邯寶煉鋼廠板坯連鑄機結晶器振動導向研究

安領軍

(河北鋼鐵集團邯鋼邯寶煉鋼廠，河北 邯鄲 056015)

0 前言

邯鋼引進國外某廠商直弧型板坯連鑄機，彎曲半徑9.5 m，板坯規格230 mm×(900～2150)mm，結晶器振動裝置采用獨特的輥子單元導向形式，與傳統四連桿板簧式振動機構相比具有振動精度高、結構簡單等優點，但是經過近三年的運轉，其振動穩定性并不高，故障率也較高，且多次發生振動縱向偏擺超過±0.2 mm的情況，伺服閥故障率也較高。邯鋼經過多次維修實踐以及檢測，找出了振動縱向偏擺的主要原因以及日常維護改進的要點。

1 設備原理

結晶器振動裝置結構如圖1所示。

結晶器安裝在振動活動水箱上面，由螺栓固定，并隨振動液壓缸沿垂直方向以±3 mm的振幅上下振動。不同于傳統四連桿機構，振動水箱上下振動縱向由輥子單元導向，橫向由定位塊導向。對于整臺鑄機而言，縱向一般是指鑄坯行進的方向即拉坯方向，而橫向是指沿大板坯鑄坯斷面的長度方向。橫向導向定位塊兩側各有一個SKF定位軸承，不易發生故障。縱向導向則是依靠輥子單元做導向，輥子單元工作原理圖如圖2所示。

圖1 結晶器振動裝置結構Fig.1 Structure and principle of mould oscillating device

圖2 結晶器振動輥子單元工作原理圖Fig.2 Working principle diagram of mould oscillating roller unit

(1)輥子單元活動導向面，由螺栓固定在結晶器振動臺活動水箱上，工作時處于上下振動狀態;

(2)輥子單元本體，兩側外緣為圓弧面，工作過程中可在導向面1和導向面3之間滾動;

(3)輥子單元固定導向面由螺栓固定在結晶器振動固定側框架，工作過程中處于固定狀態。

從圖2可以看出，結晶器振動裝置活動水箱在上下振動過程中，輥子單元起縱向導向作用，即外緣是圓弧形的輥子本體2在兩個導向面1、3之間滾動，輥子本體與兩個導向面形成滾動摩擦副。只要輥子本體外緣不磨損、固定和活動導向面不磨損，該輥子單元就可以起到精密的導向作用，保證結晶器振動在垂直方向的偏擺量以≤±0.05 mm的精度上下振動。

2 存在問題

在設備安裝初期，曾用一元硬幣立在結晶器振動臺面上做實驗，硬幣始終立正不倒。但是隨著產量的進一步提高以及生產節奏的快速進行，在達產達效一年之后的澆注過程中，中包出現結晶器偏擺現象，以縱向偏擺尤為強烈。目前國家規定的標準是縱向偏擺量≤±0.2 mm，橫向偏擺量≤±0.15 mm［1］。而用百分表測量活動側水箱框架表面，其縱向偏擺量已經≥±0.2 mm。

利用結晶器振動檢測儀測量，其數值已經遠遠超過標準值，用電腦模擬振動偏擺軌跡，軌跡曲線也存在嚴重偏離，表1為連鑄2流結晶器振動測量記錄。

表1 連鑄2流結晶器振動測量記錄Table 1 Measured record of CCM two-flow mould oscillation

振動橫向、縱向偏擺運動軌跡(圖3)

以上測量結果是冷態下的測量數據，在連鑄澆注過程中，結晶器受鑄坯的導向作用以及結晶器內鋼水載荷的影響，測量結果會比以上數值小。但此冷態下的測量結果已經足以說明，結晶器振動精度已經偏離正常值，時刻有漏鋼的幾率。隨后連續測量其它3個流的振動，都有不同程度的偏擺。

3 原因分析

偏擺的原因歸根結底還是輥子單元導向的磨損。此輥子單元并非外方資料描述的那種“免維護”“長壽命”部件。從2010年起陸續開始更換輥子單元導向，更換下的輥子單元本體和導向面如圖3、圖4所示。從圖中可以看出，輥子單元本體原本圓弧形的外緣摩擦面已被磨損，對應導向面同樣存在磨損，且均有點蝕情況。摩擦副之間并不缺潤滑脂。用硬度儀打硬度，輥子本體磨損面為236 HB，輥子導向平面為225 HB，而其余部位則為324 HB，圖紙要求為300 HB。

事實上，對于該類型的結晶器振動裝置，定修更換輥子單元已經成為常態。眾說周知，結晶器振動裝置是一臺連鑄機的心臟，并非屬于頻繁定修換件的設備，其振動精度直接影響鑄機的生產能力和質量檔次。連鑄生產一旦開始，就必須有結晶器振動，有振動就有輥子單元體在兩個導向面的摩擦。因此，提高輥子單元體和導向面的壽命就是提高振動裝置壽命。但摩擦是無法避免的，只有提高各摩擦面的硬度、改善潤滑狀況才能有效提高輥子單元使用壽命。

4 改進措施及效果

此輥子單元可以看做一個簡單的滾動軸承，其工作狀態是重載低速以及高溫高濕環境，輥子單元體選用材料:C=0.19～0.21;Si=0.2～0.3;Mn=0.4～0.5;Cr=1.4～1.5;Ni=0.3～0.35。此材料比原進口輥子本體選用的CrMo合金類材料耐磨性更好;

經過調質處理及表面淬火，保證輥子本體表面硬度在HRC40～42左右，活動側和固定側導向面硬度在HRC40～42，表面淬火深度在2 mm左右。

原油路設計油脂是從輥子單元體兩端進入，不易到達輥子本體摩擦面，重新改進潤滑油路，新輥子單元油路設計使油脂能順利充分到達輥子摩擦面，同時增設排油孔確保廢舊油脂能及時排出，避免了原進口輥子單元廢舊油脂無法順利排出，一直存留在輥子單元的防塵皮囊中。

安裝螺栓采用不銹鋼內六角螺栓，更加適應于高溫高濕環境。如果存在輥子本體或導向面輕微磨損，可以松動不銹鋼螺栓，通過調整楔形鐵或加墊片的方法補償磨損(圖5)。

圖6 新輥子單元在線調整補償磨損Fig.6 On-line adjustment of wear-down compensation for new roller

新設計的耐磨長壽命輥子單元，已經在線使用，其使用壽命已經超過進口的12個月，目前已經達到18個月。其精度經過結晶器振動在線監測儀測量(見圖7)，不超過±0.05 mm，達到了預期目的。

［1］ 蔡開科．連鑄結晶器［M］．北京:冶金工業出版社，2008．