板坯连铸机生产矩形坯的实践

姚成功，王文学，雷 华，田松林

（中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032）

0 前言

板坯连铸机的铸坯生产规格可调整，但鉴于原始设计的规格局限，在铸坯宽度方向上无法做到全覆盖［1－3］。某钢企在现有铸机设备基础上为满足市场需求而要生产多规格铸坯，尤其是考虑用板坯连铸机浇铸矩形坯的情况，要求以尽可能小的改造范围和少的投资，同时必须做到可拆卸、不影响原铸机的最大生产规格，中国重型院综合分析整机设备功能，从结晶器和引锭链入手，重新设计以满足生产需要。

1 设备参数、结构分析

1.1 设备参数

机型：双流直弧形铸机

铸机半径：9 590 mm

浇铸断面：（200，250）mm×（900～2000）mm

产品大纲：普碳钢、合金钢、管线钢

结晶器调宽装置形式：电机驱动－梯形丝杆螺母副

调宽装置行程：上口 927～2060 mm

下口 917.36～2038.58 mm

夹紧装置形式：碟簧夹紧－液压松开

窄边支承：调宽装置

引锭装入方式：上装引锭

1.2 设备结构

1.2.1 结晶器

结晶器原始设计由德国公司提供。结晶器调宽装置结构如图1所示，由电机驱动，经独立减速机后驱动一套蜗轮蜗杆机构最终通过梯形丝杆螺母副将旋转运动转化成生产需要的窄边铜板移动［4－5］。每台结晶器设置独立可调的四套调整机构，实现结晶器型腔开口度和生产要求的锥度调整。

图1 结晶器调宽装置结构图

图1 所示状态为结晶器在最小开口度时各件装配关系，从图中可看出当上部单侧开口度为463.5 mm时，则剖分铜螺母距丝杆前端仅有58.7 mm行程，即结晶器的单侧极限开口度为404.8 mm。

结晶器调宽装置与窄边铜板装配的连接形式如图2所示。窄边铜板装配设有上下两个销轴孔，通过销轴将其挂接在调宽装置头部预设的槽孔中，为避免对调宽装置头部的过度磨损，特别设置衬套。为满足生产对窄边铜板的锥度要求，窄边铜板装配的支撑板上部加工成圆弧面，同时仅在上部设置压板，下部为开放态。窄边铜板装配自重及拉坯阻力全部由调宽装置内套管承受。

图2 窄边铜板装配与调宽装置连接结构图

1.2.2 引锭链

原设计引锭链满足最小宽度铸坯规格为900 mm。引锭链总装图和引锭头结构分别如图3a和图3b所示，引锭链包括引锭头、过渡链节和链身部分。该铸机为上装引锭方式，即改造设计时图3b中所示挂轮必须保留，同时为保持引锭车及导向提升系统不变，链身利旧［6］。

图3 引锭链结构图

1.3 设备问题

该结晶器窄边铜板挂接装配，调宽机构在生产中承受了较大的外力（包括设备自重及拉坯阻力）。尤其是在较小断面时，调宽装置内套管悬臂较长，在现场表现出“掉窄边”现象。严重时窄边铜板顶面低于宽面铜板顶面约20 mm。该企业在生产时控制结晶器液面距铜板顶面约50 mm，而铜板顶部25 mm处无水缝、即无冷却［7］，故“掉窄边”现象对于操作习惯是不利的。

2 设计方案

2.1 结晶器设计

2.1.1 调宽装置设计

为保证不影响原铸机的最大生产规格，必须考虑将生产矩形坯的设计做成近刚性连接同时可拆卸结构，即需要生产2 000 mm规格铸坯时将该新设计部分拆除。按照增加一个连接块而实现调宽装置行程加长的设计意图，经核算400 mm宽度规格需要的开口度及锥度，并根据原调宽装置的最小开口度，将连接块长度设置为243.5 mm。改造后的调宽装置结构如图4所示。

图4 调宽装置改造设计结构图

图4 中新增零件包含连接块、异形轴、止动板及螺栓等，其设计理念为通过连接块的设置达到增大调宽装置行程而满足400 mm宽度规格的结晶器型腔调整要求［8］。

连接块结构如图5所示，将连接块的头部设计成与原调宽装置头部完全相同的结构，可以保证原有窄边与调宽装置的连接形式不变以及生产原设计规格铸坯时的快速拆除与装配。连接块的顶部设有两孔，利用原调宽装置头部预设的压板安装螺孔对连接块再进行紧固。连接块的尾部设计成卡槽状，同时配以异形轴的平面，保证新增设部分达到近刚性连接；该卡槽与异形轴的配合关系对生产中锥度保持为负面影响，所以设计加工时必须严格控制小间隙，同时为方便安装将卡槽下部设计成楔口状；连接块尾板与图2中所示的调宽装置头部后沿控制1～2 mm间隙，当窄边受沿拉坯方向外力时，连接块尾板便与调宽装置头部后沿卡死，可防止窄边铜板装配受外力而出现的“掉窄边”现象。

为完全固定异形轴，约束其转动自由度，在轴端设置两平面，通过止动板并利用原调宽装置头部的衬套安装螺孔把合连接。

图5 连接块结构图

2.1.2 窄边铜板装配设计

针对“掉窄边”现象，考虑将窄边自重及拉坯阻力转移到宽面水箱框架上。如图4所示，在窄边铜板装配的顶部增设支承耳，并在宽边水箱顶部架设相应导向架。支承耳上下两面设置成一定半径的弧面，保证在调锥时不会出现卡阻。

2.2 引锭链设计

按照900～2000 mm规格跨度，原引锭头设计成三种规格，即900～1250 mm、1250～1600 mm和1600～2000 mm。最小宽度规格铸坯900～1250 mm用引锭头本体宽度为812 mm，为满足400～600 mm宽度规格铸坯生产，引锭头和过渡链节必须重新设计。

重新设计的引锭头本体宽度为388 mm，保留原引锭头挂轮结构，过渡链节由双排双链改为双排单链节，而与链身连接尺寸则保持不变，即图中尺寸A和605 mm具体结构如图6所示。

图6 引锭链改造设计结构图

3 生产实践

该铸机为双流连铸机，热试在其中一流进行。设备热试规格为200 mm×600 mm，热试钢种为 Q345，拉速为 1.0 m／min。宽面水量为3800 L／min，宽面有效冷却水缝面积为 8316 mm2，折算水流速为7.62 m／min；窄面水量为410 L／min，窄面有效冷却水缝面积为864 mm2，折算水流速为 7.91 m／min［9］。结晶器上部开口度设定值为607 mm，下部开口度为601 mm，同时考虑新增零件加入所带来的装配间隙以及整个窄边侧在生产中的受力特点，在开口度设定完成后通过电机点动做一组“上拉下推”的动作操作［10］。扇形段油缸压力控制按照900 mm规格铸坯设定。其余工艺参数按900 mm规格铸坯生产工艺执行。

经生产验证，涉及改造的结晶器和引锭链设备状态稳定。生产的铸坯表面质量良好，现场情况如图7和8所示。

图7 现场生产实景

图8 矩形坯堆垛场

4 结束语

对板坯连铸机综合分析，通过对结晶器窄边装配增设支承耳和导向架解决了生产中“掉窄边”现象。通过新增包括连接块、异形轴、止动板及螺栓组成的调宽装置行程加长机构，实现了结晶器浇铸铸坯规格的全覆盖，同时通过对引锭头和过渡链节进行适当改造设计，控制合理生产工艺参数，从而最终实现了板坯连铸机生产矩形坯。经实践证明，设备状态稳定，铸坯质量良好。

［1］ 蔡开科.连铸结晶器［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

［2］ 刘明延，李平，栾兴家，等.板坯连铸机设计与计算［M］.北京：机械工业出版社，1990.

［3］ 杨拉道，谢东钢.常规板坯连铸技术［M］.北京：冶金工业出版社，2002.

［4］ 施海洋，赵家亮，王建波.结晶器调宽装置优化设计［A］.全国炼钢—连铸生产技术会议［C］.迁安：2010.

［5］ 付江华，李建锋，傅昊.结晶器调宽装置跑锥的分析与预防措施［J］.重型机械，2010（S1）：184－186.

［6］ 杨拉道，黄进春，李淑贤，等.直弧形板坯连铸设备［M］.北京：冶金工业出版社，2017.

［7］ 李爱臣，王志刚.板坯连铸机直形结晶器铜板设计［J］.一重技术，2013（03）：10－13.

［8］ 姚成功，王文学，张继强，等.一种可调整行程的板坯结晶器调宽装置：201620966131.X［P］.2016－12－30.

［9］ 杨拉道，谢东钢.连续铸钢技术研究成果与应用［M］.云南：云南科技出版社，2012.

［10］ 王文学，赵敏，雷华，等.板坯结晶器跑锥的理论分析与研究［J］.重型机械，2012（06）：29－31.