VAI板坯连铸机水平段频繁损坏分析及对策

来源：郭秀平刘海庆 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要针对VAI大板坯连铸机大断面改造后出现水平段频繁损坏情况，分析确定其损坏原因为水平段内弧辊子外部冷却设计已不能满足高拉速下浇注大断面的冷却要求，导致辊子轴承过热损坏；将水平段内弧辊子外部冷却改为冶金冷却，显著提高水平段使用寿命，部分改善铸坯质量，保证铸机高效生产顺利进行。

关键词水平段轴承损坏冷却

前言

在以连铸为中心组织生产和进行质量优化的指导思想下，济钢三炼钢在产能逐步得到释放的同时，不仅要求进一步提高连铸机的作业率，而且对产品质量的要求也越来越高。产品质量的改善需要性能优良的设备为基础，铸机作业率的提高更是需要稳的设备为前提。一味地追求产量效益而视设备的频繁损坏于不顾，最终会因为高昂的成本费用以及因设备恶化造成产品质量低劣而得不到效益。本文是针对铸机高效化生产后出现的情况，及时采取合理措施解决连铸机水平段频繁损坏问题的心得。

概述

济钢三炼钢大板坯连铸机是由奥钢联(VAI)设计，机型为直结晶器多点弯曲多点矫直弧形板坯连铸机。由结晶器、弯曲段及十四个扇形段(6个弧形段、2个矫直段、6个水平段)组成。该连铸机采用了诸如全程无氧化保护浇注、结晶器中间包液位自动控制、液压振动、智能扇形段轻压下技术、密排三节辊、动态调节的二冷气水冷却等多项先进技术。其设计年生产能力为125万吨，可生产断面为200*1200－2100mm、270*1600－2100 mm的铸坯。于2003年3月1日投入用(生产200*1600－1900 mm断面)，在三炼钢干部职工周密计划，精心组织下，快速实现了达产目标。自投产以来，我们积极探索连铸机维护模式，对连铸机设备实施定期计划检修，视情况对设备进行更换，从目前来看，我们的检修策略是非常适合这台连铸机的。除连铸机水平段使用寿命稍短于奥钢联设计寿命(1 oo万吨)外，各设备均处于良好运行状态。

按奥钢联提供的维护手册来说，水平段本是二冷区各个扇形段中受力最小，也是受铸坯热辐射最小的区域，按理来说，其正常更换周期应该是扇形段中各个段子周期最长的，但我们现实情况却并不是这样，往往水平段更换频繁，其使用寿命甚至短于受力最大的矫直段!

我们对每次下线扇形段进行检查，发现下线水平段多为内弧辊子轴承损坏导致辊子不转。针对此铸机(生产200*1600－1900 mm断面)水平段内弧辊子轴承寿命较短，我们组织设备、工艺等相关人员对此进行过分析讨论，但因水平段一般也能使用4——5个月，问题不是很突出，原因一直没有找到；特别在断面改为270*2100mm后，水平段损坏更加严重，过钢量不到40万吨(奥钢联建议100万吨，本溪实际在120万吨)就出现拉坯力大。我们发现：支撑铸坯的外弧损坏并不严重，只因为内弧损坏而导致水平段提前下线；损坏同生产200*1600－1900mm断面时一样也多为辊子不转，且辊子表面程浅黑色，同时表面伴随出现网状裂纹、脱落斑点；轴承端盖有的被挤开，解体三节辊发现调心辊子轴承损坏(损坏轴承多集中在三节辊中间两个轴承)，严重的则滚动体、轴承外圈被挤碎，较轻的则也可以将内外圈分开，轴承外圈靠边表面发蓝。辊子不转直接导致铸坯划痕，并时有中心偏析、中心裂纹现象出现。

原因分析：

对于同一批次整备使用三节辊，矫直段辊子使用寿命正常，辊面和轴承状况良好，说明这不是水平段辊子质量问题。观察与水平段相邻的矫直段，发现在矫直二段出口与水平一段人口处，可以明显地看到矫直段内弧和水平段内弧辊面颜色差别：一边是矫直段正常的铁红，一边是水平段的浅黑。初步判断水平段内弧冷却不良。

矫直、水平段内弧冷却都分为闭式设备冷却和开式气雾冷却。闭式设备冷却包括轴承内冷和辊子内冷(矫直、水平段设计为同样结构形式和内冷流量)。开式气雾冷却都采用DYNACS模型自动配水；矫直段内弧开式气雾冷却为冶金冷却，直接喷射于铸坯表面；水平段内弧开式气雾冷却为辊子外部冷却，喷射于辊子表面。矫直、水平段内弧开式气雾冷却喷嘴布置图：

对于我们主要生产的Q235／Q345，在1．2 m／min～1．35 m／min拉速下浇注200*1600－1900 mm断面铸坯时候，液芯末端大约为17．8～19．97 m(在矫直一段和矫直二段之间)，此时水平段内弧冷却效果还可以。以1．15 mm～1．20 mm浇注270 mm*2100mm断面时，系统计算液芯末端范围为距离弯月面27．5～29．5 m之间’(即对应于水平4段)，实际铸坯液芯末端在水平五段。对于同一气雾控制区中的喷嘴而言，随着断面的变大DYNACS模型将自动设定相对较大水流量。但由于水平段内弧气雾冷却为辊子外部冷却，主要以冷却辊子为目的，气雾直接喷射于辊子表面，铸坯回温而又没有有效降温措施，导致铸坯表面温度过高。

由于原始设计的辊子外部冷却已不能满足高拉速下浇注大断面的冷却要求，造成内弧辊子温度过高而使辊身过烧。三节辊中间两轴承一般承受着最大的负荷；同时在铸坯表面宽度方向上中间温度要高于两边，且中间轴承的散热比较困难，造成轴承工作温度高，导致径向间隙大幅度减小，使轴承内圈、外圈及滚动体紧紧地贴靠在一起，几乎没有活动空间。辊子转动时，不是轴承滚动体和内圈的正常转动，而是由于径向间隙减小甚至没有间隙造成轴承外圈受压被迫转动，轴承外圈与轴承座内孔之间直接进行无润滑的滑动摩擦；再加上轴承内部温度过高使其内部润滑油变质失效，根本起不到润滑作用；由此产生大量的热量，使轴承外圈受热，表面烧灼变蓝，脆性增加；严重时外圈直接破裂，挤碎滚动体，挤开轴承端盖，造成中间轴承频繁损坏。

水平段内弧铸坯无二次冷却水，铸坯表面温度偏高，则坯壳抵抗因钢水静压力引起的鼓肚变形的能力较弱，因而为铸坯中心液体的流动提供了条件，促进了中心裂纹和偏析的形成和扩展；

解决措施：

动态调节的DYNACS模型对二次冷却自动配水，沿铸流方向随着冷却的不断进行，铸坯表面温度不断下降，为达到铸坯合理降温的目的，二次冷却水流量强度有所减弱；而水平段内弧气雾冷却主要以冷却辊子为目的，气雾直接喷射于辊子表面，铸坯回温而又没有有效降温措施，所以考虑将水平段内弧设备冷却改为冶金冷却。

经过对比水平段与其相邻矫直段的使用情况，决定将水平段内弧设备外冷改为矫直段冶金冷却结构形式。拆除水平段内弧原先喷杆及喷架，对其实施改造重新安装。喷杆全改为直型并增加长度，改喷嘴喷射角度为110度；喷架采用矫直段7(排)*4(喷杆)结构形式。由于矫直段喷架有两路进水，分中路喷淋水和边路喷淋水分别控制，而原来水平段喷架只有一路喷淋进水，所以必须对喷淋进水管进行改造；将喷架上的中路进水口直接联在水平段喷淋水进水管上，再在中路进水口上接一个分支，用软管联接分支点与边路进水口，并在上面设置一个球阀用以调节边路流量，实现边路与中路水量合理控制。综合权衡设备冷却所需及铸坯合理冷却，保持水平段内弧原设备外冷流量。

效果及分析：

1、水平段采用冶金冷却，气水喷雾直接喷射于铸坯表面，使得水平铸坯表面本来难于清理的氧化铁皮和保护渣皮在高压气水的作用下被冲下铸坯流人冲渣槽，减少氧化铁皮和保护渣皮随铸坯带进辊子与铸坯之间，减轻氧化铁皮和保护渣皮被压人铸坯表面现象，铸坯表面质量有所好转。

2、经过实施上述改造，通过冶金冷却水的冷却作用，铸坯表面温度的降低减少了辊子受热；喷在铸坯上的喷淋水形成的水蒸汽可以对辊子表面有效冷却，明显增强设备冷却(水平六段出口处铸坯表面温度平均降低60?C左右)；使水平段使用寿命由原来不到两个月提高至现在六个月，不仅解决了设备频繁损坏问题，年节约备件成本八百多万元，而且大幅减少检修时间和停机检修次数，提高了铸机作业率，为生产赢得主动。

3、旨在减轻铸坯中心偏析而设计的动态轻压下技术能自动计算液芯长度，从而使ASTC选择在凝固末端开始压下，自动计算液芯长度是否准确直接影响动态轻压下效果。在1．15 mm～1．20 mm拉速浇注270mm断面时，系统计算液芯末端为距弯月面27．5～29．5 m之间，但实测值为29．6～30．7之间，这说明实际末端比计算末端靠后。通过有效增加冷却强度，使实际液芯末端位置提前约0．9 m，更接近于系统预算值，从而能使ASTC比较正确地选择凝固末端压下，有效改善了中心偏析，这一点从目前铸坯质量得到证实。

参考文献

[1]陈文摘译．连铸机轴承载荷及其温度的测量与计算．武钢技术．2000，7；Vol．38 No.4