連鑄機結晶器寬邊水箱空心螺桿改造

趙樹國

（天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北056404）

0 引言

天鐵熱軋公司有2臺1 650 mm板坯連鑄機，主要生產規格為230 mm×900～1 650 mm的連鑄板坯。其主要設施包括:大包回轉臺、中包罐車、結晶器、結晶器振動裝置、扇形段、脫引錠裝置、出坯裝置。而連鑄結晶器是連鑄生產的關鍵部件，直接影響到連鑄坯的生產質量和生產運行。在結晶器上有個重要連接件，它就是空心螺桿，它是用來把水箱和銅板連在一起形成密閉冷卻空間，并防止銅板漏水和變形，另外與熱電偶配合，提供結晶器的測量溫度。

生產中發現，1號板坯連鑄機由于結晶器寬邊上的空心螺桿頭部密封槽損壞漏水，導致安裝在空心螺桿內的熱電偶出現溫度顯示不準，多數點被屏蔽，起不到漏鋼預報的作用。本文對1號板坯連鑄機結晶器的結構、性能參數和工作原理進行了闡述，通過分析空心螺桿的安裝結構，探討了空心螺桿漏水的原因，提出空心螺桿結構和與寬邊水箱裝配的改進方案。

1 結晶器結構及工作原理

1.1 結晶器結構

1.1.1 結晶器裝置組成

天鐵熱軋公司板坯連鑄機結晶器組件主要包括：內、外弧冷卻水箱與銅板的裝配件，左右窄面水箱與銅板裝配件，寬度調整裝置，噴淋冷卻系統及潤滑配管，內、外弧足輥，窄面足輥等。而冷卻水箱與銅板的裝配件是結晶器的關鍵部件，主要包括：冷卻水箱、銅板、噴淋架、潤滑管路、螺栓連接件、密封件及溫度測量系統。

1.1.2 結晶器主要參數

結構形式：整體框架、在線冷調寬；鑄坯規格：230 mm×900～1 650 mm；結晶器銅板材質：Cr-Zr-Cu；結晶器銅板厚度45 mm；結晶器上口尺寸：238×1 691 mm；結晶器下口尺寸：237×1 675 mm；冷調寬和錐度調節方式：電動在線調寬（范圍為850～1 750 mm）；寬邊足輥輥徑：Φ120 mm，2對；窄邊足輥輥徑：Φ110 mm，4對。

1.2 結晶器工作原理

1.2.1 結晶器主要功能

結晶器是連鑄機鑄坯凝固成型的核心設備。結晶器的主要功能是：通過冷卻壁強制冷卻連續注入的鋼水，使鋼液在結晶器內凝固成所需斷面形狀和一定厚度的坯殼，這種帶液芯半凝固的鑄坯從結晶器的下口連續被拉出，進入扇形段繼續進行冷卻凝固。因此連鑄結晶器的性能和狀態對連鑄機的生產和鑄坯的質量都有非常重要的影響。

結晶器在連鑄生產中起著至關重要的作用，在鋼水通過結晶器初步形成坯殼并被連續拉出的過程中，結晶器始終受著鋼水的靜壓力、坯殼和銅板間的摩擦力以及高溫鋼水傳熱等因素的影響，在機械應力和熱應力綜合作用下，工作條件極為復雜。結晶器在生產過程中，能否保證鑄坯的冷卻和凝固效果，在機械應力和熱應力的作用下不產生變形，保持高的使用壽命，這與結晶器的結構形勢、材質、和工藝參數的設計是密切相關的。

1.2.2 結晶器內凝固傳熱

結晶器與鋼液之間的傳熱過程包括三部分：鑄坯液心與新凝固的坯殼間的傳熱；新凝固的坯殼與結晶器銅板間的傳熱；結晶器銅板與水箱冷卻水之間的傳熱。

2 結晶器存在的問題及改進措施

2.1 結晶器存在的問題

冷卻水箱與銅板的裝配件是結晶器的重要的導熱部件，其質量和結構直接影響到鑄坯的質量。而在現實生產中，結晶器經常出現安裝在寬邊銅板的熱電偶溫度顯示不準、多數點被屏蔽現象，不能起到漏鋼預報的作用，存在設備和生產安全隱患，嚴重影響生產正常運行。經分析，電偶溫度顯示不準、多數點被屏蔽現象是由空心螺桿漏水所引起的。

2.2 空心螺桿漏水問題分析

2.2.1 空心螺桿結構及安裝

空心螺桿是連接寬邊銅板和水箱的連接件，是銅板和水箱形成密閉冷卻空間、防止銅板漏水和變形的關鍵部件。結晶器每側寬邊水箱安裝7排共21件空心螺桿，其空心腔內可安裝熱電偶，用于測量結晶器銅板的在線溫度分布和溫度值。通過對比分析溫度分布和溫度值，可以判斷當前的坯殼和銅板的狀態，可進一步判斷是否會發生漏鋼，從而提示操作人員采取相應的措施避免事故的發生。因此空心螺桿在結晶器使用中有著非常重要的作用。圖1為空心螺桿的結構和連接方式，圖2為空心螺桿和水箱的裝配圖。

圖2 空心螺桿和水箱的裝配圖

2.2.2 空心螺桿結構問題分析

通過線上跟蹤和線下拆解分析，發現連接寬邊銅板和水箱的空心螺桿密封不嚴是造成螺桿內腔進水的原因。結晶器在使用中經常會發生空心螺桿頭部密封槽損壞現象，造成空心螺桿漏水，水進入螺桿腔內就會造成熱電偶失效或屏蔽，因此，空心螺桿安裝的質量直接影響著安裝于內部的熱電偶的使用狀況。如果在線更換新的空心螺桿，費時、費力還耽誤生產；結晶器銅板下線后檢查發現，空心螺桿只是頭部密封槽損壞，其它完好但只能報廢，由于此件材質為1Cr17Ni2不銹鋼，價格較貴，因此造成不必要的浪費，同時維修成本增加。

2.3 空心螺桿的改進措施

2.3.1 熱電偶及空心螺桿安裝工藝的改進

針對熱電偶上線后發生溫度測量不準和屏蔽現象，經分析主要原因是空心螺桿頭部的密封不嚴，造成板螺套內經常有微量的水，螺套結構如圖3所示。針對空心螺桿頭部的密封不嚴現象有以下幾種解決措施：

圖3 螺套結構圖

（1）銅板加工時嚴格按圖紙設計尺寸加工，保證密封面的平面度；

（2）安裝時保證空心螺桿頭部的密封性完好，打壓試水無滲漏后再安裝熱電偶；

（3）打壓完成后，對空心螺桿內部用壓縮空氣吹掃，保證空內無水滴；

（4）最后安裝熱電偶時涂抹密封膠保證螺紋密封面的密封性，如圖4所示。

圖4

2.3.2 空心螺桿頭部結構的改進

對于目前已經下線的空心螺桿，經檢查只是頭部損壞，經過測量和研究發現，螺紋退刀尾部小徑尺寸和密封槽外圓直徑基本相同，造成密封槽強度減小。在安裝時空心螺桿有預緊力矩要求，當擰緊時此處受力最大最易損壞，這是造成空心螺桿頭部損壞的主要原因。

空心螺桿頭部結構如圖5所示。其結構主要由：主體空心螺桿、熱電偶安裝孔、擰緊螺紋、密封槽組成。圖中密封槽的設計深度為1.28 mm，密封槽外圓直徑為Φ16 mm，M18螺紋小徑為Φ16.5 mm，與密封槽外圓直徑相差0.5 mm。鑒于以上的結構和下線拆檢情況，發現造成頭部損壞的主要原因是螺紋尾部小徑和密封槽的外圓太近，造成密封槽強度降低。鑒于此情況，決定把密封槽的外圓尺寸改為Φ15 mm，把螺紋的長度由原來的設計尺寸22 mm改為20 mm，從而使密封槽的強度加大，消除了空心螺桿頭部損壞的誘因。改進后的螺桿頭部結構如圖6所示。

圖5 空心螺桿頭部結構

圖6 改進后的螺桿頭部結構

另外，目前已經下線的空心螺桿只是頭部損壞，可以通過焊補和按改進后的圖紙重新加工修復，修復后的空心螺桿可重復使用。此處要注意焊接工藝和焊條材質的匹配，并保證焊接強度。

3 結語

天鐵熱軋公司在1號板坯連鑄機結晶器溫度測量不準和屏蔽問題的解決過程中，對問題產生原因的分析是準確的，結晶器空心螺桿的優化改造措施是科學和有效的，是理論和實踐相結合的結果。

生產實踐證明，1號板坯連鑄機結晶器寬邊空心螺桿的優化改造是成功的，解決了空心螺桿存在的密封不嚴和頭部損壞的問題，杜絕了螺桿腔內漏水問題，基本消除了結晶器因溫測量不準引發的生產和安全隱患，提高了結晶器銅板的使用壽命，節約了檢修和維護時間，降低了工人的勞動強度。在提高連鑄機的生產效率和鑄坯質量同時，降低了生產成本，取得了良好的經濟效益和社會效益。