延长SCR连铸机铸轮使用寿命工艺研究

张鹏飞，席安武

（江西铜业铜材有限公司，江西 鹰潭 335424）

江铜分别于2003、2006年从美国SOUTHWIRE公司引进了SCR3000、SCR4500两条铜杆连铸连轧生产线，其产品规格为8mm铜杆，设计总产能37万吨/年。铸机是SCR连铸连轧生产线核心部分，该备件的正常与否，直接影响铸坯的质量，进而影响铜杆的品质、生产成本。尽管目前SCR工装设备领先世界，但铸造轮的使用寿命一直是制约生产成本与生产效率的主要因素。

1 铸机工作原理及铸轮的结构

SCR铸机系统工艺流程图其工作原理为:铜液由下流槽流入中间包，通过中间包SPOUT流入由压紧钢带和铸轮凹槽包裹的梯形结晶腔，经过铸机冷却水的冷却，液态铜结晶、凝固成固态铜锭，再经过脱模装置，它使铜液凝固、结晶成铜锭，并对铜锭进行削边、修整，为下一道轧制工序提供合格铜锭的重要工序。图1为SCR铸机系统工艺流程图。SCR3000、SCR4500生产线均采用五轮式钢带浇注机，是SCR连铸连轧生产线的核心。其特点是:结构简单，易调整操作，维修保养便利。

图1 SCR铸机工艺流程图

铸轮是由铸轮铜环、不锈钢护板、紧固螺杆、支撑杆等部件组合而成。在铸造过程中铸造铜环与高温铜水直接接触，经历反复的激冷激热，从而使得铜环开裂、变形。铸轮表面出现裂纹，造成该部位冷却较慢，导致铸坯的晶粒粗大，结晶不均匀，影响后续的加工性能。

2 铸轮报废的形式

因铸轮的使用环境极其复杂、恶劣，生产过程中需承受激冷、激热、摩擦的相互作用，通常情况下铜环的破坏形式主要有：裂纹、表面擦伤、变形（径向、轴向弯曲）、结垢、局部烧伤、凹坑等。对铸坯的结晶质量影响非常大，且容易造成安全事故，此时往往需要停机更换，影响生产。

3 铸轮破环的原因分析

（1）铜环材质的影响。铸造铜环主要成份为铜，其内部含有少量的镍、锆等金属元素，以提高铜环在高温状态下的热稳定性。目前国内生产的铜环质量不稳定，生产过程中常会出现变形，裂纹等问题，经常在生产时停机更换铸轮。目前使用的铜环均为进口，两条生产线使用的是德国KME公司生产的铸轮，鉻、锆、铜合金，其热稳定性强，屈服强度340、抗拉强度420，硬度达130，在SCR生产线得到广泛使用，可连续多个周期生产，因此铜环的材质并非造成铸轮报废的主要原因。

（2）铸轮受热不均。生产过程中铸轮的冷热交替是周期性的，炙热的铜液剧烈冲击铸轮，温度急剧升高，使得进入浇筑段与未进入铸造段的铸轮温差过大，反复经过空程到结晶的温度循环，铸轮表面要承受550-600℃的高温，内应力逐步累积，继而结晶腔表面出现点腐蚀现象。当该应力大于铜环的屈服应力时，铸轮内部晶粒滑动的进行，晶体组织的规律性被破坏，各晶粒被破碎并沿着力的方向被拉长，从而在铸轮铜环表面出现横向或纵向裂纹。

（3）干燥不良。生产过程中铸轮经铸机水、高压水的冲刷，表层附带大量的水汽，若水汽不能及时挥发，将被后段乙炔烟灰覆盖，进而将水汽带入熔池，造成铜液飞溅。发生飞溅后该部位烟灰的均匀度不够，铜液与铸轮直接接触，使得铸轮局部冷却不均，出现温度差，长期如此，铸轮出现开裂或扭曲变形的现象。

（4）摩擦。在生产过程中，凝固的铸坯与铸轮之间存在相对滑动，滑动的方向沿铸轮圆周向，在铸轮表面产生的摩擦会使得表面沿着周向磨损以及刮伤，加上铸轮车修时表面刀痕留下的微裂，在高温膨胀、软化和周向的反复摩擦等的共同作用。长期如此，将加剧铜环表面应力的累积，微裂纹发生扩展，造成铸轮表面出现纵向裂纹、凹槽、凹坑等缺陷。

（5）操作者素质与责任心不到位。操作工的责任心不强或操作不规范或无具体作业标准是铸轮产生缺陷的主要因素之一。铸轮如无使用工艺以及装配要求，操作人员在日常操作中对烟灰喷涂的控制、冷却水的设定、风管吹干角度压力的调整、浇管角度等方面不按规定操作，在生产过程中将对铸轮的使用状态以及产品品质产生较大影响。

4 工艺改进与维护措施

改善烟灰的喷涂：烟灰的主要作用为脱模、保护铸轮，其喷涂的厚度与均匀性直接影响着产品的质量与铸轮的寿命。通过改变单个变量的试验跟踪方法，我们找到了合理的烟灰喷涂角度、高度、流量以及喷涂位置等控制工艺，以保证烟灰喷涂附着性良好。

优化吹干装置：通过在铸轮上部合理布置压缩风管的位置、方向与形式，以及增加挡水板装置，较好的解决了铸轮槽型内部存在干燥死角，难以彻底干燥的问题。改造后铸轮内表面带液的情况显著减少，浇注熔池内部的铜液飞溅明显减弱，铸轮局部激热激热减少，减少了应力不均匀的情况。同时铸坯结晶质量、气孔也得到改善，下游客户的断线投诉率减少。

形成铸轮保养机制：为规范铸轮的使用，我们制定了铸轮使用标准，即对铸轮的车修、下机保养等进行了规范，增加下机静置、表面处理等工艺，优化铸轮的使用与管理。①增加下机静置环节：之前铸轮均为连续使用，直到铸轮出现破坏后（出现裂纹、凹坑等）才下机停止使用，并直接进行车修，车修后的直接上机使用，如此重复铸轮往往出现还未到一个完整生产周期就出现了开裂。由此，我们对铸轮上机使用、下机静置的时间进行了摸索，找到了铸轮连续生产的最佳使用周期数与合适的下机静置时间，进而制定了铸轮上、下机的更换标准。②采取表面处理工艺：通过观察裂纹的形式，我们发现铸轮表面裂纹均为受到拉应力，在铸轮上机前对其施加一个反方向的应力，宜采用喷丸、喷砂、敲击等方式对铸轮表面进行处理。

优化铸机冷却水的工艺控制：对于铸轮的内表面，为防止急冷或冷却不均，我们合理地配置了各段冷却水的流量，采取由小到大逐渐加大冷却水流量的方式。同时，我们也加强了对铸轮侧冷却水喷嘴的检查，制定了相应的操作规范，要求每次开机前必须检查喷嘴状况，避免因喷嘴堵塞、脱落或角度发生偏移造成铸轮冷却不均。

5 结语

我们在生产实践中将以上所述的各种改进措施有机地结合起来，大大延长了铸轮的使用寿命。铸轮的使用寿命由原来的15000-20000吨/个，提高到现在的50000—55000吨/个，铸轮的平均寿命增加了1倍多。因此，取得了显著的经济效益，提高了生产效率，减少产品质量波动，降低了生产成本。根据国外报道，目前铸造机铸轮的使用寿命可以长达70000吨，因此我们的工作还有很大潜力可挖，我们将继续致力于延长五轮铸造机钢带使用寿命的研究和探索，提高企业竞争力。