趙樹國

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北056404）

0 引言

天鐵熱軋公司有2臺(tái)1 650 mm板坯連鑄機(jī)，主要生產(chǎn)規(guī)格為230 mm×900～1 650 mm的連鑄板坯。其主要設(shè)施包括:大包回轉(zhuǎn)臺(tái)、中包罐車、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動(dòng)裝置、扇形段、脫引錠裝置、出坯裝置。而連鑄結(jié)晶器是連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵部件，直接影響到連鑄坯的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)運(yùn)行。在結(jié)晶器上有個(gè)重要連接件，它就是空心螺桿，它是用來把水箱和銅板連在一起形成密閉冷卻空間，并防止銅板漏水和變形，另外與熱電偶配合，提供結(jié)晶器的測量溫度。

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，1號(hào)板坯連鑄機(jī)由于結(jié)晶器寬邊上的空心螺桿頭部密封槽損壞漏水，導(dǎo)致安裝在空心螺桿內(nèi)的熱電偶出現(xiàn)溫度顯示不準(zhǔn)，多數(shù)點(diǎn)被屏蔽，起不到漏鋼預(yù)報(bào)的作用。本文對(duì)1號(hào)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)和工作原理進(jìn)行了闡述，通過分析空心螺桿的安裝結(jié)構(gòu)，探討了空心螺桿漏水的原因，提出空心螺桿結(jié)構(gòu)和與寬邊水箱裝配的改進(jìn)方案。

1 結(jié)晶器結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)晶器結(jié)構(gòu)

1.1.1 結(jié)晶器裝置組成

天鐵熱軋公司板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器組件主要包括：內(nèi)、外弧冷卻水箱與銅板的裝配件，左右窄面水箱與銅板裝配件，寬度調(diào)整裝置，噴淋冷卻系統(tǒng)及潤滑配管，內(nèi)、外弧足輥，窄面足輥等。而冷卻水箱與銅板的裝配件是結(jié)晶器的關(guān)鍵部件，主要包括：冷卻水箱、銅板、噴淋架、潤滑管路、螺栓連接件、密封件及溫度測量系統(tǒng)。

1.1.2 結(jié)晶器主要參數(shù)

結(jié)構(gòu)形式：整體框架、在線冷調(diào)寬；鑄坯規(guī)格：230 mm×900～1 650 mm；結(jié)晶器銅板材質(zhì)：Cr-Zr-Cu；結(jié)晶器銅板厚度45 mm；結(jié)晶器上口尺寸：238×1 691 mm；結(jié)晶器下口尺寸：237×1 675 mm；冷調(diào)寬和錐度調(diào)節(jié)方式：電動(dòng)在線調(diào)寬（范圍為850～1 750 mm）；寬邊足輥輥徑：Φ120 mm，2對(duì)；窄邊足輥輥徑：Φ110 mm，4對(duì)。

1.2 結(jié)晶器工作原理

1.2.1 結(jié)晶器主要功能

結(jié)晶器是連鑄機(jī)鑄坯凝固成型的核心設(shè)備。結(jié)晶器的主要功能是：通過冷卻壁強(qiáng)制冷卻連續(xù)注入的鋼水，使鋼液在結(jié)晶器內(nèi)凝固成所需斷面形狀和一定厚度的坯殼，這種帶液芯半凝固的鑄坯從結(jié)晶器的下口連續(xù)被拉出，進(jìn)入扇形段繼續(xù)進(jìn)行冷卻凝固。因此連鑄結(jié)晶器的性能和狀態(tài)對(duì)連鑄機(jī)的生產(chǎn)和鑄坯的質(zhì)量都有非常重要的影響。

結(jié)晶器在連鑄生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，在鋼水通過結(jié)晶器初步形成坯殼并被連續(xù)拉出的過程中，結(jié)晶器始終受著鋼水的靜壓力、坯殼和銅板間的摩擦力以及高溫鋼水傳熱等因素的影響，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力綜合作用下，工作條件極為復(fù)雜。結(jié)晶器在生產(chǎn)過程中，能否保證鑄坯的冷卻和凝固效果，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下不產(chǎn)生變形，保持高的使用壽命，這與結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)形勢、材質(zhì)、和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)是密切相關(guān)的。

1.2.2 結(jié)晶器內(nèi)凝固傳熱

結(jié)晶器與鋼液之間的傳熱過程包括三部分：鑄坯液心與新凝固的坯殼間的傳熱；新凝固的坯殼與結(jié)晶器銅板間的傳熱；結(jié)晶器銅板與水箱冷卻水之間的傳熱。

2 結(jié)晶器存在的問題及改進(jìn)措施

2.1 結(jié)晶器存在的問題

冷卻水箱與銅板的裝配件是結(jié)晶器的重要的導(dǎo)熱部件，其質(zhì)量和結(jié)構(gòu)直接影響到鑄坯的質(zhì)量。而在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，結(jié)晶器經(jīng)常出現(xiàn)安裝在寬邊銅板的熱電偶溫度顯示不準(zhǔn)、多數(shù)點(diǎn)被屏蔽現(xiàn)象，不能起到漏鋼預(yù)報(bào)的作用，存在設(shè)備和生產(chǎn)安全隱患，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。經(jīng)分析，電偶溫度顯示不準(zhǔn)、多數(shù)點(diǎn)被屏蔽現(xiàn)象是由空心螺桿漏水所引起的。

2.2 空心螺桿漏水問題分析

2.2.1 空心螺桿結(jié)構(gòu)及安裝

空心螺桿是連接寬邊銅板和水箱的連接件，是銅板和水箱形成密閉冷卻空間、防止銅板漏水和變形的關(guān)鍵部件。結(jié)晶器每側(cè)寬邊水箱安裝7排共21件空心螺桿，其空心腔內(nèi)可安裝熱電偶，用于測量結(jié)晶器銅板的在線溫度分布和溫度值。通過對(duì)比分析溫度分布和溫度值，可以判斷當(dāng)前的坯殼和銅板的狀態(tài)，可進(jìn)一步判斷是否會(huì)發(fā)生漏鋼，從而提示操作人員采取相應(yīng)的措施避免事故的發(fā)生。因此空心螺桿在結(jié)晶器使用中有著非常重要的作用。圖1為空心螺桿的結(jié)構(gòu)和連接方式，圖2為空心螺桿和水箱的裝配圖。

圖2 空心螺桿和水箱的裝配圖

2.2.2 空心螺桿結(jié)構(gòu)問題分析

通過線上跟蹤和線下拆解分析，發(fā)現(xiàn)連接寬邊銅板和水箱的空心螺桿密封不嚴(yán)是造成螺桿內(nèi)腔進(jìn)水的原因。結(jié)晶器在使用中經(jīng)常會(huì)發(fā)生空心螺桿頭部密封槽損壞現(xiàn)象，造成空心螺桿漏水，水進(jìn)入螺桿腔內(nèi)就會(huì)造成熱電偶失效或屏蔽，因此，空心螺桿安裝的質(zhì)量直接影響著安裝于內(nèi)部的熱電偶的使用狀況。如果在線更換新的空心螺桿，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力還耽誤生產(chǎn)；結(jié)晶器銅板下線后檢查發(fā)現(xiàn)，空心螺桿只是頭部密封槽損壞，其它完好但只能報(bào)廢，由于此件材質(zhì)為1Cr17Ni2不銹鋼，價(jià)格較貴，因此造成不必要的浪費(fèi)，同時(shí)維修成本增加。

2.3 空心螺桿的改進(jìn)措施

2.3.1 熱電偶及空心螺桿安裝工藝的改進(jìn)

針對(duì)熱電偶上線后發(fā)生溫度測量不準(zhǔn)和屏蔽現(xiàn)象，經(jīng)分析主要原因是空心螺桿頭部的密封不嚴(yán)，造成板螺套內(nèi)經(jīng)常有微量的水，螺套結(jié)構(gòu)如圖3所示。針對(duì)空心螺桿頭部的密封不嚴(yán)現(xiàn)象有以下幾種解決措施：

圖3 螺套結(jié)構(gòu)圖

（1）銅板加工時(shí)嚴(yán)格按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸加工，保證密封面的平面度；

（2）安裝時(shí)保證空心螺桿頭部的密封性完好，打壓試水無滲漏后再安裝熱電偶；

（3）打壓完成后，對(duì)空心螺桿內(nèi)部用壓縮空氣吹掃，保證空內(nèi)無水滴；

（4）最后安裝熱電偶時(shí)涂抹密封膠保證螺紋密封面的密封性，如圖4所示。

圖4

2.3.2 空心螺桿頭部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

對(duì)于目前已經(jīng)下線的空心螺桿，經(jīng)檢查只是頭部損壞，經(jīng)過測量和研究發(fā)現(xiàn)，螺紋退刀尾部小徑尺寸和密封槽外圓直徑基本相同，造成密封槽強(qiáng)度減小。在安裝時(shí)空心螺桿有預(yù)緊力矩要求，當(dāng)擰緊時(shí)此處受力最大最易損壞，這是造成空心螺桿頭部損壞的主要原因。

空心螺桿頭部結(jié)構(gòu)如圖5所示。其結(jié)構(gòu)主要由：主體空心螺桿、熱電偶安裝孔、擰緊螺紋、密封槽組成。圖中密封槽的設(shè)計(jì)深度為1.28 mm，密封槽外圓直徑為Φ16 mm，M18螺紋小徑為Φ16.5 mm，與密封槽外圓直徑相差0.5 mm。鑒于以上的結(jié)構(gòu)和下線拆檢情況，發(fā)現(xiàn)造成頭部損壞的主要原因是螺紋尾部小徑和密封槽的外圓太近，造成密封槽強(qiáng)度降低。鑒于此情況，決定把密封槽的外圓尺寸改為Φ15 mm，把螺紋的長度由原來的設(shè)計(jì)尺寸22 mm改為20 mm，從而使密封槽的強(qiáng)度加大，消除了空心螺桿頭部損壞的誘因。改進(jìn)后的螺桿頭部結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 空心螺桿頭部結(jié)構(gòu)

圖6 改進(jìn)后的螺桿頭部結(jié)構(gòu)

另外，目前已經(jīng)下線的空心螺桿只是頭部損壞，可以通過焊補(bǔ)和按改進(jìn)后的圖紙重新加工修復(fù)，修復(fù)后的空心螺桿可重復(fù)使用。此處要注意焊接工藝和焊條材質(zhì)的匹配，并保證焊接強(qiáng)度。

3 結(jié)語

天鐵熱軋公司在1號(hào)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器溫度測量不準(zhǔn)和屏蔽問題的解決過程中，對(duì)問題產(chǎn)生原因的分析是準(zhǔn)確的，結(jié)晶器空心螺桿的優(yōu)化改造措施是科學(xué)和有效的，是理論和實(shí)踐相結(jié)合的結(jié)果。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，1號(hào)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器寬邊空心螺桿的優(yōu)化改造是成功的，解決了空心螺桿存在的密封不嚴(yán)和頭部損壞的問題，杜絕了螺桿腔內(nèi)漏水問題，基本消除了結(jié)晶器因溫測量不準(zhǔn)引發(fā)的生產(chǎn)和安全隱患，提高了結(jié)晶器銅板的使用壽命，節(jié)約了檢修和維護(hù)時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。在提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)效率和鑄坯質(zhì)量同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。