高振強

（河鋼唐鋼不銹鋼公司，河北 唐山 063000）

唐鋼不銹鋼公司1#板坯連鑄機是中冶京城設(shè)計的常規(guī)板坯組合式直型結(jié)晶器，于2007年9月正式投入使用，結(jié)構(gòu)形式為組合式，由4塊銅板組合而成，輔以連續(xù)錐度，具有線下冷調(diào)寬功能，配以渦輪蝸桿機構(gòu)、梯形螺紋副絲杠（圖1）。寬度和錐度調(diào)整時，旋轉(zhuǎn)窄面調(diào)整裝置渦輪副，推動由絲杠和套筒組成的伸縮裝置，帶動窄面銅板前后移動。

圖1 板坯連鑄結(jié)晶器調(diào)寬裝置機構(gòu)

1 跑錐的機理分析

跑錐代表的是結(jié)晶器銅板傾斜角度、位置發(fā)生變化，且變化量大于使用標準的情況。角度、位置的變化，通常是結(jié)晶器在使用過程的承受鋼水靜壓力、拉矯力或異常外力大于結(jié)晶器本體各保錐裝置的支撐力導致的[1]。

以不銹鋼公司1#板坯連鑄機結(jié)晶器最大允許設(shè)計參數(shù)為樣本，即1600mm斷面、200mm鑄坯厚度、高強汽車鋼品種、1.4m/min拉速，通過有限元分析，得出極限條件下窄面集中應(yīng)力為97.6MPa。設(shè)計并制作測試液壓千斤頂（圖2），千斤頂內(nèi)部配有位置傳感器，使用預(yù)緊壓力頂住結(jié)晶器兩側(cè)銅板，直至位移傳感器數(shù)值不發(fā)生變化；改用2.5倍安全系數(shù)壓力對結(jié)晶器兩側(cè)銅板施力，測量位置傳感器數(shù)值變化。

使用此方法對不銹鋼公司6臺周轉(zhuǎn)結(jié)晶器進行了測量，得出偏差最大結(jié)晶器偏差值4.9mm，偏差最小結(jié)晶器偏差值0.9mm。

通過以上測試，可以得出唐鋼不銹鋼公司部分結(jié)晶器本體各保錐裝置支撐力無法滿足工藝需求的推斷。

圖2 測試裝置原理圖

2 失效的潛在原因分析

對唐鋼不銹鋼公司1#板坯連鑄機結(jié)晶器歷史跑錐數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計（表1），發(fā)現(xiàn)跑錐具有普遍性；使用方差統(tǒng)計跑錐數(shù)值，數(shù)據(jù)波動大，呈非穩(wěn)態(tài)。

表1 歷史跑錐數(shù)據(jù)統(tǒng)計

對結(jié)晶器維修流程及維修現(xiàn)場展開調(diào)查，使用FMEA總結(jié)出28項失效的潛在原因，并對RPN值（風險優(yōu)先系數(shù)）進行評估，識別出四大缺陷。

2.1 設(shè)計方面

窄面調(diào)整裝置使用單向軸承進行鎖緊，設(shè)計時未考慮現(xiàn)場工況及受力情況，上線后由于結(jié)晶器振動、水氣、雜物等影響，單向軸承極易發(fā)生損壞失效，導致窄面調(diào)整裝置失去約束，澆注過程中受力發(fā)生跑錐。

2.2 備件方面

結(jié)晶器銅板耐磨性差，銅板壽命中期即發(fā)生平面度超差，并體現(xiàn)在錐度變化上。經(jīng)過測量，3萬t過鋼量的銅板，錐度儀在900mm范圍內(nèi)上下移動，測量的錐度偏差達到1.2，超過單側(cè)小于0.5的錐度偏差允許范圍。

2.3 裝配方面

由于維護水平達不到要求，導致結(jié)晶器整體裝配精度低，機械間隙較大（表2）。拆解跑錐結(jié)晶器，對所有部件精度進行測量，發(fā)現(xiàn)蝸輪蝸桿機構(gòu)空轉(zhuǎn)行程最大達到1.5mm，絲杠銷軸間隙最大達到2mm，銅板及把持板間隙最大達到1.1mm。結(jié)晶器累計最大間隙4.6mm，遠超圖紙標準，線上一旦受力即發(fā)生跑錐。

表2 結(jié)晶器各部件之間偏差表

3 技術(shù)改進方案

3.1 調(diào)整裝置鎖緊裝置改造

優(yōu)化前使用單向軸承進行鎖緊，設(shè)備穩(wěn)定性差；設(shè)計并制造結(jié)晶器鎖緊裝置，在絲杠段部加裝一個定位盤，定位盤上加工一個90°鎖緊槽，使用螺栓緊固，增強結(jié)晶器的自鎖性能，保證結(jié)晶器在線使用過程中錐度的穩(wěn)定性。

3.2 銅板鍍層優(yōu)化

由于結(jié)晶器銅板鍍層在使用過程中存在磨損不均勻、過鋼量低及渣線位置異常浸蝕等問題，要求供應(yīng)商對當前質(zhì)量波動銅板的生產(chǎn)過程、原材料、工藝變更記錄情況進行了分析并制定了相應(yīng)的改進措施，包含定位鍵標高調(diào)整、水箱平面度修復、銅板平面度保證措施等。

為了進一步提高鍍層高溫狀態(tài)下的耐磨性及耐腐蝕性，還將鍍層材質(zhì)由原來的NiCo（Ni：80%～90%、Co：10%～20%）改進為CoNi（Co：80%～90%、Ni：10%～20%），保證結(jié)晶器壽命周期內(nèi)銅板平面度滿足使用要求，消除結(jié)晶器銅板錐度偏差過大對生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

3.3 消除調(diào)整裝置機械間隙

（1）使用錐度儀比對測量方法，對渦輪蝸桿間隙大的調(diào)整裝置進行更換。

（2）使用塞尺對絲杠銷軸間隙進行測量，對于間隙超差的結(jié)晶器，更換銷軸，修復銷軸孔，保證間隙符合圖紙標準。

（3）對銅板同把持板間隙超差的結(jié)晶器，清理銅板背板及把持板加工面，保證露出金屬本色，平面度偏差小于0.1mm；使用標準螺栓及力矩扳手安裝銅板，保證緊固力矩。

3.4 其他改進

（1）取消結(jié)晶器“窄邊固定焊死”工藝，使用四條絲杠進行替代，等同于為結(jié)晶器增加了一套調(diào)整裝置，加強結(jié)晶器整體剛度。

（2）恢復足輥碟簧功能，使結(jié)晶器窄面導向裝置具備退讓功能，一旦發(fā)生意外碰撞，可最大限度減少錐度變化。

4 技術(shù)創(chuàng)新

（1）液壓千斤頂測試裝置可以模擬線上結(jié)晶器受力情況，對維修完成的結(jié)晶器進行裝配精度測試，提前發(fā)現(xiàn)精度超差項目，達到預(yù)防性維修的目的。

（2）絲杠加強裝置。當老舊結(jié)晶器剛度降低、不滿足工藝需求，或當前結(jié)晶器剛度無法滿足公司品種開發(fā)需求時，提供了一種成本低、見效快的設(shè)備改造方案，具備良好的推廣價值。

（3）使用機理分析、FMEA等管理工具，對設(shè)備的失效原因進行系統(tǒng)性分析，并制定切實有效的措施，改善公司管理、經(jīng)營水平。

5 結(jié)語

唐鋼不銹鋼公司1#板坯連鑄機結(jié)晶器，合理的使用管理工具，創(chuàng)新結(jié)晶器剛度測量方法，并有針對性的提出措施并整改，結(jié)晶器整體精度提升明顯。

優(yōu)化后的結(jié)晶器投入使用后效果良好，2019年2月～2020年2月，連續(xù)12個月線上事故為0，跑錐率為0，所有結(jié)晶器使用后錐度變化值均小于0.5標準，達到了行業(yè)領(lǐng)先水平，有效的減少了結(jié)晶器的檢修次數(shù)和檢修時間，降低了生產(chǎn)成本，提高了連鑄機的作業(yè)率及鑄坯質(zhì)量。