板坯連鑄結晶器滲漏水下線原因分析及改進措施

蘇文淦，胡占偉

(日照鋼鐵有限公司第二煉鋼廠，山東 日照 276806)

0 前言

2009年1～7月，煉鋼廠5臺板坯連鑄機結晶器異常原因下線數量較多，在一定程度上影響了鑄機的正常生產計劃和作業率的進一步提高。對此，組織專業人員進行了統計匯總、研究分析并最終解決問題。

1 結晶器異常下線情況統計

由表1可知，結晶器窄、寬面銅板處滲漏水因素占異常下線總數的71%，是板坯連鑄結晶器故障離線的主要原因。煉鋼廠把重點放在此因素上，通過一段時間的努力，減少了結晶器異常下線次數，使結晶器故障下線次數半年內每月控制在0～1次。

表1 2009年1～7月份異常原因下線情況明細Table 1 Statistics of abnormal off-line from January to July in 2009

2 因滲漏水使結晶器下線的原因分析

2.1 維修人員培訓不到位

維檢人員普遍年輕，未接受過扎實的專業技術學習和技能培訓，對結晶器結構及原理不了解或熟悉程度不夠，培訓制度在執行過程中存在一定的形式化;維檢隊伍在連鑄結晶器上無充足的培訓資料，且結晶器斷面改變頻繁，導致無充足時間組織培訓，加之維檢人員素質跟不上，使結晶器裝配質量變差;都是滲漏水發生的原因之一。

2.2 備件材料不能滿足現場裝配要求

2.2.1 密封圈與密封槽接觸不好

根據有關資料，靜密封應用中“O”形圈預壓縮量約為截面直徑的15%～30%。對于孔用密封，“O”形圈最好處于拉伸狀態，最大允許拉伸量為6%。但在無設計圖紙的情況下，現場裝配檢修工對支撐板與背板相聯接的密封槽進行測繪，扇形段下聯接水套用Φ60 mm×8 mm氟橡膠“O”形密封圈。現場裝配過程中，因內徑小過量拉伸，使密封圈受較大拉力而被壓偏咬傷。

2.2.2 聯接件材質、結構設計不能滿足現場使用要求

(1)聯接膨脹螺栓易斷折。原連鑄機設計結晶器背板與銅板聯接膨脹螺栓材質采用0Cr18Ni9，且未經任何熱處理，現場使用一段時間后，絕大部分下線的M16螺栓從與銅板聯接螺栓絲扣過渡根部處折斷，統計發現大多雙頭螺栓過鋼量6萬t以后就會折斷，如圖1所示。

圖1 原設計螺栓示意圖Fig.1 Diagram of original screw

由圖1可知，該螺栓螺紋為切削加工螺紋，非滾壓螺紋，易折斷的螺紋收尾處應力較大。據《機械設計手冊》，經過淬、回火的力學性能的σb=520 MPa，可見，螺栓選材及加工工藝均存在一定問題。

(2)密封用紫銅墊未經熱處理。到貨密封墊未經退火處理，材質硬度高(＞HB45)，導致螺栓達到緊固力矩時仍有滲漏水發生。

2.2.3 密封條安裝存在問題。結晶器窄面銅板裝配接頭部位的背板與銅板冷卻水側使用Φ8 mm×2 120 mm密封條(材質氟橡膠，硬度70邵爾)，密封條進行四周封閉密封，維修工人裝配時未統一設置密封條接頭對接位置，且接頭處未連接好，導致密封條接頭處滲漏水，被迫停澆。另外，密封條在使用中選取不當，未使用規定的Φ8 mm密封條，而選擇直徑大于或小于8 mm的密封條，另外密封條長度裁取不當導致密封條被剪掉切傷引起漏水，使結晶器被迫下線，如圖2所示。

圖2 裝配被切傷的密封條Fig.2 sealing ring injured by incorrect installation

2.3 檢修作業標準、操作規程不規范或不符合現場實際

維檢隊伍參照其他煉鋼廠的連鑄檢修作業標準照搬到本鋼廠，因設備參數不同導致作業標準與現場實際不符，因無固定的檢修作業次序導致檢修標準無法統一，僅憑個人經驗對銅板進行組裝，難免出現滲漏水事件。

檢修完畢后，由于引錠對中不到位或切下輥道、切前輥道未保證平行度要求，導致引錠送入時偏離結晶器底部入口較多，在柔性引錠鏈到達彎曲段后，點動向結晶器內部送引錠時，現場操作不規范，導致引錠頭部頂撞窄面足輥甚至結晶器銅板底部，也會導致窄面銅板結合面處漏水。

2.4 驗收制度不健全

2009年1～6月在結晶器銅板組裝、試水驗收時，因負責日常結晶器銅板維修的班組長不在現場或工作變動，臨時負責人員未嚴格按照1.3 MPa試水壓力、保壓15～30 min進行驗收，裝配試水完畢后未將修好件與待修件區分開或未做好三方(外委維檢承包單位、煉鋼廠工藝車間及維修車間)負責人確認簽字，導致值班人員在無結晶器相關維修人員確認的情況下將待修件吊上線，影響了連鑄機正常開機。

另外，結晶器在離線檢修試水、驗收完畢后，因連鑄機連續生產或工藝或設備檢修原因，結晶器長期在線下放置，未在結晶器上線前再次試壓直接上線，上線一經試水發生滲漏水情況，這也是銅板結合面處發生滲漏水的原因之一。

2.5 對維修承包方考核制度落實不到位

對于因結晶器銅板結合面處滲漏水情況發生后，煉鋼廠對維檢單位按照合同協議考核辦法執行考核，但維檢單位對結晶器檢修班組負責人及具體確認人有時未進行警告、考核與教育，在一定程度上滋生了僥幸心理。

3 減少結晶器滲漏水的措施

3.1 加強人員培訓，建立制度、規程和標準

3.1.1 搜集、修訂建立適合現場的結晶器維護資料，健全制度

由煉鋼廠聯系維檢單位匯總連鑄機設計單位結晶器圖紙及技術文件中的維護資料，結合現場實際，編制維檢單位承包區域結晶器維檢流程，落實結晶器銅板安裝關鍵點注意事項，包括寬面、窄面銅板緊固力矩、螺栓緊固順序(按先中央后兩側，分3次緊固的次序進行)等。

建立、完善結晶器管理及檢修驗收制度，對現有制度進行完善修訂。煉鋼廠機動科聯系板坯一、二車間，技術科，板坯維修車間、外協單位聯合制定《板坯連鑄機結晶器管理規定》，對銅板管理存在的問題、解決措施及結晶器離、在線檢修及正常工作范圍及異常情況判斷處理等方面做了相關規定。

除對維檢單位的工作進行抽查外，加強對崗位操作人員注意事項的明確，做好在線送引錠的確認，尤其是引錠頭距結晶器上口的距離。

3.1.2 做好適用于現場的制度、規程和維修標準的落實

(1)組織人員培訓。煉鋼廠要求外委維檢單位按照四個階段嚴格進行組織安排，具體情況如下:

第一階段，要求維檢單位做好結晶器維修的培訓計劃、方案，報煉鋼廠機動科、板坯維修車間審核，審核修訂后返回;

第二階段，維檢單位自行組織發放培訓學習資料，按照培訓計劃，維檢單位安排相關人員進行日常培訓學習;

第三階段，全體結晶器維修人員培訓完成，外協單位自行考試，不合格者組織復考;

第四階段，機動科、板坯維修車間進行書面考試，對于不合格者按照合同協議相應條款考核維檢單位，并督促維檢單位繼續培訓，直至合格。

(2)做好現場實際檢修過程及結果的驗收、檢查。在書面培訓考試過程中，督促維檢單位制定檢修確認單，首先要求維檢單位自行驗收，然后板坯維修車間、工藝車間技術員驗收。要求維檢單位檢修作業長(或結晶器維修班長)、煉鋼廠工藝車間、板坯維修車間三方專人負責驗收，在專門檢修確認單上進行驗收簽字。煉鋼廠機動科穿插檢查結晶器檢修情況，對現場結晶器檢修人員進行抽查——如緊固力矩、緊固次序、碟簧安裝、試水壓力、保壓時間等注意事項，工器具的完好度、數量及三方驗收情況。

另外，做好在線更換結晶器的監督與考核，必須保證在線結晶器試水完畢后方可進行調錐作業，避免調完錐度后因滲漏水而被迫調換結晶器，從而延長檢修時間或造成生產被動。

3.1.3 加強重要工器具的管理

結晶器銅板裝配時須用到扭矩扳手、吊帶及液壓站、高壓試水泵等重要工器具，若工器具、設備缺失或損壞將影響到裝配、試水打壓的正常開展。按照維檢協議要求，鋼廠機動科、維修車間不定期對檢修單位的工器具進行檢查，使現場工器具缺失時能及時補充、返修，不致影響結晶器銅板的裝配維修。

3.1.4 及時更換下線易損件

結晶器銅板裝配過程中，煉鋼廠要求維檢單位定期更換膨脹螺栓、內外螺套、紫銅墊、密封條、密封圈及碟簧等易損件，如圖3所示。另外，膨脹螺栓隨著銅板過鋼量增加，銅板熱應力增大，大多螺栓被剪斷，當過鋼量大于6萬t后必須拆下打壓一次，手錘錘擊檢測滲漏水處的螺栓以消除螺栓熱應力，如損壞應及時更換。

3.2 改造處理現場密封、膨脹螺栓(雙頭螺栓)、紫銅墊，消除備件內應力

3.2.1 對現場支撐板密封槽比對圖紙進行測繪，指定合適密封圈、密封條，并正確安裝

根據結晶器相關圖紙，原窄面銅板配連接支撐板上進回水凹形密封槽配套密封為Φ69.22 mm×5.33 mm，氟橡膠，硬度為70邵爾。該密封槽外徑×內徑×深度為Φ80H11 mm×Φ65.8 mm×4.3 mm，如圖4所示。

根據CAT-0-REV0501《O形圈手冊》，“當壓力來自內側，則“O”形圈的外徑應該與溝槽的外徑接觸”，“O”形圈外徑應比溝槽外徑d3大1%～2%［2］，如圖5所示。結合現場結晶器實際情況，因硅橡膠較氟橡膠質地軟，且能滿足結晶器密封連接及溫度(氟橡膠 －20℃ ～200℃，硅橡膠－60℃ ～260℃)要求，所以煉鋼廠最終選用Φ66 mm×7 mm的硅橡膠“O”形圈，并在每次安裝密封圈時，在密封凹槽內均勻涂上潤滑脂，以便密封使用良好。另外，在安裝密封圈前注意檢查支撐板凹槽的倒角、圓角及溝槽清潔，避免擠壓或損傷“O”形圈。

圖5 “O”形圈內部受力后與溝槽接觸情況Fig.5 Status that O-type ring is in contact with proove as it is pressed

對于背板與銅板冷卻水側使用Φ8 mm×2 120 mm密封條，確定密封條截面直徑禁止變動，連接頭切成一定斜度連接，并將接頭設置在窄面銅板底部中央位置，要求用該密封條接成的密封圈不得在接處過度拉伸。既使發生滲漏水，因此時鋼水外殼已凝固，不會發生危險事故。

3.2.2 改變螺栓加工方法及母材材質

2009年7月將原設計螺栓聯接螺紋由原切削加工螺紋改為滾壓加工，如圖6所示。螺栓材質由0Cr18Ni9改為1Cr17Ni2，螺栓力學性能見表2。

圖6 連接膨脹螺栓改進圖Fig.6 Modification of coupling bolt

表2 螺栓力學性能比對Table 2 Mechanical property contract of coupling bolts MPa

3.2.3 對紫銅密封墊進行退火處理

2009年7月開始，針對變形量小、未經退火處理，硬度達到HV80(HB76.0)上線的Φ12.5 mm×Φ18 mm×3 mm紫銅墊，用氣割火烘烤、空冷后上線使用，并及時聯系供貨廠家對銅墊進行退火處理，使其到貨銅墊硬度不大于HB45，紫銅墊密封性能良好。

4 應用效果

通過近6個月現場管理人員和檢修人員的共同努力，2009年7～12月結晶器因滲漏水原因故障離線次數由2009年1～7月份前的月均5次下降到年底的1次以下，有效地減少了結晶器故障離線次數，降低了維修工的工作量和維修成本，提高了結晶器的周轉備用率，在一定程度上避免了事故、故障幾率，使連鑄設備的維修水平上了一個新臺階。

5 結論

(1)繼續督促維檢單位做好人員定期全員培訓，定期進行理論與實踐考試，現場抽查人員應監督、規范檢修流程，對于參考者考試成績差的予以教育，情況嚴重的按照煉鋼廠與維檢單位簽訂合同實施考核。

(2)煉鋼廠機動科、維修車間專業點檢員繼續深入現場，會同維檢單位管理、點檢負責人員做好結晶器檢修工作的跟蹤，使結晶器維修作業程序和標準更加規范、更加合理。增加結晶器線下試水裝置，進行離線試水。煉鋼廠工藝、維修車間定期檢查結晶器驗收臺帳、驗收卡片簽名情況，跟蹤好結晶器相關臺帳記錄，并督促落實好管理、考核。結晶器離線檢修完畢并經確認后，只要線下放置超過7天，必須安排人員進行再次離線試水，有關各方進行確認。

(3)改變聯接膨脹螺栓進行母材及加工工藝;對寬面銅板裝配處的膨脹螺栓斷折部位做好跟蹤統計分析;利用下線簡易試水裝置進行試水打壓;過鋼量大于6萬t的銅板聯接膨脹螺栓要進行敲擊，必要時更換;對聯接附件進行及時更換(如碟簧、橡膠密封圈、紫銅墊等)。

(4)把好到貨備件驗收關并及時定期更換易損件，對于到貨窄面銅板裝配用的紫銅墊提供硬度不大于HB45報告;“O”形圈或密封條滿足規定尺寸要求，改用內Φ66 mm×7 mm硅橡膠“O”形圈，對寬面銅板裝配處的膨脹螺栓到貨進行化驗，保證滿足生產要求。

［1］ 機械設計手冊編委會．機械設計手冊(3版)第1卷［M］．北京:機械工業出版社，2001:P3－94．

［2］ “O”形密封圈的選用［EB/OL］．［2011－12－16］http://www.doc88.com/p－98341232922.html．

［3］ 王國靖，張玉鏡，王永洪．延長結晶器、彎曲段輥子在線使用周期的探索［J］．重型機械，2011(3):1－4．

［4］ 王愛國．方圓坯兼容連鑄機工藝參數及主要設備結構優化［J］．重型機械，2011(1):50－52．