連續矯直及其拉矯機的研究與應用

馬鳳春，張敏科

（中冶東方工程技術有限公司，山東 青島 266555）

連續矯直及其拉矯機的研究與應用

馬鳳春，張敏科

（中冶東方工程技術有限公司，山東 青島 266555）

隨著科學技術和社會經濟的發展，連續鑄鋼也朝著高速的方向發展，在這個過程中，鑄坯存在一定的問題，其在矯直的時候內部沒有完全凝固，這就意味著鑄坯要經受液相矯直，如果采用傳統的矯直方法會對鑄坯造成非常嚴重的危害，其拉應力、變形等都不可能得到有效的控制，從而導致矯直裂紋的產生。要避免這種狀況的出現，讓鑄坯質量能夠得到良好的保障，需要使用更有效的鑄坯矯直手段和方法，連續矯直技術就是其中一種，在鑄坯的矯直中發揮著非常重要的作用。

連續矯直；拉矯機；連鑄

在鑄坯矯直的過程中，拉矯機的使用是非常普遍的也是至關重要的，一段時間以來，連續矯直技術形式的拉矯機實現了有效的推廣和應用，能夠在一定程度上彌補單點矯直技術形式的拉矯機的不足，是拉矯機布置的重要發展方向。對于全凝固的鑄坯來說，單點矯直形式的拉矯機可以在很大程度上滿足其需求，但是，隨著現代化的不斷發展，很多的鋼廠提出了更高的要求，不斷提高拉速，而冶金長度又被廠房的長度所限制，鑄坯帶液芯也就不能實現單點矯直。固相矯直方法的應用已經不能滿足相關的需求，連續矯直形式拉矯機成為更為有利的選擇。

1 連續矯直原理

鑄矯直技術的工業應用始于Cancast公司，基本思想是設計一個連續的矯直區段，使鑄坯在該區段內發生矯直變形時，有恒定的低應變速率。在矯直區的任何一個點上，相鄰的半徑變化很小，應變量幾乎為零。因此，工程設計連續矯直輥列時，只以矯直總應變量作為設計判定依據。

2 連續矯直的優勢

傳統的單點矯直有一定的限制，與高拉速技術的發展不能達成一致，無法滿足其要求，為了改善這一問題必須要進行新的矯直技術的創新和探索。經過一系列的試驗和探究，選擇三次拋物線作為連續連鑄機弧形段和直線段的最為理想的連續矯直曲線。

拉矯機的矯直方式包括了不同類型，其中三種是最為普遍和有效的，分別是單點矯直、多點矯直和連續矯直。近年來，我國的連鑄法實現了快速的發展，在這種局勢之下，單點矯直技術已經不能滿足發展的需求，連續矯直技術在一定程度上彌補了單點矯直技術的不足，發揮了非常重要的作用，它是一種優化的結構，被矯直的變形都不會集中在一個點上，從而完成了連續矯直的過程，在很大程度上改善了鑄坯中心的兩相區變形的情況。

3 高效連鑄的概述

3.1 定義

高效連鑄的生產過程需要做到五高，包括高拉速、高質量、高效率、高作業和高溫鑄坯。

3.2 內容

高效連鑄技術具有一定的系統性和整體性，高效連鑄的實現需要將不同的方面進行相應的配合和統一，包括工藝、設備、管理等各個方面，主要的技術內容包含了八個方面。

（1）鋼水的溫度和成分需要進行相應的保證，做好這兩項工作是非常有必要的。同時，其穩定性的連鑄相關配套技術也需要一定的保證。

（2）連鑄相關技術是非常重要的，需要保證供鋼水的清潔度和流動性。

（3）高冷卻強度的、導熱均勻的長壽結晶器總成是連鑄的關鍵技術。

（4）在連鑄的關鍵技術中，包含了高精度、長壽的結晶器振動裝置，里面包括了振動裝置硬件的優化和結晶器振動形式、工藝參數的軟件優化。

在之前的高效連鑄中，采用的振動形式包括半板簧、全板簧和高頻小振幅正弦波形，這幾種形式的應用獲得了一定的效果。隨著科學技術的不管發展和需求的不斷增多和提高，發明了新型的振動裝置，比如新型串接式全板簧振動裝置，這種裝置具備非常突出的優勢，比如精度高、剛度強、使用的時間長等等，彌補了之前使用的振動裝置存在的不足，對于高效連鑄的發展有著非常重要的意義和作用。這項裝置所采用的傳動類型是液壓傳動或者是機械傳動，這種傳動的方式也有著一定的優勢，液壓傳動的方式可以在一定程度上增加正滑脫的時間，將保護渣用量進一步提高，較小上下振幅的峰值，降低拉坯阻力和負滑脫時間。機械傳動這種類型能在一定程度上降低投入的人力、物力和財力，使用的難度有很大的減小。

（1）隨著技術的發展和要求的增多，拉速也得到了相應的提高，保護渣需要作出相應的調整，與拉速保持一致，保護渣的粘度要做出相應的調整，其用量可以保持在所允許的范圍之內，這樣可以保證鑄坯的高質量。所以，保護渣的使用必須要與連鑄高效化相匹配，其需具備一定的特征，包括低粘度、低熔點和高熔速化等。保護渣技術在連鑄高效化中發揮了非常重要的作用，是其核心技術中的一種。

（2）結晶器液面和拉速之間有著非常緊密的聯系，當拉速升高的時候，結晶器液面的波動就會相應的加大。液面波動大的情況下會造成不利的后果，導致卷渣的產生，進一步造成鑄坯缺陷的產生。在這樣的條件之下，液面穩定性的重要意義越來越突出。當下，我國所探究的自動控制液面技術不斷完善，有了長足的進步，對于高效連鑄來說，這也是一相不容忽視的技術。

（3）二次冷卻的硬件及軟件技術在高效連鑄中的位置也是不能輕視的，對于硬件和軟件都提出了相關的要求和規定，從硬件的角度來說，必須要保證冷卻均勻同時方便調節。當下，我國市場對于相關的鋼的質量有了更高的要求，將連鑄機進行相應的改造，使其更加符合相關的要求，這樣的舉措可以保證從結晶器到二次冷卻形成全方位的鑄坯對稱凝固，從而獲取更加高質量的鑄坯。在科學技術不斷發展的過程中，板坯和方坯連鑄機二次冷卻動態自動控制噴水冷卻實現了相對快速的發展，除此之外，軟件也有了長足的進步，其特性更加的鮮明，實用性和適用性更加突出，能夠在更大程度上保證鑄坯的質量。

（4）鑄坯帶液芯矯直技術具有相應的原理，將其作為重要的參照和依據，選取三次拋物線作為連鑄機弧形段和直線段的連續矯直曲線，在高效連鑄中發揮這越來越重要的作用，獲得了非常良好的效果。

3.3 結構特征

高效連鑄在很大程度上彌補了傳統連鑄中的不足和缺陷，具備了更加鮮明的特點，包括五高，分別是高質量、高效率、高拉速、高作業率和高溫鑄坯。高效連鑄具備相應的要求和規定，正是由于這一點的存在，需要對其結構特征進行具體的描述。

（1）機型的選擇是需要重視的，所選擇的機型要和生產連鑄坯鋼種相適應，同時，冶煉設備和鑄機的裝備水平要和其鋼種相一致。

（2）拉速對于連鑄機有著一定的影響，對其發展方向有一定的促進作用，使其朝著增大弧形半徑和立彎式機型的方向發展。

（3）對于主體設備也有著一定的要求，包括使用壽命增長、故障率降低，同時，還要實現快速更換等。

（4）高效連鑄的自動化水平有了很大程度的提高。

4 連續矯直拉矯機存在的問題以及產生問題的原因

連續矯直曲線布置的拉矯機在一定程度上擺脫了單點矯直機的弱點，在工藝技術性能和設備的傳動性能方面有著比較大的優勢。拉矯機投入使用之后，長期處于一個高溫加熱的環境之中，一般在3個月之后就會出現相應的問題，包括脫方頻繁、蓋帽工藝事故等等，各種問題的出現使得連續矯直拉矯機受到了很大的重視，相關的工作人員對其存在的問題進行了一定的歸納。

（1）軸承的型號選擇存在一定的問題。輕負荷窄系列的軸承被選擇率最高，但是，這種類型的軸承所能夠承載的負荷是比較小的，國產軸承相比于進口軸承有一定的劣勢，使用的時間存在一定的差異。當軸承失效的時候，其具體的表現包括外圈的碎裂、保持架損壞等。拉矯輥在拉矯機的運轉過程中發揮著關鍵性的作用，當相關型號的軸承和拉矯輥之間有所排斥，不能適應其運轉的時候，要進行軸承型號的重選。

（2）軸承干油潤滑油路型式的設計存在一定不合理的地方。拆開失效的軸承進行相應的檢驗，可以看到，其中干油的供應出現了問題，并沒有將干油供應到所有的地方，停在了側板和軸承套的徑向槽之間，對于滾動體的供油沒有實現，如果不加以改善，只是利用人工抹油的方式，會大大降低工作的效率，所以，必須進行相應的改造。

（3）拉矯機的裝配結構設計需要進行相應的改善，其不合理性也是比較高的。上、下傳動輥和兩個側板在結構的裝配和拆卸等都不是很容易實現的。傳動輥的軸承通常會出現失效的狀況，當這種問題出現的時候，需要把整臺拉矯機拆分之后才能進行相應的檢驗和改裝，存在很大的劣勢，對于人工資源和時間資源的耗損都是非常大的，鑒于這種狀況，必須要對軸承座和側板的裝配結構進行重新的設計。

（4）水冷設計存在一定的不足。在設計的過程中，對于水冷方面的問題進行了相應的考慮，不過，傳動輥軸承水冷是最為薄弱的地方，對此處水冷問題的設計有一定不完善的地方。隨著連鑄生產的不斷加速，連續拉矯機需要長時間的處于高溫的狀態之下，在這個過程中會導致很多問題的出現，如果冷卻的程度不夠，會使得軸承的干油存儲少、流失快，導致軸承失效更嚴重，所以，必須要將連續拉矯機水冷設計進行相應的完善和改造。

5 改善連續矯直拉矯機存在問題的對策

連續矯直拉矯機存在多方面的問題，對其進行了相應的研究和探討，對于整個傳動裝置零、部件的各種因素進行了一定的分析和研究，從中找出主要的問題和矛盾，然后對相關的工藝及細節進行一定的改造。需要改造的部分包括了四個方面，分別是：對拉矯輥的軸承型號進行重新選擇；對軸承套進行重新的設計；對軸承和側板的裝配結構進行改裝；軸承的供油方式也要進行相應的完善，提高供油的效率。

（1）軸承型號的重選，需要對軸承型號的質量有嚴格的保證，同時，相應型號的軸承和拉矯輥之間必須能夠密切配合，雖然與進口的軸承型號相比，國產的軸承型號存在一定的劣勢，但是，國產的軸承型號的價格優勢是比較突出的，可以從中選擇質量最好的，可以保其工作的順利進行。之前所選用的軸承型號基本是輕載荷窄系列的進口軸承，其價格昂貴，而且進貨非常困難，所以，需要將其進行更換，內徑相同，載荷系數為中載荷的國產輥子軸是比較理想的選擇，最重要的是保證其質量。這種型號軸承的承載能力也是非常值得信賴的，有其鮮明的優勢。圖1是拉矯機支承輥軸承圖。

圖1 拉矯機支承輥軸承

（2）對裝配結構形式進行重新設計。目前使用的軸承套存在很大的問題，其裝配和拆卸都有很大的難度，所以需要用具備相應優勢的軸承座來替換，軸承的油脂供應方式也要進行相應的更換，對軸端進油方式進行充分的應用，徑向進油的方式有很大的弊端。軸承失效也是一個很大的問題，需要對此進行一定的改善，可以將軸承座和機體兩側板用雙頭螺栓緊固，能夠更方便的解決軸承失效的問題，改善人工資源和時間資源浪費的狀況。

（3）干油分配器的重新設置。之前使用的干油分配器的故障發生率是比較高的，要改善這一問題，需要將干油分配器移動到離線的油泵旁，在分配器出口、生產線上和各個潤滑點進行管道的敷設從而提高分配器的使用效率，盡可能避免軸承失效狀況的出現。圖2是干油分配器圖。

圖2 干油分配器

（4）連續矯直拉矯機的水冷設計也要不斷完善。生產速度越來越快，再這種情況之下，拉矯機需要長期處在高溫烘烤的環境中，容易導致各種問題的出現，所以，必須要將水冷設計進行進一步的完善。對其的改造要注重幾個部分，包括側板的側面、軸承座、整體框架等直接通水冷卻，避免拉矯機的長時間高溫烘烤，也進一步避免了因此造成的各種問題。

（5）改進的效果。

第一，在一定程度上降低了拉矯機發生故障的概率，相應的維修工作也大大減少。對其供油的計劃進行相應的制定和完善、注重減速機的維修和相關配件的質量管理和控制等，達到了預先的目標，取得了很好的成果。

第二，對于人工資源和時間資源浪費的狀況進行了相應的改善，節約了成本。

第三，潤滑效果得到了一定的改善，使用的時間得到了一定的延長，供油狀況有所改善。

第四，鑄坯的質量有了很大程度的提高。

第五，注重機器的使用，在很大程度上解放了勞動力，降低了維修人員的勞動強度。

6 連續矯直拉矯機的應用

隨著科學技術的高速發展，傳統的矯直技術已經不能滿足鑄坯矯直的要求，在這樣的條件之下，連續矯直技術應運而生，得到了廣泛的推廣和應用，將單點矯直技術中的缺陷進行了相應的彌補，甚至是取代了單點矯直技術。所以，必須對連續矯直機進行充分的應用，其設計需要滿足一定的要求。

第一，在切點之前布置一個單支承輥。

第二，拉矯機的布置也要注意相應的問題，需要將其布置在切點之后的一定的范圍之內，矯直力矩在鑄坯的內部是均勻分配的，要對此加以利用，然后形成在設定距離內均勻連續的連續矯直，在一定程度上，滿足帶液矯直的相關要求。

第三，矯直力矩在整個的矯直區長度上實現了均勻的分布，形成了鑄坯在區間各個長度上均勻的連續變形。這其中的實際應變值全部都趨向于零，雖然連鑄機的半徑是比較小的，但是，在這樣的條件之下，鑄坯帶液芯對拉矯機進行相應的應用也可以實現無缺陷矯直的要求，連續矯直這種矯直方法可以實現較大斷面合格連鑄坯的澆鑄。

連續矯直拉矯機的布置需要在水平段上進行，拉坯輥的下輥表面與連鑄機的弧形段相切，利用上輥來實現對于上下輥之間距離的調節，從而滿足不同斷面澆鑄的要求。對這種布置方法予以采納，可以將上、下輥做成相同的，使得拉矯機的輥子可以實現通用。在這個過程中，傳動裝置是必不可少的，需要將其放在拉矯機的上方，對立式電機加以應用，使其流間距縮小。同時，拉矯機的應用也要采取一定的方式方法，選用最為有效的方法，對此加以利用有非常大的優勢和好處，可以在一定程度上將檢修的時間縮短，使其作業的效率得到相應的提高。

酒鋼小方坯連鑄機高效化的改造所應用的矯直方法由單點矯直技術改為連續矯直，將拉速做出相應的提升。當把單點矯直改為連續矯直的時候，在現有的空間里是布置不開的，那么就需要將現有的拉矯機也進行相應的減小。由于拉矯機的移動很可能各臺拉矯機之間產生很多的問題，所以，需要設計不同的方案，從中選取最優的一種。要實現后續設備的移動同時又不與拉矯機發生碰撞，將切前輥道去掉一個就是最好的辦法。

7 結語

經過了一系列的探討和研究，連鑄高效化的改造和技術的創新和完善實現了巨大的突破，小方坯高效連鑄改造的系統技術也漸漸形成，這類技術包括了多方面的內容，比如半板簧振動、連續矯直、拉矯機優化等。對其進行了相應的改造之后，達到了五高的標準和水平。

[1]周世祥,傅杰,王平.EAF-LF-VD-WF-CC工藝生產低氮鋼技術[J].特殊鋼，1998,1.

[2]吳菊環.熱軋板邊裂原因分析及改進措施[J].四川冶金，2002,3.

[3]馬范軍,文光華,李剛,趙克文,宋國菊,王軍,趙啟成.攀鋼板坯連鑄結晶器內流場的水力學模擬研究[J].鋼鐵釩鈦，1999,1.

[4]賀景春,陳建軍,梁志剛.連鑄坯裂紋主要影響因素及對策研究[J].包鋼科技，2004,5.

[5]馬光宇,李紅,劉益民.高性能連鑄機結晶器銅板的研制[J].鞍山鋼鐵學院學報，2001,1.

[6]郭進毅,成永久,毛新剛;連鑄工藝對20鋼連鑄管坯軋制無縫管產生內折疊的影響[J].包鋼科技，1998,4.

[7]趙志毅,康永林,劉德民,張海巖,趙克文,陳勇,趙代瓊,趙先覺;連鑄板坯凝固末端在線監測系統[J].北京科技大學學報，2003,5.

[8]鄭忠，胡燕.連鑄坯凝固傳熱過程的數學模型分析[J].重慶大學學報(自然科學版)，2006,10.

[9]劉蘇,章洪濤,王瑞珍,龐干云.薄板坯連鑄連軋工藝對鈮微合金化高強度鋼組織和性能的影響[J].鋼鐵，2003,10.

TF341.6

A

1671-0711（2017）03（上）-0167-04