连续矫直及其拉矫机的研究与应用

2017-05-11马凤春张敏科

中国设备工程 2017年5期

关键词：铸坯连铸单点

马凤春，张敏科

（中冶东方工程技术有限公司，山东青岛 266555）

连续矫直及其拉矫机的研究与应用

马凤春，张敏科

（中冶东方工程技术有限公司，山东青岛 266555）

随着科学技术和社会经济的发展，连续铸钢也朝着高速的方向发展，在这个过程中，铸坯存在一定的问题，其在矫直的时候内部没有完全凝固，这就意味着铸坯要经受液相矫直，如果采用传统的矫直方法会对铸坯造成非常严重的危害，其拉应力、变形等都不可能得到有效的控制，从而导致矫直裂纹的产生。要避免这种状况的出现，让铸坯质量能够得到良好的保障，需要使用更有效的铸坯矫直手段和方法，连续矫直技术就是其中一种，在铸坯的矫直中发挥着非常重要的作用。

连续矫直；拉矫机；连铸

在铸坯矫直的过程中，拉矫机的使用是非常普遍的也是至关重要的，一段时间以来，连续矫直技术形式的拉矫机实现了有效的推广和应用，能够在一定程度上弥补单点矫直技术形式的拉矫机的不足，是拉矫机布置的重要发展方向。对于全凝固的铸坯来说，单点矫直形式的拉矫机可以在很大程度上满足其需求，但是，随着现代化的不断发展，很多的钢厂提出了更高的要求，不断提高拉速，而冶金长度又被厂房的长度所限制，铸坯带液芯也就不能实现单点矫直。固相矫直方法的应用已经不能满足相关的需求，连续矫直形式拉矫机成为更为有利的选择。

1 连续矫直原理

铸矫直技术的工业应用始于Cancast公司，基本思想是设计一个连续的矫直区段，使铸坯在该区段内发生矫直变形时，有恒定的低应变速率。在矫直区的任何一个点上，相邻的半径变化很小，应变量几乎为零。因此，工程设计连续矫直辊列时，只以矫直总应变量作为设计判定依据。

2 连续矫直的优势

传统的单点矫直有一定的限制，与高拉速技术的发展不能达成一致，无法满足其要求，为了改善这一问题必须要进行新的矫直技术的创新和探索。经过一系列的试验和探究，选择三次抛物线作为连续连铸机弧形段和直线段的最为理想的连续矫直曲线。

拉矫机的矫直方式包括了不同类型，其中三种是最为普遍和有效的，分别是单点矫直、多点矫直和连续矫直。近年来，我国的连铸法实现了快速的发展，在这种局势之下，单点矫直技术已经不能满足发展的需求，连续矫直技术在一定程度上弥补了单点矫直技术的不足，发挥了非常重要的作用，它是一种优化的结构，被矫直的变形都不会集中在一个点上，从而完成了连续矫直的过程，在很大程度上改善了铸坯中心的两相区变形的情况。

3 高效连铸的概述

3.1 定义

高效连铸的生产过程需要做到五高，包括高拉速、高质量、高效率、高作业和高温铸坯。

3.2 内容

高效连铸技术具有一定的系统性和整体性，高效连铸的实现需要将不同的方面进行相应的配合和统一，包括工艺、设备、管理等各个方面，主要的技术内容包含了八个方面。

（1）钢水的温度和成分需要进行相应的保证，做好这两项工作是非常有必要的。同时，其稳定性的连铸相关配套技术也需要一定的保证。

（2）连铸相关技术是非常重要的，需要保证供钢水的清洁度和流动性。

（3）高冷却强度的、导热均匀的长寿结晶器总成是连铸的关键技术。

（4）在连铸的关键技术中，包含了高精度、长寿的结晶器振动装置，里面包括了振动装置硬件的优化和结晶器振动形式、工艺参数的软件优化。

在之前的高效连铸中，采用的振动形式包括半板簧、全板簧和高频小振幅正弦波形，这几种形式的应用获得了一定的效果。随着科学技术的不管发展和需求的不断增多和提高，发明了新型的振动装置，比如新型串接式全板簧振动装置，这种装置具备非常突出的优势，比如精度高、刚度强、使用的时间长等等，弥补了之前使用的振动装置存在的不足，对于高效连铸的发展有着非常重要的意义和作用。这项装置所采用的传动类型是液压传动或者是机械传动，这种传动的方式也有着一定的优势，液压传动的方式可以在一定程度上增加正滑脱的时间，将保护渣用量进一步提高，较小上下振幅的峰值，降低拉坯阻力和负滑脱时间。机械传动这种类型能在一定程度上降低投入的人力、物力和财力，使用的难度有很大的减小。

（1）随着技术的发展和要求的增多，拉速也得到了相应的提高，保护渣需要作出相应的调整，与拉速保持一致，保护渣的粘度要做出相应的调整，其用量可以保持在所允许的范围之内，这样可以保证铸坯的高质量。所以，保护渣的使用必须要与连铸高效化相匹配，其需具备一定的特征，包括低粘度、低熔点和高熔速化等。保护渣技术在连铸高效化中发挥了非常重要的作用，是其核心技术中的一种。

（2）结晶器液面和拉速之间有着非常紧密的联系，当拉速升高的时候，结晶器液面的波动就会相应的加大。液面波动大的情况下会造成不利的后果，导致卷渣的产生，进一步造成铸坯缺陷的产生。在这样的条件之下，液面稳定性的重要意义越来越突出。当下，我国所探究的自动控制液面技术不断完善，有了长足的进步，对于高效连铸来说，这也是一相不容忽视的技术。

（3）二次冷却的硬件及软件技术在高效连铸中的位置也是不能轻视的，对于硬件和软件都提出了相关的要求和规定，从硬件的角度来说，必须要保证冷却均匀同时方便调节。当下，我国市场对于相关的钢的质量有了更高的要求，将连铸机进行相应的改造，使其更加符合相关的要求，这样的举措可以保证从结晶器到二次冷却形成全方位的铸坯对称凝固，从而获取更加高质量的铸坯。在科学技术不断发展的过程中，板坯和方坯连铸机二次冷却动态自动控制喷水冷却实现了相对快速的发展，除此之外，软件也有了长足的进步，其特性更加的鲜明，实用性和适用性更加突出，能够在更大程度上保证铸坯的质量。

（4）铸坯带液芯矫直技术具有相应的原理，将其作为重要的参照和依据，选取三次抛物线作为连铸机弧形段和直线段的连续矫直曲线，在高效连铸中发挥这越来越重要的作用，获得了非常良好的效果。

3.3 结构特征

高效连铸在很大程度上弥补了传统连铸中的不足和缺陷，具备了更加鲜明的特点，包括五高，分别是高质量、高效率、高拉速、高作业率和高温铸坯。高效连铸具备相应的要求和规定，正是由于这一点的存在，需要对其结构特征进行具体的描述。

（1）机型的选择是需要重视的，所选择的机型要和生产连铸坯钢种相适应，同时，冶炼设备和铸机的装备水平要和其钢种相一致。

（2）拉速对于连铸机有着一定的影响，对其发展方向有一定的促进作用，使其朝着增大弧形半径和立弯式机型的方向发展。

（3）对于主体设备也有着一定的要求，包括使用寿命增长、故障率降低，同时，还要实现快速更换等。

（4）高效连铸的自动化水平有了很大程度的提高。

4 连续矫直拉矫机存在的问题以及产生问题的原因

连续矫直曲线布置的拉矫机在一定程度上摆脱了单点矫直机的弱点，在工艺技术性能和设备的传动性能方面有着比较大的优势。拉矫机投入使用之后，长期处于一个高温加热的环境之中，一般在3个月之后就会出现相应的问题，包括脱方频繁、盖帽工艺事故等等，各种问题的出现使得连续矫直拉矫机受到了很大的重视，相关的工作人员对其存在的问题进行了一定的归纳。

（1）轴承的型号选择存在一定的问题。轻负荷窄系列的轴承被选择率最高，但是，这种类型的轴承所能够承载的负荷是比较小的，国产轴承相比于进口轴承有一定的劣势，使用的时间存在一定的差异。当轴承失效的时候，其具体的表现包括外圈的碎裂、保持架损坏等。拉矫辊在拉矫机的运转过程中发挥着关键性的作用，当相关型号的轴承和拉矫辊之间有所排斥，不能适应其运转的时候，要进行轴承型号的重选。

（2）轴承干油润滑油路型式的设计存在一定不合理的地方。拆开失效的轴承进行相应的检验，可以看到，其中干油的供应出现了问题，并没有将干油供应到所有的地方，停在了侧板和轴承套的径向槽之间，对于滚动体的供油没有实现，如果不加以改善，只是利用人工抹油的方式，会大大降低工作的效率，所以，必须进行相应的改造。

（3）拉矫机的装配结构设计需要进行相应的改善，其不合理性也是比较高的。上、下传动辊和两个侧板在结构的装配和拆卸等都不是很容易实现的。传动辊的轴承通常会出现失效的状况，当这种问题出现的时候，需要把整台拉矫机拆分之后才能进行相应的检验和改装，存在很大的劣势，对于人工资源和时间资源的耗损都是非常大的，鉴于这种状况，必须要对轴承座和侧板的装配结构进行重新的设计。

（4）水冷设计存在一定的不足。在设计的过程中，对于水冷方面的问题进行了相应的考虑，不过，传动辊轴承水冷是最为薄弱的地方，对此处水冷问题的设计有一定不完善的地方。随着连铸生产的不断加速，连续拉矫机需要长时间的处于高温的状态之下，在这个过程中会导致很多问题的出现，如果冷却的程度不够，会使得轴承的干油存储少、流失快，导致轴承失效更严重，所以，必须要将连续拉矫机水冷设计进行相应的完善和改造。

5 改善连续矫直拉矫机存在问题的对策

连续矫直拉矫机存在多方面的问题，对其进行了相应的研究和探讨，对于整个传动装置零、部件的各种因素进行了一定的分析和研究，从中找出主要的问题和矛盾，然后对相关的工艺及细节进行一定的改造。需要改造的部分包括了四个方面，分别是：对拉矫辊的轴承型号进行重新选择；对轴承套进行重新的设计；对轴承和侧板的装配结构进行改装；轴承的供油方式也要进行相应的完善，提高供油的效率。

（1）轴承型号的重选，需要对轴承型号的质量有严格的保证，同时，相应型号的轴承和拉矫辊之间必须能够密切配合，虽然与进口的轴承型号相比，国产的轴承型号存在一定的劣势，但是，国产的轴承型号的价格优势是比较突出的，可以从中选择质量最好的，可以保其工作的顺利进行。之前所选用的轴承型号基本是轻载荷窄系列的进口轴承，其价格昂贵，而且进货非常困难，所以，需要将其进行更换，内径相同，载荷系数为中载荷的国产辊子轴是比较理想的选择，最重要的是保证其质量。这种型号轴承的承载能力也是非常值得信赖的，有其鲜明的优势。图1是拉矫机支承辊轴承图。

图1 拉矫机支承辊轴承

（2）对装配结构形式进行重新设计。目前使用的轴承套存在很大的问题，其装配和拆卸都有很大的难度，所以需要用具备相应优势的轴承座来替换，轴承的油脂供应方式也要进行相应的更换，对轴端进油方式进行充分的应用，径向进油的方式有很大的弊端。轴承失效也是一个很大的问题，需要对此进行一定的改善，可以将轴承座和机体两侧板用双头螺栓紧固，能够更方便的解决轴承失效的问题，改善人工资源和时间资源浪费的状况。

（3）干油分配器的重新设置。之前使用的干油分配器的故障发生率是比较高的，要改善这一问题，需要将干油分配器移动到离线的油泵旁，在分配器出口、生产线上和各个润滑点进行管道的敷设从而提高分配器的使用效率，尽可能避免轴承失效状况的出现。图2是干油分配器图。

图2 干油分配器

（4）连续矫直拉矫机的水冷设计也要不断完善。生产速度越来越快，再这种情况之下，拉矫机需要长期处在高温烘烤的环境中，容易导致各种问题的出现，所以，必须要将水冷设计进行进一步的完善。对其的改造要注重几个部分，包括侧板的侧面、轴承座、整体框架等直接通水冷却，避免拉矫机的长时间高温烘烤，也进一步避免了因此造成的各种问题。

（5）改进的效果。

第一，在一定程度上降低了拉矫机发生故障的概率，相应的维修工作也大大减少。对其供油的计划进行相应的制定和完善、注重减速机的维修和相关配件的质量管理和控制等，达到了预先的目标，取得了很好的成果。

第二，对于人工资源和时间资源浪费的状况进行了相应的改善，节约了成本。

第三，润滑效果得到了一定的改善，使用的时间得到了一定的延长，供油状况有所改善。

第四，铸坯的质量有了很大程度的提高。

第五，注重机器的使用，在很大程度上解放了劳动力，降低了维修人员的劳动强度。

6 连续矫直拉矫机的应用

随着科学技术的高速发展，传统的矫直技术已经不能满足铸坯矫直的要求，在这样的条件之下，连续矫直技术应运而生，得到了广泛的推广和应用，将单点矫直技术中的缺陷进行了相应的弥补，甚至是取代了单点矫直技术。所以，必须对连续矫直机进行充分的应用，其设计需要满足一定的要求。

第一，在切点之前布置一个单支承辊。

第二，拉矫机的布置也要注意相应的问题，需要将其布置在切点之后的一定的范围之内，矫直力矩在铸坯的内部是均匀分配的，要对此加以利用，然后形成在设定距离内均匀连续的连续矫直，在一定程度上，满足带液矫直的相关要求。

第三，矫直力矩在整个的矫直区长度上实现了均匀的分布，形成了铸坯在区间各个长度上均匀的连续变形。这其中的实际应变值全部都趋向于零，虽然连铸机的半径是比较小的，但是，在这样的条件之下，铸坯带液芯对拉矫机进行相应的应用也可以实现无缺陷矫直的要求，连续矫直这种矫直方法可以实现较大断面合格连铸坯的浇铸。

连续矫直拉矫机的布置需要在水平段上进行，拉坯辊的下辊表面与连铸机的弧形段相切，利用上辊来实现对于上下辊之间距离的调节，从而满足不同断面浇铸的要求。对这种布置方法予以采纳，可以将上、下辊做成相同的，使得拉矫机的辊子可以实现通用。在这个过程中，传动装置是必不可少的，需要将其放在拉矫机的上方，对立式电机加以应用，使其流间距缩小。同时，拉矫机的应用也要采取一定的方式方法，选用最为有效的方法，对此加以利用有非常大的优势和好处，可以在一定程度上将检修的时间缩短，使其作业的效率得到相应的提高。

酒钢小方坯连铸机高效化的改造所应用的矫直方法由单点矫直技术改为连续矫直，将拉速做出相应的提升。当把单点矫直改为连续矫直的时候，在现有的空间里是布置不开的，那么就需要将现有的拉矫机也进行相应的减小。由于拉矫机的移动很可能各台拉矫机之间产生很多的问题，所以，需要设计不同的方案，从中选取最优的一种。要实现后续设备的移动同时又不与拉矫机发生碰撞，将切前辊道去掉一个就是最好的办法。