提高連鑄機扇形段輥子在線壽命的實踐與研究

孫 健

(馬鋼股份公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243011)

在連鑄生產中，扇形段是連鑄機的核心設備之一，分為彎曲段、弧形段、矯直段和水平段，主要對鑄坯起著支撐、拉矯和導向的作用。當帶有液芯的鑄坯離開結晶器垂直進入扇形段后，通過扇形段的拉矯和導向，最后將鑄坯進行水平輸送至板坯庫。

扇形段的穩定運行對連鑄生產的順行起著重要作用，發生故障時會導致生產中斷、鑄坯鼓肚、鑄坯嚴重的表面缺陷等各類事故，若扇形段整體在線壽命偏低則會增加更換數量，導致鑄機頻繁停機檢修，降低鑄機作業率。因此減少扇形段故障率，提高扇形段的在線壽命是我們日常工作的重點內容。

1 影響扇形段在線壽命的主要原因

1.1 扇形段的使用狀況

馬鋼第四鋼軋總廠在2007年引進SMS-DEMAG技術，建成了兩臺直弧形板坯連鑄生產線。近年來，隨著對質量和產量的要求不斷提高，也對扇形段的穩定性提出了更高的要求。

鑄坯的質量和產量與扇形段的穩定和高精度運行密切相關。由于連鑄生產的連續性，一旦扇形段出現較為嚴重輥子故障沒有被及時發現，很可能造成批量的質量事故導致重大損失。

1.2 扇形段存在的主要故障形式

通過對之前三年扇形段的故障統計，主要類型如圖1所示。

從故障統計看，扇形段故障主要原因是輥子故障，三年占故障比分別為96.5%、91.2%和93.6%。從故障現象看是在生產過程中輥子存在卡阻與漏水的問題，而且此類故障極其容易批量造成鑄坯表面劃傷質量事故的發生，若驅動輥卡阻后甚至有可能導致發生滯坯事故，對生產順行影響極大。如果能有效解決輥子故障，就可以很好地提升鑄坯表面質量，減少扇形段更換量，穩定生產節奏，提高連鑄的有效作業率。

圖1 統計3年扇形段故障統主要類型

2 輥子的結構及故障形式

2.1 輥子的結構形式

輥子按照一定的順序安裝在扇形段的固定側和活動側上，在鑄坯經過扇形段時起著支撐、矯直和導向的作用，該SMS-DEMAG機型輥子設計為三分節輥結構形式，每根輥節兩端安裝在軸承座上，輥節之間采用水套連接，中間通有冷卻水，水套與輥節連接位置采用密封圈進行密封，輥子一端安裝有旋轉轉接頭。其結構如圖(2)所示。

圖2 原始輥子結構

2.2 輥子的故障現象

分析近年的故障記錄發現，輥子故障的主要表現形式如下：1、輥節卡阻無法轉動；2、輥節連接處大量漏水；3、輥節卡阻同時連接處大量漏水；4、軸承座冷卻水路封板開裂漏水。其中輥節卡阻會導致輥子之間嚴重積渣，造成鑄坯表面產生的劃傷缺陷。

3 輥子故障原因分析及采取的措施

通過在現場拆解大量存在的故障輥子，發現卡阻是由于軸承損壞導致的，而這些損壞的軸承內部絕大多數存在被水沖刷、銹蝕嚴重的現象，而底部干油注入孔內仍然存在部分新鮮干油痕跡，結合這些輥子基本存在漏水的現象，故首先要解決由于輥節之間密封失效導致冷卻水進入軸承致使軸承損壞的問題。

在原設計中，輥節之間完全依靠一種腰鼓型的水套連接，密封圈安裝在水套上與輥節內的襯套連接，中間設計有水管對輥節進行循環冷卻。在生產中，三根輥節理論上同步轉動，密封圈與襯套之間保持相對平衡，可以將冷卻水很好的密封在輥節中。但在實際使用中，該處密封頻繁失效，從損壞情況看，主要由于水套與輥節在安裝和生產中會有一定的相對位移，造成密封圈磨損，而原設計密封為星型密封，發生磨損后補償量較小，很容易造成密封失效。對此，決定將其改為補償量相對較大的唇型密封，延長其使用壽命。唇形密封尺寸相較星型密封尺寸略大，原設計的密封槽無法安裝，同時原水套管壁較薄，在原基礎上進行改造困難很大。基于此，決定對連接密封形式進行重新設計，方案中將密封槽設計在輥節本體的襯套上，將水套設計成直通的管型，其結構如圖(3)所示。這樣可帶來如下優點：1、簡化水套加工工藝，在加工中可以更好的控制與密封圈接觸部位的粗糙度，減少密封圈的磨損；2、適當加大密封件尺寸，增加補償量，延長密封件的使用周期。通過以上改造，增強了輥節之間的連接強度，提高密封件使用壽命，最終增加了輥子在線使用壽命。

圖3 輥節連接結構改進形式

在拆解輥子的過程中，時常發現為輥子供水的旋轉接頭出水孔方形接頭位置存在堵塞現象，導致輥子冷卻不良，密封處溫度過高，拆卸下的密封存在碳化現象。分析其原因，除了各種因素導致雜物進入水中外，還由于設備水中堵塞物顆粒過大無法通過方形管接頭位置，方形管接頭存在易偏孔、流量小的問題造成出水孔間隙小致使部分顆粒物無法通過而淤積最終堵塞，進而導致輥子冷卻效果差、密封失效、軸承損壞的現象頻發。

針對以上問題對拆解接頭進行研究，發現方形管接頭內部間隙只有4 mm-5 mm，容易造成異物淤積且堵塞位置均為出水口。現改為通徑達到15 mm的直通接頭，則可以在不改變旋轉接頭主體結構，充分利用原有備件的前提下解決堵塞問題，其形式如如圖4所示。經過持續1年的工作，改造了所有的接頭，此后再未發生過旋轉接頭堵塞的情況，輥子的冷卻得到了有效保證。

圖4 旋轉接頭的管接頭改進

連鑄在生產中，輥子直接與紅坯接觸，冷卻不足會造成故障頻發，一直以來，為了適應之前的生產模式和產品結構，扇形段噴嘴采用了小流量設計。近年來，隨著產量的逐漸提高，生產模式和產品結構的優化，原噴嘴所提供的冷卻強度明顯不足，故我們針對性的對噴嘴流量進行了優化，增加流量，加強霧化效果，提高對板坯和輥子的冷卻效果，降低由于扇形段內部過熱而造成的故障隱患。

因連鑄生產中工況惡劣，為了更好的給軸承冷卻，防止過熱損壞，軸承座均采用水冷形式，但我們在日常檢查中時常發現軸承座上用于封閉水路的封板開裂的現象，由于同一根輥子所有軸承座的水路為串聯形式，只要有一處開裂，后面的軸承都無法正常冷卻，存在過熱損壞的風險。

通過拆解大量的軸承座封板檢查水路情況，我們發現在高溫下，軸承座水路表面附著有大量的硬化污垢，堵塞冷卻水路。為了避免軸承座在多次循環使用后由于水路結垢導致軸承冷卻不良，我們安排對每個下線后的軸承座都進行檢查清理，發現完全堵塞的打開封板進行人工清理，其余全部用專業清洗液進行除垢處理，有效提升了軸承的冷卻效果。

潤滑不良也是造成軸承損壞的一個因素，由于目前拉速較以往提高明顯，板坯冷卻時間較短，扇形段活動側溫度明顯較以往有所提高，靠近板坯的干油支管內部較以往更容易出現干油硬化而造成的堵塞現象，故對其更換周期重新制定標準，由原來的三年更換提高到兩年進行更換。

4 實施效果

扇形段輥子穩定運行前提是保證足夠的冷卻強度和良好的潤滑效果，以上措施自2018年逐步實施后有效果顯著，扇形段輥子的平均在線通鋼爐數由2017年3500爐提高到2021年的5600爐，顯著的提高了扇形段的使用壽命，為連鑄的穩定生產打下了基礎。