宽厚板连铸机设备研究与优化

摘 要：针对宽厚板连铸机的扇形段、出坯系统、铸坯去毛刺机及铸坯标识设备存在的问题，通过分析、研究和优化，解决了制约连铸机正常生产的诸多因素。

关键词：母材；工艺布置；去毛刺；控制优化

【分类号】：TU992.3

1.存在问题

莱钢银山型钢炼钢厂4#板坯连铸机采用奥钢联技术，在实际生产应用中，弯曲段、扇形段、出坯系统布置、铸坯去毛刺及铸坯标识等设备存在诸多缺陷，不能满足生产要求，主要表现在以下几个方面：

1.1 弯曲段辊子存在压痕。弯曲段辊子在线累计使用5～7天后与铸坯接触角部就出现3～5mm的压痕，造成弯曲段在线使用寿命短，维修费用高。

1.2 扇形段在线使用一段时间后辊缝变化，制约产品质量的提升，被迫更换扇形段。扇形段维修过程中，辊缝值是按照标准值±0.3mm进行控制，但上线使用一段时间后，辊缝值经常发生变化超出标准值，造成铸坯经常出现角部和中心线裂纹等质量问题，对铸坯质量造成严重影响。

1.3 出坯系统工艺设计不合理，二切距离去毛刺机、打号机距离近，8m左右距离，生产大于8m三倍定尺时，三只子坯不能一次移出二切区域进入去毛刺机、打号区域，使出坯系统整个运行过程时间长，造成出坯能力远小于生产能力，只能满足1m/min时以下的拉速要求。当拉速超过1m/min时，造成母坯在一切位置等待时间长时，发生顶坯现象，甚至出现事故停浇，远小于1.9m/min的设计拉速。严重制约了连铸机生产拉速的提高，成为制约炼钢生产组织、控制产能提升的瓶颈。

1.4 铸坯去毛刺效果差，多数毛刺去不掉，影响下道工序轧制质量，造成部分轧制成材的钢板出现报废。

1.5铸坯打号标识系统打字周期长，故障多、坯号生成连锁多，容易出现错误，设备出现故障时造成整个出坯系统无法自动，影响MES系统传输。而MES系统要求每一只子坯都有唯一固定的板坯号，否则，MES计划合同要求生产的子坯将无法进行跟踪，出现质量问题无法追溯，仓库管理板坯将无法安排，板坯质量无法查询等问题。

1.6铸坯定尺要求误差±30mm，但是由于在线切割坯子成分和温度不同，收缩率差别比较大，因而定尺合格率低于50%，造成长短尺，影响下道工序轧制和成材率。

2.原因分析

2.1针对弯曲段辊子存在压痕现象，通过对出现压痕辊子的表面硬度进行检查，结果都符合使用技术要求，均在HRC42左右，同时堆焊层也没有脱落现象，因此排除辊子堆焊质量原因。

另外，由于4#机扇形段辊子母材原材质为Q345，而其它类型连铸机扇形段辊子母材均选用42CrMo。表1是42CrMo 和Q345两种材料的力学性能比较。

通过以上比较可以看出，4#机弯曲段辊子母材选用材质不合理，屈服强度低，不能满足铸坯挤压力，是造成压痕的直接原因。

2.2针对扇形段辊缝经常发生变化问题，通过对4#机扇形段上线后辊缝动态监测，以及下线后辊子装配游隙的检测发现，造成辊缝整体变化的主要原因是离线维修调整扇形段辊缝是在无负荷情况下测量调整，与线上实际工作状态差别较大，轴承径向游隙、轴承外圈与轴承座间隙未得到有效消除，造成扇形段上线后标准值与实际值存在0.2～0.3mm偏差。

2.3奥钢联原设计4#机拉速可以达到1.9m/min，根据现在工艺布置，一切切割完毕的母坯进入二切，在二切切割完三只子坯进入去毛刺机、打号机区域进行铸坯去毛刺、打号。原设计二切位置与去毛刺机之间有8m左右距离，生产过程中只能满足7.5m定尺时三支子坯全部一次移出二切区域。而生产12.3m定尺时，由于定尺长度超过二切位置与去毛刺机之间距离，三只子坯不能一次全部移出二切区域进入去毛刺、打号区域，需要单独分支运行，造成运行过程时间长。另外，如果二切区域有子坯，下一只母坯将不能进入二切区域，造成下一只母坯在一切位置等待。根据现场实际测量和计算，现在的工艺布置，只能满足1m/min的拉速。

2.4通过对连铸机去毛刺机设计运行参数研究与跟踪，去毛刺机毛刺辊存在转速过低，每分钟30Hz，造成打击力量小，毛刺打不下来；两侧升降液压缸升降不同步，毛刺辊抬起后有的位置不能与铸坯接触打不着铸坯毛刺；动作控制程序不合理，打击铸坯时间短，有时会造成铸坯还没有完全运行到位，毛刺辊已落下回位不能打击铸坯毛刺。

2.5现在使用的铸坯标识系统为打号形式，使用过程中由于机械设备动作频繁故障多，出现故障后铸坯不能打号，并且由于坯号生成连锁多，容易出现错误，造成整个出坯系统无法自动运行，影响MES系统传输，铸坯质量不能进行跟踪。

3.改造方案

3.1针对弯曲段辊子出现压痕的问题，通过对弯曲段辊子母材机械性能进行研究分析，原设计使用的辊子母材硬度低，不能克服铸坯挤压力。需要提高辊子母材抵抗变形能力，材质由Q345改用42CrMo，同时表面进行深堆焊，堆焊层由原设计3mm增加到6mm，使辊子抵抗变形能力大于铸坯挤压力，解决了辊子压痕问题。

3.2离线维修扇形段调整辊缝时，辊子都是在自由状态下进行调整，轴承自身游隙和轴承与轴承座装配间隙不能消除，造成扇形段上线使用一段时间后，辊缝出现偏差。通过对在线扇形段辊子实际工作状态时受力计算分析，平均受力为42KN。根据线上扇形段辊子受力情况，在离线维修调整辊缝时，利用三个14 KN的液压千斤顶，顶起内、外弧辊子，消除辊子装配游隙，按照消除游隙后的标准辊缝值进行调整，使扇形段与线上工作状态一致，从而控制扇形段上线后辊缝变化快的问题。

3.3通过对制约出坯时间长，限制拉速提升的设备工艺布置问题进行研究分析，延长去毛刺机、打号机与二切之间的安装距离，对去毛刺机、打号机进行移位，辊道辊子布局不用变动。由奥钢联设计的二切与去毛刺机、打号机之间8m左右距离改为13.5m，生产最长12.5m定尺时在二切切完的三只子坯能够一次全部移出二切区域进入去毛刺、打号机区域，不影响下一只切割完的母坯及时进入二切区域，减少了铸坯在一切等待时间，杜绝了在一切切割完等待的母坯与生产中运行的铸坯产生顶坯操作事故，

3.4针对出坯系统设备衔接不好问题，对出坯系统设备衔接工艺布置方式进行优化改进，在一切与二切之间增加一台铸坯喷号机。改进后设备工艺布置：一切切割母坯一切割母坯运行中在二切前完成三只子坯喷号（喷号时间周期短，并且在运行中进行，可以节约出坯时间，对拉速、产能提升意义重大，并且能够对对全长母坯喷号）二切切割子坯子坯分别去毛刺子坯下线。

3.5针对去毛刺机使用效果差的问题，通过对去毛刺机控制系统进行改造、优化，从而达到使用要求。

3.5.1对变频器进行改造，有工频改为变频，提高去毛刺辊转速，由30HZ改为48HZ，进一步加大打击力量。

3.5.2对去毛刺辊增加液压缸同步控制系统，保证毛刺辊两侧升降液压缸能够升降同步。

3.5.3 通过修改去毛刺辊动作控制程序，由监测到铸坯信号后延时1S后毛刺辊抬起，对铸坯毛刺打击2.5S，改为监测到铸坯信号后取消延时，对铸坯毛刺打击5S。

3.5.4 针对铸坯打号标识系统不能满足MES传输要求，在现有铸坯打号标识系统的基础上，增加一台打号机。

4.效果分析

4.1 弯曲段辊子母材由Q345改为42CrMo后既保证了表面硬度，又保证了足够的韧性，未再出现压痕现象。伴随着辊子使用寿命的延长，设备维修费也得到了有效控制。

4.2通过优化扇形段辊子装配环节和轴承使用周期的有效控制，扇形段未再出现短期上线辊缝发生变化的情况，铸坯质量也得到进一步提高。

4.3出坯系统设备改造后，解决了连铸机出坯衔接不合理，拉速、产能低的问题，拉速由原来的1.0m/min提高到现在的1.4～1.5m/min左右。

4.4通过对去毛刺机控制系统进行改造、优化，彻底杜绝了坯头打不掉毛刺的缺陷。

4.5改造后铸坯打号标识系统运行稳定，完全满足MES传输要求。

5.结束语

通过对奥钢联板坯连铸机弯曲段辊子母材选用的研究、扇形段辊缝的控制、出坯系统设备工艺布置、去毛刺机工作原理分析、铸坯打号标识系统设备及工艺位置布置进行合理选择的研究，解决了4#板坯连铸机生产中出现的制约生产的诸多重要问题，铸坯拉速由1.0m/min提高到现在的1.4～1.5m/min左右，设备的稳定性得到了提高，降低了维修成本。以上设备工艺布置及技术研究的应用，对今后钢铁冶金类企业具有广泛的推广应用前景和极其重要参考价值。