王建偉 胡曉路 陳鯤鵬

(中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司裝備設(shè)計(jì)部 上海200940)

·革新與改造·

板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器改造技術(shù)的研究

王建偉①胡曉路 陳鯤鵬

(中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司裝備設(shè)計(jì)部 上海200940)

通過(guò)對(duì)一臺(tái)引進(jìn)的二手連鑄機(jī)中的結(jié)晶器設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出一種可行的改造方案，通過(guò)采用液壓調(diào)寬裝置代替原有手動(dòng)調(diào)寬裝置，以提高連鑄機(jī)生產(chǎn)效率。就改造過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，以供在解決同類(lèi)問(wèn)題時(shí)參考。

結(jié)晶器改造 調(diào)寬裝置 液壓驅(qū)動(dòng)

1 前言

結(jié)晶器是連鑄機(jī)設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定性直接影響生產(chǎn)。其作用是使鋼水在其內(nèi)部形成一定厚度的坯殼，并將其輸送到二冷區(qū)域中進(jìn)一步凝結(jié)[1]。

結(jié)晶器一般由外弧側(cè)框架(水箱)、內(nèi)弧側(cè)框架(水箱)、側(cè)邊框架、窄邊支撐、寬度調(diào)節(jié)裝置、寬邊夾緊裝置、銅板和足輥等組成。實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)打開(kāi)寬邊夾緊裝置，由寬度調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)窄邊的位置調(diào)整，從而達(dá)到調(diào)整生產(chǎn)鑄坯寬度和錐度的目的。當(dāng)前新建的板坯連鑄機(jī)基本上都具備在線冷調(diào)寬功能，即在無(wú)鋼水的情況下，通過(guò)控制畫(huà)面設(shè)定，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器寬度和錐度自動(dòng)調(diào)節(jié)。部分連鑄機(jī)具備在線熱調(diào)寬功能，即在帶鋼水生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器寬度和錐度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

本改造技術(shù)方案是針對(duì)于一臺(tái)從意大利引進(jìn)的二手連鑄機(jī)，屬于20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，為全弧型連鑄機(jī)。方案針對(duì)這臺(tái)連鑄機(jī)存在的問(wèn)題，對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)考察、方案討論研究、設(shè)計(jì)制造，最終在實(shí)際生產(chǎn)中投用，提高了連鑄機(jī)生產(chǎn)效率。

2 結(jié)晶器存在的問(wèn)題及改造難點(diǎn)

2.1 結(jié)晶器在生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

該連鑄機(jī)原設(shè)計(jì)的結(jié)晶器可采用在線手動(dòng)調(diào)寬裝置，但無(wú)鎖緊裝置，在生產(chǎn)中會(huì)導(dǎo)致錐度走偏，從而影響鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量。引進(jìn)后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)改造，在結(jié)晶器的調(diào)寬螺桿內(nèi)側(cè)增加一個(gè)鎖緊螺母，以防止結(jié)晶器寬度和錐度漂移，從而保證了鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量。

但是，改造后的結(jié)晶器不能夠在線進(jìn)行調(diào)寬，需要在離線專(zhuān)門(mén)維修區(qū)進(jìn)行。即當(dāng)需要生產(chǎn)不同寬度鑄坯時(shí)，需拆除在線結(jié)晶器并吊離，另準(zhǔn)備結(jié)晶器在維修區(qū)進(jìn)行寬度和錐度的設(shè)定，再吊裝上線進(jìn)行更換，通過(guò)更換結(jié)晶器來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的寬度調(diào)整。如此操作，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，大大降低了連鑄機(jī)的生產(chǎn)效率。

因此，為了提高該連鑄機(jī)的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大產(chǎn)能，必須對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行再次技術(shù)改造，增加電動(dòng)或液壓寬度調(diào)節(jié)裝置，以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的在線自動(dòng)調(diào)寬，縮短結(jié)晶器寬度調(diào)整的作業(yè)時(shí)間，并能夠保證鑄坯生產(chǎn)的質(zhì)量。

2.2 調(diào)寬裝置改造的難點(diǎn)

設(shè)備改造方案必須以在最大程度利舊原有設(shè)備為基本原則，為生產(chǎn)節(jié)約改造成本。因此，在舊式設(shè)備結(jié)構(gòu)空間條件的約束下，能夠解決以上的問(wèn)題，是這次改造的難點(diǎn)。

該連鑄機(jī)的結(jié)晶器采用固定組合式結(jié)構(gòu)，外弧側(cè)框架為固定框架，內(nèi)弧側(cè)為活動(dòng)框架，沒(méi)有側(cè)框架。固定框架安裝在結(jié)晶器振動(dòng)裝置上，冷卻水由振動(dòng)裝置供給?；顒?dòng)框架支撐在固定框架延伸的梁上，冷卻水由固定框架通過(guò)撓性管接頭供給。結(jié)晶器手動(dòng)調(diào)寬裝置在活動(dòng)框架和固定框架之內(nèi)，安裝在固定框架提供的立板上，其延伸方向受到撓性管接頭限制。如圖1、圖2所示。

從圖2中，可知原調(diào)寬裝置安裝立板到撓性接頭的距離：～710mm，即改造方案如果能夠在此空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，就可以達(dá)到設(shè)備利舊的最大化。設(shè)備改造如果突破此空間將需要將撓性接頭移位，必然會(huì)涉及對(duì)原設(shè)計(jì)框架進(jìn)行大動(dòng)作改造，造成改造成本的增加。因此，以下技術(shù)改造方案以保證能夠在此有限空間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)，此為改造難點(diǎn)。

圖1 結(jié)晶器改造空間

圖2 結(jié)晶器俯視圖

3 改造方案

3.1 調(diào)寬裝置驅(qū)動(dòng)型式選擇及改造方案

目前，板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器寬度調(diào)節(jié)主要有兩種方式：一種為電動(dòng)調(diào)節(jié)方式，一種為液壓調(diào)節(jié)方式。電動(dòng)調(diào)節(jié)方式是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿和絲桿推動(dòng)窄邊支撐進(jìn)行寬度調(diào)節(jié)。結(jié)晶器寬度和錐度由蝸輪蝸桿的自鎖和制動(dòng)器進(jìn)行鎖定。液壓調(diào)節(jié)方式是由液壓缸直接作用在窄邊支撐上推動(dòng)其進(jìn)行寬度調(diào)節(jié)。液壓缸動(dòng)作精度控制可采用比例閥控制或伺服閥控制。

如果采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，需在設(shè)備本體外增加調(diào)寬裝置電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，在設(shè)備本體上增加絲桿調(diào)節(jié)裝置，并通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器將彼此聯(lián)結(jié)。如此，在二冷密閉室內(nèi)，需增加支撐梁用于安裝電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，會(huì)使有限的空間更加擁擠，且檢修空間狹小，檢修不利。另外，由于原設(shè)計(jì)結(jié)晶器沒(méi)有側(cè)框架，不能安裝絲桿裝置，需對(duì)框架進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造，造成原框架不能利用，不利于改造成本控制。因此，基于以上這些原因，改造技術(shù)方案中的結(jié)晶器調(diào)寬裝置不考慮采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)型式。

按照該連鑄機(jī)原有產(chǎn)品大綱，結(jié)晶器的寬度調(diào)整范圍必須在600mm～1350mm之間，且考慮銅板磨損量10mm，則結(jié)晶器的單邊最大調(diào)寬范圍為385mm，即液壓缸的行程必須大于385mm，同時(shí)考慮到液壓缸組件中位移傳感器和控制閥等的尺寸，由此設(shè)計(jì)出的液壓缸組件尺寸較大，將無(wú)法在描述中的有限空間安裝。

因此，如果采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，需對(duì)結(jié)晶器的調(diào)寬范圍和液壓缸組件的構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

通過(guò)與用戶探討，根據(jù)該板坯連鑄機(jī)及同車(chē)間的另外一臺(tái)連鑄機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)情況，將結(jié)晶器調(diào)寬范圍縮小為800mm～1300mm，則結(jié)晶器的單邊最大調(diào)寬范圍縮小到260mm。液壓缸組件設(shè)計(jì)時(shí)，將控制閥與液壓缸分離，安裝在機(jī)旁的閥臺(tái)上。雖然如此設(shè)計(jì)，會(huì)影響液壓缸的響應(yīng)速度，但不會(huì)對(duì)調(diào)寬的精度造成影響，僅是液壓配管量的增加。此外，再考慮采用緊湊型位置傳感器，進(jìn)一步縮小液壓缸組件尺寸。最終將液壓缸組件從安裝面到末端的尺寸控制在650mm以?xún)?nèi)，可以在上述有限空間內(nèi)進(jìn)行安裝。

為不改變框架結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的利用原調(diào)寬裝置安裝立板安裝液壓缸，如圖3所示。如此，改造僅是對(duì)立板安裝面進(jìn)行堆焊、加工，加工螺紋孔等，無(wú)需對(duì)框架進(jìn)行修改。

圖3 改造后結(jié)晶器液壓缸安裝位置

3.2 寬邊夾緊裝置改造

結(jié)晶器的活動(dòng)框架與固定框架通過(guò)寬邊夾緊裝置進(jìn)行聯(lián)結(jié)固定，使窄邊銅板與寬邊銅板緊密貼合。原設(shè)計(jì)結(jié)晶器寬邊夾緊裝置由蝶形彈簧夾緊，依靠千斤頂打開(kāi)，如圖4所示。千斤頂為手動(dòng)接管通油，不能自動(dòng)控制。為配合實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，需要對(duì)原寬邊夾緊裝置進(jìn)行改造。

圖4 原結(jié)晶寬邊夾緊裝置

改造方案充分考慮原安裝條件，用液壓缸代替千斤頂，并更換拉桿組件。夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)充分考慮了原蓋板的安裝方式，能夠與蓋板進(jìn)行無(wú)縫替換。根據(jù)鋼水靜壓力及夾緊液壓缸打開(kāi)作用力計(jì)算，蝶形彈簧進(jìn)行了重新選型設(shè)計(jì)。

改造后夾緊裝置由于液壓缸、蝶形彈簧、安全滑板及鎖緊螺母等組成，如圖5所示。結(jié)晶器在正常狀態(tài)下由蝶形彈簧將活動(dòng)框架夾緊，保持寬邊銅板與窄邊銅板嚴(yán)密。當(dāng)結(jié)晶器需要進(jìn)行寬度調(diào)節(jié)時(shí)，液壓缸推動(dòng)拉桿前進(jìn)，壓縮碟形彈簧，使寬邊銅板與窄邊銅板之間產(chǎn)生間隙，避免銅板在調(diào)寬過(guò)程中產(chǎn)生磨損。

圖5 改造后結(jié)晶器寬邊夾緊裝置

通過(guò)以上描述可知，本次改造方案解決這臺(tái)二手連鑄機(jī)結(jié)晶器調(diào)寬裝置及其相關(guān)內(nèi)容的改造難點(diǎn)，并完全利舊了原設(shè)備框架，沒(méi)有對(duì)結(jié)晶器本體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶器相關(guān)設(shè)備造成影響。

4 結(jié)論

這臺(tái)引進(jìn)的二手連鑄機(jī)結(jié)晶器經(jīng)過(guò)此次改造后，連鑄機(jī)的生產(chǎn)效率有很大的提高，并由于能夠在線自動(dòng)寬度調(diào)節(jié)，大幅度減少了結(jié)晶器備件的數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本。本改造技術(shù)方案在最大程度上利舊了原來(lái)設(shè)備，未對(duì)周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。改造后的結(jié)晶器其性能也達(dá)到了較高的水平，能夠達(dá)到以下精度：

結(jié)晶器冷調(diào)寬精度單邊0.1mm；

結(jié)晶器冷調(diào)錐精度單邊0.1mm；

結(jié)晶器在澆鑄過(guò)程中寬度精度單邊0.1mm～0.15mm；

結(jié)晶器在澆鑄過(guò)程中錐度精度單邊0.1mm～0.15mm；

結(jié)晶器在線冷調(diào)寬速度為Max.150mm/min。

[1]琚國(guó)青.板坯結(jié)晶器[J].冶金設(shè)備，1993(3).

[2]王文學(xué),趙敏.板坯結(jié)晶器跑錐的理論分析與研究[J].重型機(jī)械,2012(6).

[3]馮科,韓志偉.板坯連鑄結(jié)晶器窄面理論錐度的仿真預(yù)測(cè)[J].鋼鐵技術(shù),2008(2).

[4]曲錫輝,張偉.板坯連鑄結(jié)晶器振動(dòng)裝置的改造[J].冶金設(shè)備,2010(4).

[5]Friedr ich Derflinger, Kurt Engel.奧鋼聯(lián)(VAI)緊湊型連鑄機(jī)—增加板坯生產(chǎn)能力及靈活生產(chǎn)的新型連鑄機(jī)理念[J].連鑄,2006(3).

Research of Slab Caster Mold Revamping Technique

Wang Jianwei Hu Xiaolu Chen Kunpeng

(Equipment Design Department, CISDI Shanghai Engineering Co., Ltd., Shanghai 200940)

This article analyze the problems in the mold of a certain secondhand slab caster, and a revamping solution would be supplied for increasing caster efficiency by using hydraulic adjustment device instead of manual adjustment device. This article would show the problems in the revamping and the process of the solution. The conclusion provide the reference of the solution similar problems.

Mold revamping Width adjustment device Hydraulic drive

王建偉，男，1981年出生，畢業(yè)于東北大學(xué)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事設(shè)備設(shè)計(jì)工作

TF777.1

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.01.013

2014-09-17)