提高连铸机扇形段辊子在线寿命的实践与研究

孙 健

(马钢股份公司第四钢轧总厂 安徽马鞍山 243011)

在连铸生产中，扇形段是连铸机的核心设备之一，分为弯曲段、弧形段、矫直段和水平段，主要对铸坯起着支撑、拉矫和导向的作用。当带有液芯的铸坯离开结晶器垂直进入扇形段后，通过扇形段的拉矫和导向，最后将铸坯进行水平输送至板坯库。

扇形段的稳定运行对连铸生产的顺行起着重要作用，发生故障时会导致生产中断、铸坯鼓肚、铸坯严重的表面缺陷等各类事故，若扇形段整体在线寿命偏低则会增加更换数量，导致铸机频繁停机检修，降低铸机作业率。因此减少扇形段故障率，提高扇形段的在线寿命是我们日常工作的重点内容。

1 影响扇形段在线寿命的主要原因

1.1 扇形段的使用状况

马钢第四钢轧总厂在2007年引进SMS-DEMAG技术，建成了两台直弧形板坯连铸生产线。近年来，随着对质量和产量的要求不断提高，也对扇形段的稳定性提出了更高的要求。

铸坯的质量和产量与扇形段的稳定和高精度运行密切相关。由于连铸生产的连续性，一旦扇形段出现较为严重辊子故障没有被及时发现，很可能造成批量的质量事故导致重大损失。

1.2 扇形段存在的主要故障形式

通过对之前三年扇形段的故障统计，主要类型如图1所示。

从故障统计看，扇形段故障主要原因是辊子故障，三年占故障比分别为96.5%、91.2%和93.6%。从故障现象看是在生产过程中辊子存在卡阻与漏水的问题，而且此类故障极其容易批量造成铸坯表面划伤质量事故的发生，若驱动辊卡阻后甚至有可能导致发生滞坯事故，对生产顺行影响极大。如果能有效解决辊子故障，就可以很好地提升铸坯表面质量，减少扇形段更换量，稳定生产节奏，提高连铸的有效作业率。

图1 统计3年扇形段故障统主要类型

2 辊子的结构及故障形式

2.1 辊子的结构形式

辊子按照一定的顺序安装在扇形段的固定侧和活动侧上，在铸坯经过扇形段时起着支撑、矫直和导向的作用，该SMS-DEMAG机型辊子设计为三分节辊结构形式，每根辊节两端安装在轴承座上，辊节之间采用水套连接，中间通有冷却水，水套与辊节连接位置采用密封圈进行密封，辊子一端安装有旋转转接头。其结构如图(2)所示。

图2 原始辊子结构

2.2 辊子的故障现象

分析近年的故障记录发现，辊子故障的主要表现形式如下：1、辊节卡阻无法转动；2、辊节连接处大量漏水；3、辊节卡阻同时连接处大量漏水；4、轴承座冷却水路封板开裂漏水。其中辊节卡阻会导致辊子之间严重积渣，造成铸坯表面产生的划伤缺陷。

3 辊子故障原因分析及采取的措施

通过在现场拆解大量存在的故障辊子，发现卡阻是由于轴承损坏导致的，而这些损坏的轴承内部绝大多数存在被水冲刷、锈蚀严重的现象，而底部干油注入孔内仍然存在部分新鲜干油痕迹，结合这些辊子基本存在漏水的现象，故首先要解决由于辊节之间密封失效导致冷却水进入轴承致使轴承损坏的问题。

在原设计中，辊节之间完全依靠一种腰鼓型的水套连接，密封圈安装在水套上与辊节内的衬套连接，中间设计有水管对辊节进行循环冷却。在生产中，三根辊节理论上同步转动，密封圈与衬套之间保持相对平衡，可以将冷却水很好的密封在辊节中。但在实际使用中，该处密封频繁失效，从损坏情况看，主要由于水套与辊节在安装和生产中会有一定的相对位移，造成密封圈磨损，而原设计密封为星型密封，发生磨损后补偿量较小，很容易造成密封失效。对此，决定将其改为补偿量相对较大的唇型密封，延长其使用寿命。唇形密封尺寸相较星型密封尺寸略大，原设计的密封槽无法安装，同时原水套管壁较薄，在原基础上进行改造困难很大。基于此，决定对连接密封形式进行重新设计，方案中将密封槽设计在辊节本体的衬套上，将水套设计成直通的管型，其结构如图(3)所示。这样可带来如下优点：1、简化水套加工工艺，在加工中可以更好的控制与密封圈接触部位的粗糙度，减少密封圈的磨损；2、适当加大密封件尺寸，增加补偿量，延长密封件的使用周期。通过以上改造，增强了辊节之间的连接强度，提高密封件使用寿命，最终增加了辊子在线使用寿命。

图3 辊节连接结构改进形式

在拆解辊子的过程中，时常发现为辊子供水的旋转接头出水孔方形接头位置存在堵塞现象，导致辊子冷却不良，密封处温度过高，拆卸下的密封存在碳化现象。分析其原因，除了各种因素导致杂物进入水中外，还由于设备水中堵塞物颗粒过大无法通过方形管接头位置，方形管接头存在易偏孔、流量小的问题造成出水孔间隙小致使部分颗粒物无法通过而淤积最终堵塞，进而导致辊子冷却效果差、密封失效、轴承损坏的现象频发。

针对以上问题对拆解接头进行研究，发现方形管接头内部间隙只有4 mm-5 mm，容易造成异物淤积且堵塞位置均为出水口。现改为通径达到15 mm的直通接头，则可以在不改变旋转接头主体结构，充分利用原有备件的前提下解决堵塞问题，其形式如如图4所示。经过持续1年的工作，改造了所有的接头，此后再未发生过旋转接头堵塞的情况，辊子的冷却得到了有效保证。

图4 旋转接头的管接头改进

连铸在生产中，辊子直接与红坯接触，冷却不足会造成故障频发，一直以来，为了适应之前的生产模式和产品结构，扇形段喷嘴采用了小流量设计。近年来，随着产量的逐渐提高，生产模式和产品结构的优化，原喷嘴所提供的冷却强度明显不足，故我们针对性的对喷嘴流量进行了优化，增加流量，加强雾化效果，提高对板坯和辊子的冷却效果，降低由于扇形段内部过热而造成的故障隐患。

因连铸生产中工况恶劣，为了更好的给轴承冷却，防止过热损坏，轴承座均采用水冷形式，但我们在日常检查中时常发现轴承座上用于封闭水路的封板开裂的现象，由于同一根辊子所有轴承座的水路为串联形式，只要有一处开裂，后面的轴承都无法正常冷却，存在过热损坏的风险。

通过拆解大量的轴承座封板检查水路情况，我们发现在高温下，轴承座水路表面附着有大量的硬化污垢，堵塞冷却水路。为了避免轴承座在多次循环使用后由于水路结垢导致轴承冷却不良，我们安排对每个下线后的轴承座都进行检查清理，发现完全堵塞的打开封板进行人工清理，其余全部用专业清洗液进行除垢处理，有效提升了轴承的冷却效果。

润滑不良也是造成轴承损坏的一个因素，由于目前拉速较以往提高明显，板坯冷却时间较短，扇形段活动侧温度明显较以往有所提高，靠近板坯的干油支管内部较以往更容易出现干油硬化而造成的堵塞现象，故对其更换周期重新制定标准，由原来的三年更换提高到两年进行更换。

4 实施效果

扇形段辊子稳定运行前提是保证足够的冷却强度和良好的润滑效果，以上措施自2018年逐步实施后有效果显著，扇形段辊子的平均在线通钢炉数由2017年3500炉提高到2021年的5600炉，显著的提高了扇形段的使用寿命，为连铸的稳定生产打下了基础。