连铸拉矫机拉矫辊的改进设计

摘要：介绍了连铸拉矫机拉矫辊在不断的实践中的优化设计方案，使拉矫辊的加工制造、使用及修复得到很大的改善。

关键词：拉矫机 拉矫辊 不锈钢堆焊

1.引言

拉矫机是连铸机的核心部件，又称为连铸设备的心脏。拉矫机主要有以下几种作用：

1.1.在浇铸过程中，将铸坯从二冷却段内拉出。在拉坯过程中，拉坯速度将根据不同条件（钢种、浇注温度、断面等）的要求在一定范围内进行调节，可以满足快速送引锭，克服结晶器和二次冷却装置的阻力，顺利地把铸坯拉出。

1.2.将弧形铸坯经过一次或多次矫直，使其成为水平铸坯。对不同钢种和断面以及带液芯的铸坯都应能避免裂纹等缺陷，实现低温矫直。

1.3.在浇注前将引锭杆送入结晶器的底部。

1.4.在处理事故时（如冻坯），可以先将结晶器盖板打开吊出结晶器，通过引锭杆上顶冻坯。

1.5.在板坯连铸机中，拉矫机牵引引锭杆上装辊缝测量仪，来检测二冷段的装配及工作状态。拉矫机的作用主要通过拉矫辊来实现的，因此如何更经济和优质地解决拉矫辊的制造和修复问题就显得很重要。

2.拉矫辊的使用环境、结构及材质

拉矫辊与高温铸坯接触后又马上被冷却，这种冷热交换的工作条件非常苛刻，因而使辊子因裂纹和磨损而失效。

一般小方坯、板坯连铸机拉矫辊主要采用25CrMo4、35CrMo、42CrMo、60CrMoV、60CrNiMo及Cr5、Cr8等合金工具钢制造，而且采用整体结构，（见图1）成本高，寿命低，且辊面修复困难。这就增加了拉矫机的制造成本。

3.拉矫辊的改进设计

在机械性能和使用效果不变的情况下，我们把拉矫辊的结构由整体结构改为拼焊结构（见图2）。现详述如下：

A.辊身采用壁厚40mm的无缝钢管，材质为20。

B.侧板采用材质为Q235-A的钢板，厚度为40mm。

C.轴采用材质为45#的圆钢，粗加工时先把孔加工完，留旋转接头安装孔加工余量，待焊后精加工完成。粗加工后进行调质处理，调质硬度为HB220-268。

D.焊接后进行密封性耐压试验，试验压力为1.2MPa，保证无泄漏现象。

E.辊身表面采用不锈钢堆焊，堆焊厚度为5mm。

F.采用E5016焊条焊接，各个件焊前打坡口，焊缝为连续焊接，焊接前进行预热。

G.焊接后进行退火处理，消除内应力，再进行机加工。

H.机加工时保证辊身外圆和两轴端的轴承直径达到 同轴度要求。

4.不锈钢堆焊技术在拉矫辊上的应用

堆焊层所要求的性能不要求很高的硬度，甚至对耐磨性也不是主要的问题，而抗氧化性、耐腐蚀（由于连铸保护渣中大量氟化物所致）和抗冷热疲劳的能力是应优先考虑的因素，尤其后者对拉矫辊寿命的影响至关重要。

在选择拉矫辊用堆焊材料时应考虑以下特性：

4.1.在700℃的高温下应有高的屈服点和高的断面收缩率；

4.2.线膨胀系数要小；

4.3.Acl相变点应在700℃以上；

4.4.应具有高的高温硬度；

4.5.堆焊金属应为单一的金相组织；

4.6.应保持足够的铬含量。

为了满足以上原则，普遍采用的堆焊材料均以Crl3系不锈钢为基础，通过各种方式加入适量的Ni、Mo、W、V等元素，其中镍是为保证韧性而添加的，对于碳的控制量应以能防止铁素体析出就足够了，并且以不能造成残余奥氏体生成和不降低耐蚀性为限。钼和钨是为提高高温强度而添加，而钒能有限地细化晶粒，提高韧性。

5. 按堆焊工艺来分，拉矫辊的堆焊可分为丝极埋弧焊、带极埋弧焊和明弧焊三大类。

5.1. 拉矫辊的丝极埋弧堆焊

拉矫辊丝极埋弧堆焊的具体焊接材料牌号品种繁多，可归结为实芯焊丝埋弧焊和药芯焊丝埋弧焊两类。依据各单位条件的不同以及辊子所在部位的差异，可以选择不同的焊丝和焊剂的搭配以满足相应的要求。

拉矫辊堆焊中用得最广泛的是市售H1Crl3焊丝，直接用这种焊丝配普通H260熔炼焊剂堆焊连铸辊，这种做法不仅堆焊成本较低，而且也起到了恢复辊子尺寸的作用，比用低合金焊丝（如H18CrMo）单纯为恢复尺寸效果要好得多，或用H1Crl3焊丝配烧结焊剂，通过焊剂过渡某些合金元素，使堆焊连铸辊的性能更加理想化，所要达到的堆焊金属成分通常采用日本日立造船株式会社的标准。 5.2.拉矫辊的带极埋弧堆焊

拉矫辊堆焊用的焊带宽度通常为30、45、50和60mm，厚度为0.4―0.8mm。采用带极堆焊不仅具有高的熔敷速度、低的母材稀释率、 焊道表面平整美观，而且由于它焊道宽度大，搭接的道次少，亦即焊道的热影响区少，因此它的力学性能也较相同成分的丝极焊要优越得多。

表面堆焊时，无论是耐磨还是耐蚀的目的，都希望堆焊金属的稀释率尽可能低，这样才容易保证实现所期望的堆焊金属的化学成分。

5.3.拉矫辊的明弧焊

多年来，用丝极埋弧焊和带极埋弧堆焊工艺配用不锈钢系列材料去制造和修复拉矫辊，取得了满意的效果，满足了生产的需要，但这种工艺在生产和使用中也出现一些难以克服的弊端。

明弧焊接时不需要焊剂和保护气体，再加上不需要预热和保持层温，因此，既操作方便，又节省能源。

与碳一样，在高温下氮与铬反应形成氮化铬，但与聚集在晶界的大量碳化物不同，其析出物既小又均匀分布，并不出现在普通不锈钢焊接时的所谓敏化区。这种氮化铬的析出物有防止晶粒长大和位错移动的趋势，因而改善了室温和高温强度，并且能提高耐热疲劳和抗蠕变能力，改善了韧性。此外，氮化物的析出显示了较高的抗时效能力，并且在经过回火消除应力处理、多层焊或在使用过程中都有明显的二次硬化现象。

6.结论

拉矫辊是拉矫机中的重要部件，采用合理的结构设计和加工工艺是降低冶金备件成本、提高拉矫辊寿命的关键。

参考文献：

[1]冯捷 ，史学红.连续铸钢生产.北京：冶金工业出版社，2010.

[2]冶金机械设计手册.中国科技文化出版社，2006.

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册.第1卷.北京：机械工业出版社，2004.

作者简介：刘梅杰（1971-），女，河北沧州人，工程师，现主要从事机械设计方面的技术工作。