減少漏鋼事故的發生, 而且還有助于防止和減少鑄坯縱向裂紋的產生^[5]。

板坯連鑄機結晶器為組合式結晶器，是由兩個寬面和兩個窄面構成,寬面分為前面的活動側和后面的固定側,同時對窄面銅板提供足夠的壓力,防止鋼水流出,窄邊的左右兩塊銅板支撐板坯的寬度方向。其中窄面是可以活動的,窄面能夠在調寬機構帶動下在與澆鑄垂直的方向移動^[6]。連鑄機的結晶器窄面銅板一般具有在線冷調寬調錐功能，調寬裝置主要包括防爆電機、渦輪蝸桿機構、梯形螺紋副絲杠等。某鋼廠的中薄板坯連鑄機在實際生產過程中經常發生結晶器跑錐度的現象，即在澆鋼過程中結晶器窄面錐度越來越小，單側錐度減小量最大達到3-4mm。此現象輕則會帶來鑄坯邊角部位產生臺階和裂紋，嚴重時則會造成漏鋼事故的發生。為了避免上述事故的發生，連鑄機只能降低拉坯速度，使得連鑄機的生產效率下降。因此研究結晶器的調寬裝置和優化機械結構，對提高中薄板坯連鑄機的鑄坯質量、生產穩定性和生產效率意義重大。

1 結晶器跑錐原因分析

結晶器跑錐主要是指窄面銅板和窄面足輥的跑錐，實際生產過程由于結晶器窄面存在跑錐度的現象，使鑄坯邊角部產生臺階和裂紋等質量缺陷，如圖1所示。組合式結晶器跑錐主要表現為寬面跑錐和窄面跑錐。長期以來, 國內結晶器窄面跑錐比較常見(兩窄面間即結晶器寬度方向上下開口尺寸和錐度發生變化),在澆鑄后結晶器跑錐達到1～2mm,有時跑錐達5mm(寬板坯的窄面單側錐度最大為12～15mm)^[7]。調寬裝置通過傳動機構驅動窄面裝置前后移動，所以設計時要考慮相對移動必要的間隙，但是該間隙必須保證零件安裝的方便和零件相對運動的順暢。調寬裝置必要的間隙見表1：

表1 窄面調寬機構裝配間隙值

Tab.1 The assembly clearance value of narrow width adjusting mechanism

分析某廠中薄板坯結晶器相關尺寸、本體結構設計、裝配狀況等方面，可知造成跑錐主要原因有以下幾個方面：（1）制作方面窄邊調寬機構的絲杠、絲母、蝸輪蝸桿機構的機加工較難達到所需精度，梯形螺紋Tr65×10 mm的螺距相對較大，螺紋間隙誤差很難消除，螺紋自鎖功能相對較差，傳動精度很難達到圖紙要求；（2）設計方面窄邊導筒、窄邊夾緊板等的相關設計有問題，導致調寬機構處于不定位狀態；（3）裝配方面由于設計、制作精度達不到要求，裝配精度無法保證。

2 優化措施

2.1 調寬機構的優化措施

調寬裝置通過傳動機構驅動結晶器窄面前后移動，所以設計時要考慮相對移動必要的間隙，但是該間隙必須保證零件安裝的方便和零件相對運動的順暢^[8]。根據某廠中薄板坯連鑄機結晶器調寬裝置的結構情況、調寬方式以及其他生產工藝的具體情況，針對跑錐問題，制定以下優化措施：

（1）用高精度細牙絲杠絲母傳動代替梯形螺紋傳動，新設計的絲杠絲母傳動螺距為0.5mm，采用最簡潔的固定設計代替蝸輪蝸桿結構，達到傳動精度高、裝配難度小、使用壽命長、維護保養便捷的目的。

（2）如圖3所示，手把、連桿帶動絲桿1在絲母中轉動，絲母8帶動接管16在套筒5中運動，直接將力矩傳遞到窄面背板實現結晶器的調寬動作，調寬完成錐度也已確定。

（3）縮緊機構依靠內六方螺栓與端蓋上的銷孔定位來達到控制絲桿旋轉起到鎖緊作用以防止錐度發生變化。原窄面調寬機構和改進后的窄面調寬機構如圖2、3所示。

1-螺紋套管，2-波紋管，3-防塵圈，4-透蓋，5-導管，6-軸套，7-管，8-襯套，9-螺桿，10-螺釘，11-螺母，12-軸承，13-軸承，14-軸承，15-隔離環，16-蝸桿，17-上部齒輪套，18-渦輪，19-首輪，20-螺栓，21-上部軸蓋，22-蓋，23-軸承，24-鍵，25-墊圈，26-螺釘，27-墊片，28-罩，29-減速器及齒輪離合機構，30-鍵，31-襯套，32-螺栓，33-蝸桿，34-悶蓋，35-軸承，36-擋圈，37-下部齒輪箱，38-左上壓塊，39-螺栓，40-螺母，41-墊圈，42-螺栓，43-螺母，44-墊圈，45-右上壓塊，46-油杯，47-螺栓，48-墊圈，49-管箍

2.2 鎖緊機構的優化措施

優化前鎖緊結構設計較為簡單，定位盤只有1個定位孔，直徑只有φ11mm。優化后定位盤有四個凹槽定位，每個凹槽長度為38.3mm，在四個60°范圍內都可以定位鎖緊，使裝置的自鎖能力增強，保證了澆注過程中結晶器錐度的穩定性。優化前后定位盤如圖4所示。

3.取得效果

某鋼廠通過以上的優化與改進措施，解決了結晶器窄面銅板跑錐度的問題，取得了很好的效果：

（1）優化后的結晶器調寬裝置機構較簡單、易維護、零部件少、壽命長；

（2）澆注過程中的結晶器錐度變化值由原來的3-4mm減小到0.3mm，沒有出現因結晶器跑錐度而引起的漏鋼現象；

（3）鑄坯邊角部的臺階及裂紋缺陷消失，連鑄機拉速、澆注穩定性和生產效率得到進一步提高。

4 結論

（1）原結晶器調寬裝置的部件尺寸設計不合理，梯形螺紋間隙誤差難以消除，蝸輪蝸桿等關鍵機構制作精度和裝配精度達不到要求，是造成澆注過程中結晶器窄面跑錐度的根本原因；

（2）用高精度螺距為0.5mm的細牙絲杠絲母傳動代替梯形螺紋傳動，采用最簡潔的固定設計代替蝸輪蝸桿結構，傳動精度高，裝配難度小，配合以優化的鎖緊機構，可有效解決窄面跑錐度問題；

（3）優化后的調寬裝置投入使用后，避免了由于結晶器跑錐度造成的漏鋼事故的發生，提高了鑄坯質量，使連鑄機拉速、澆注穩定性和生產效率得到了進一步提高。

參考文獻：

[1] 肖鵬.寬厚板坯結晶器傳熱及力學行為模擬.大連理工大學碩士學位論文,2011,6:1.

[2] 石俊.板坯連鑄機結晶器內三維流場和溫度場的有限元分析.武漢理工大學碩士學位論文,2007,12;3.

[3] 黃懷富,王東亮,張小輝. 板坯結晶器錐度不穩定分析與控制[J].連鑄,2011(3):23-27.

[4] 王雅貞. 新編連續鑄鋼工藝及設備[M]. 冶金工業出版社, 1999.

[5] 付江華,李建鋒,傅昊. 結晶器調寬裝置跑錐的分析與預防措施[J].重型機械, 2010(s1):184-186.

[6] 吳敏. 板坯結晶器跑錐分析與改進[J].科學技術創新,2015(22):99-101.

[7] 王文學, 劉趙衛, 王受田,等. 板坯連鑄機組合式結晶器跑錐問題的分析與改進[J].重型機械, 2010(4):62-64.

[8] 王文學, 趙敏, 雷華,等. 板坯結晶器跑錐的理論分析與研究[J].重型機械, 2012(6):29-31.