異型坯連鑄扇形段四合一對中臺優化設計

孟廣兵，曹栢聞

(大連華銳重工集團股份有限公司，遼寧 大連 116013)

0 前言

異型坯連鑄生產是近終形連鑄生產工藝。國際上，德國西馬克(SMS)公司、瑞士康卡斯特(CONCAST)公司、意大利達涅利(DANIELI)公司、奧地利(PRIMETALS)公司、日本住友(SHI)公司、日本三菱重工(MDH)分別開發了各自的異型坯連鑄生產工藝。國內，中冶南方連鑄公司、中冶賽迪工程公司、大西洋連鑄公司也分別開發了各自的異型坯連鑄生產工藝。其中，異型坯連鑄扇形段對中臺的對弧原理大同小異，設備的組成和結構，各個公司都有各自不同的特點。

扇形段對中臺布置于連鑄車間的主機設備離線檢修區域，在連鑄扇形段進行檢修和更換設備時，對其進行離線對弧操作。扇形段結構形式的不同使其擁有的受力機制，其對弧精度直接影響著連鑄產品的質量及生產運營成本[1]。扇形段對弧精度差，造成鑄坯變形量增大，鑄坯鼓肚或擠壓變形，導致連鑄機拉坯阻力過大，影響連鑄機的生產效率以及對連鑄機弧度精度和扇形段等設備的機械構造損傷較大，嚴重時會出現滯坯，只能停機作業[2]。提高扇形段精度，對扇形段輥縫和對弧進行嚴格控制，能有效減少鑄坯中心偏析和鑄坯表面質量問題[3]。扇形段各導輥弧度精度由線外測量保證，最主要的工具為扇形段對中臺及線外對弧樣板[4]。

1 扇形段設備組成及主要故障

1.1 設備組成

扇形段對中臺為框架式結構，其作用為對扇形段進行支承、定位、調弧對中[5]。主要結構包括：導向框架、導向輥、支撐框架、支承輥等。支承輥上設有滑動環。在調弧對中作業時，通過調節滑動環的位置，配合相應的線外對弧樣板，對同一規格的扇形段的各種導輥分別進行定位[6]。

異型坯(H型鋼)扇形段根據斷面形狀和尺寸可劃分為：BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段三種規格。當對異型坯(H型鋼)扇形段進行調弧作業時，配合異型坯連鑄線外對弧樣板，依次對不同斷面形狀和尺寸的三種異型坯(H型鋼)扇形段的左側、右側外弧翼板導輥、外弧腹板導輥、左側、右側內弧翼板導輥、內弧腹板導輥和左側、右側翼板側導輥進行對中操作和位置檢測。而對雙流板坯扇形段進行調弧作業時，則需對其外弧導輥、內弧導輥和單邊側導輥進行對中檢測。以對弧樣板為基礎，進行調弧對中作業，微調扇形段上所有位置的導輥，達到對扇形段各種導輥調弧對中的目的[7]，如圖1所示。

扇形段對中臺采用設置不同的基準墊塊，并在支承框架前、后支承輥上設計雙層滑動環的型式。通過調節雙層滑動環以及相應軸向定位銷的鎖緊，配合相應的線外弧形對弧樣板，達到針對不同規格及斷面形狀的活動段扇形段在一臺調弧對中裝置上進行調弧作業的目的[8]。

圖1 異型坯(H型鋼)扇形段及板坯扇形段對弧操作示意圖

1.2 扇形段對中臺主要故障

(1)扇形段對中臺在調弧作業時，扇形段與扇形段支承輥的定位基準是通過裝配保證的，累積公差加劇，大幅降低了扇形段各導輥的對弧精度[5]。

(2)扇形段對中臺支撐框架、支承輥剛度不佳，變形較大，難以保證扇形段各種導輥的對弧精度[9]。

(3)支承輥滑動環沿支撐輥軸移動時，負荷較大。同時由于滑動摩擦，容易造成兩個滑動環磨損，導致對弧基準偏差，影響扇形段的對弧精度[10]。

(4)扇形段對中臺下部空間緊張，在對扇形段外弧導輥進行調弧作業時，操作十分困難[11]。

鑒于扇形段對中臺存在的問題，本文研發一種新型結構，通過安裝不同的基準墊塊以及調節支承框架上前、后支承輥的雙層滑動環并配合相應的軸向定位銷，再通過線外對弧樣板進行調弧對中作業的型式，來解決傳統技術中設備對弧精度差、框架和支承輥的剛度不佳、操作空間緊張等難點問題[12]。

2 關鍵技術

2.1 異型坯-板坯四合一對中臺

本文中扇形段對中臺為異型坯-板坯四合一結構型式，適用于多種規格的異型坯(H型鋼)扇形段&板坯扇形段的復合型式。主要結構包括：導向框架、導向輥、支承框架、前支承輥、后支承輥、坯料扇形段和對弧樣板等[13]，如圖2～圖4所示。

圖2 異型坯(H型鋼)扇形段調弧對中裝置主視圖

圖3 板坯扇形段調弧對中裝置主視圖

圖4 異型坯-板坯四合一扇形段調弧對中裝置俯視圖

2.2 聚四氟乙烯膠輥導向輥

導向輥由導向輥、聚四氟乙烯膠輥、軸承座、調心輥子軸承等組成，如圖5所示。導向輥采用聚四氟乙烯膠輥，而非剛性輥。采用聚四氟乙烯膠輥，既能保證線外弧形對弧樣板沿著外弧基準線的導入，同時也能降低對線外弧形對弧樣板的剛性碰撞，避免對線外弧形對弧樣板的對中精度損傷[14]。對弧樣板作為異型坯(H型鋼)扇形段以及板坯扇形段導輥排列的基準，決定著線外離線對中操作的成敗。一旦對弧樣板的對中精度受到損傷，則不能保證扇形段導輥排列的對中精準性，導致連鑄生產的鑄坯出現尺寸超差的問題。嚴重時，還會發生漏鋼現象以及人身安全事故[15]。

圖5 導向輥裝配示意圖

2.3 雙層滑動環支承輥

本文中的支承輥采用雙層滑動環，并配合相應的軸向定位銷，以及可對其鎖緊的結構形式。雙層滑環可以將滑動摩擦轉化為滾動摩擦，減少對支承輥上相關部件的磨損。支承輥鎖緊裝置可以在不同工序下，使支承輥處于不同狀態，更精準的完成扇形段調弧對中操作。

支承輥包括支承軸、定位套、固定套、滑動環、圓柱滾子、手柄、軸承座、調心輥子軸承、潤滑油杯和鎖緊銷，如圖6所示，支承軸四周開有凹槽，凹槽內布置有成排的圓柱滾子，固定套以及定位套套裝在布置圓柱滾子部分的外部，并做好潤滑及密封處理；滑動環為多個均套裝在固定套外部，且滑動環內孔及固定套外部有相對應的凹槽，且在凹槽內布置相應的圓柱滾子實現相對滾動，設置油脂潤滑和密封機構；定位套為成對設置分別位于固定套兩側，且定位套近固定套側設置有用于滑動環套裝的導向滑槽；導向滑槽外部開有與固定套對應的凹槽，配合滑動環套裝。支承輥、定位套、固定套和滑動環，均設置有徑向能夠對位的圓孔，此處圓孔對位后，用于徑向裝配手柄或鎖緊銷。后支承輥的結構與前支承輥的結構相同，區別在于后支承輥的后滑動環和前支承輥的滑動環外徑不同；支承輥端部均設置有能夠徑向鎖緊對應支承輥的支承輥鎖緊裝置。基準墊塊鎖緊裝置包括：基準墊塊、立板、螺母和鎖緊螺栓。

圖6 支承輥裝配示意圖

2.4 出口側定位立板

支承框架包括：定位立板、調整座、基準座、機架、前支承部、后支承部，如圖7所示，在扇形段調弧對中裝置出口側，設置定位立板，作為剛性定位止擋，可以保證線外弧形對弧樣板的定位精度，避免線外弧形對弧樣板的出位。基準座為扇形段的定位基準，通過在基準座的定位以及在調整座設置不同的調整墊塊來保證對中臺對不同規格及截面形狀的扇形段進行調弧作業的精準度。

圖7 支承框架主視圖

在設計扇形段調弧對中臺時，考慮到生產實際情況以及人機工程學的相關數據，對導向框架以及支承框架的定位高度以及剛度進行優化，有利于進行扇形段調弧對中裝置外弧導輥的對中操作，可以在一定程度上，縮短在離線維修區的作業時間，提高調弧作業以及連鑄生產的工作效率。

3 改進技術的扇形段對中調弧操作方法

改進技術主要采用活動段調弧對中裝置支承輥的雙層滑動環并配合相應的軸向定位銷型式，并配合相應的線外弧形對弧樣板。既可對不同斷面形狀和規格尺寸的異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)的左側、右側外弧翼板導輥、外弧腹板導輥、左側、右側內弧翼板導輥、內弧腹板導輥和左側、右側翼板導輥進行對中操作和位置檢測，也可對雙流板坯扇形段的外弧導輥、內弧導輥和單邊側導輥進行對中操作和位置檢測，保證板坯扇形段的外弧導輥、內弧導輥和側導輥的對中精度[16]。

3.1 定位裝置

設計2個基準墊塊鎖緊裝置(基準墊塊鎖緊裝置、基準墊塊鎖緊裝置Ⅰ)，如圖8所示，布置在對中臺支承框架上，分別作為異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)和板坯扇形段在調弧作業中的定位裝置。利用吊環螺釘與鎖緊螺母將斜墊板(基準墊塊、基準墊塊Ⅰ)鎖緊。

圖8 基準墊塊鎖緊裝置示意圖

3.2 雙層滑環的調整

在對不同斷面形狀和尺寸的異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)或雙流板坯扇形段進行調弧作業時，需要分別將定位套移動到L1、L2、L3、L4的位置，如圖4所示。即利用手柄先分別將定位環移動到適當的位置，并插入鎖緊銷固定。再調整扇形段對中臺支承輥上各滑動環位置，使其位置達到對不同扇形段的不同輥進行調弧作業時的要求，如圖9所示。調整好滑動環位置后，利用鎖緊銷將其鎖緊。

圖9 滑動鎖緊示意圖

(1)當對異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)的外弧導輥和側導輥進行對中檢測時，需要分別將滑動環移動到設計的定位位置，并利用圓柱銷鎖緊，如圖10～圖12所示，固定套上，共有4個滑動環，當對異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)的外弧導輥及側導輥進行對中檢測時，則將4個滑動環全部移動到固定套中間位置。)

(2)當對異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)的內弧導輥及側導輥進行對中檢測時，則需要將2個滑動環移動到固定套中間位置，另外2個滑動環分別滑動到左右定位套上，并利用圓柱銷鎖緊，如圖10～圖12所示。

圖10 BBⅠ扇形段調弧對中示意圖

圖11 BBⅡ扇形段調弧對中示意圖

圖12 BBⅢ扇形段調弧對中示意圖

(3)當對板坯扇形段的內弧導輥及側導輥進行對中檢測時，則需要將4個滑動環分開布置在相應的位置，如圖13所示，最左側及最右側滑動環固定在左、右兩個定位套上，另外2個滑動環分別與最左側和最右側的滑動環相距一個板坯扇形段的寬度的距離。由圖13可以看出，在對板坯扇形段進行對中檢測時，通過調節滑動環的位置，可以實現同時對板坯扇形段進行雙流板坯連鑄生產的調弧作業。

圖13 板坯扇形段調弧對中示意圖

3.3 線外對弧樣板的導入

將線外對弧樣板沿著對弧基準線從導向框架外側插入到扇形段中，直到支承框架上的定位立板。在導入時，確保線外對弧樣板與支承輥上滑動環貼緊到位[17]。其中，導向輥外側采用聚四氟乙烯膠輥，降低對線外弧形對弧樣板的剛性碰撞，避免對線外弧形對弧樣板的對中精度損傷。

3.4 支承輥鎖緊裝置的設計

在調整好滑動環位置，安放好異型坯(H型鋼)扇形段(BBⅠ扇形段、BBⅡ扇形段、BBⅢ扇形段)或雙流板坯扇形段后，插入線外對弧樣板。此時支承輥鎖緊裝置處于徑向釋放狀態，可以使線外對弧樣板更加順暢地插入到扇形段中。然后，將支承輥鎖緊裝置調整到鎖緊狀態，開始調整輥列中出現偏差的導輥位置，使其與線外對弧樣板相接觸，從而保證扇形段輥列的對中性[18]。在插入對弧樣板時使支承輥鎖緊裝置處于徑向釋放狀態的目的是減少該過程中對弧樣板的磨損，保證其精度。進行調弧作業前，調整前、后支承輥上的支承輥鎖緊裝置，使其處于鎖緊狀態。這樣可以更好的將前、后支承輥鎖緊固定，保證調弧對中作業的精準性[19]，支承輥鎖緊裝置如圖14所示，通過在調弧作業中對支承輥不同狀態的調整，提高扇形段性能并對其離線檢修操作進行優化。

圖14 支承輥鎖緊裝置示意圖

4 結論

改進后的扇形段對中臺，能更加精準快速地進行扇形段的調弧對中操作，具有突出優點。

(1)扇形段對中臺為四合一結構型式，僅用一臺設備實現對四種異型坯-板坯扇形段的調弧對中作業。提高了設備利用率，降低了連鑄生產線離線檢修區的設備投資以及廠房的占地面積。設備的通用性增強，減少備品、備件數量。

(2)扇形段對中臺的導向輥采用聚四氟乙烯膠輥，既能保證線外弧形對弧樣板沿著外弧基準線的導入，同時也能降低對線外弧形對弧樣板的剛性碰撞，避免對線外弧形對弧樣板對中精度的損傷。

(3)扇形段對中臺的支承輥采用雙層滑動環，并配合相應的軸向定位銷和鎖緊結構。雙層滑動環可以將滑動摩擦轉化為滾動摩擦，降低對支承輥上相關部件的磨損。支承輥鎖緊裝置針對不同的扇形段，使支承輥處于相應的定位狀態，更精準地完成不同扇形段的調弧對中操作。

(4)在扇形段對中臺的出口側，設置剛性定位立板，保證線外弧形對弧樣板的定位精度。扇形段對中臺設置扇形段定位基準座，在基準座設置不同的調整墊塊，保證扇形段對中臺對不同規格及截面形狀的異型坯-板坯扇形段進行調弧作業的精準度。

(5)采用扇形段對中臺支承輥的雙層滑動環和相應的軸向定位銷型式，并配合相應的線外弧形對弧樣板,既可對不同斷面形狀和規格、尺寸的異型坯扇形段的左側、右側外弧翼板導輥、外弧腹板導輥、左側、右側內弧翼板導輥、內弧腹板導輥和左側、右側翼板導輥進行位置檢測和對弧操作；也可對雙流板坯扇形段的外弧導輥、內弧導輥和單邊側導輥進行位置檢測和對弧操作。