王運方

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

連鑄機是煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，作為連鑄機核心的扇形段，由于工況條件惡劣，其結(jié)構(gòu)設(shè)計以及使用性能直接影響著連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品的質(zhì)量［1］。扇形段故障率較高時，尤其是扇形段框架漏水導(dǎo)致扇形段在線使用壽命縮短，會嚴重制約煉鋼生產(chǎn)的正常運行，不僅降低作業(yè)率，而且由于連鑄機備件的燒損、軟水的大量消耗等造成生產(chǎn)成本提高。為此，結(jié)合安鋼2#、3#連鑄機扇形段框架的原設(shè)計特點，經(jīng)過摸索和實踐，找出一種解決框架漏水的簡便、實用的修復(fù)工藝，該修復(fù)工藝優(yōu)化了原設(shè)計結(jié)構(gòu)，可操作性強、穩(wěn)定性高，實施成本低，經(jīng)濟效益顯著。

1 概況

安鋼2#、3#連鑄機為直弧形連鑄機，連鑄機的扇形段——即鑄坯導(dǎo)向段由彎曲段、弧形段、矯直段、水平段組成［2］。鑄坯導(dǎo)向段沿拉坯方向，自上而下分布著不同輥徑的夾送輥，夾送輥對鑄坯起著夾送和依托作用。彎曲段位于連鑄機的最上部，依次向下是弧形段，矯直段和水平段;這些夾送輥的軸承冷卻和輥子冷卻采用閉路水冷系統(tǒng)實現(xiàn)，其中一部分水冷通道是在扇形段框架本體結(jié)構(gòu)中，這部分水道(又叫水箱)為碳鋼Q235 焊接結(jié)構(gòu)。

對于連鑄機扇形段的工藝特性來說，扇形段框架結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，修復(fù)工藝不成熟，就會導(dǎo)致漏水等設(shè)備故障，這些故障直接或者間接影響連鑄機生產(chǎn)，設(shè)備表現(xiàn)為扇形段事故下線。2011年下線故障原因進行統(tǒng)計分析見表1。

表1 2011年2#、3#連鑄機扇形段下線統(tǒng)計

由表1 可以看出，由于扇形段框架漏水損壞導(dǎo)致的扇形段故障的比例高達55．882%，超過了其它所有故障的比率，是影響扇形段在線使用壽命的首要原因。扇形段框架的設(shè)計壽命一般為5 ～6年，因為框架上水道的銹蝕漏水，2#、3#連鑄機實際使用壽命不足兩年，嚴重影響了連鑄機的正常生產(chǎn)。

2 扇形段框架漏水原因和修復(fù)難點分析

2．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計和材質(zhì)選型不合理

1)原設(shè)計水道位于扇形段框架支撐梁的側(cè)面，是支撐梁的一部分，不僅傳輸冷卻水，在結(jié)構(gòu)上還承載者輥子軸承座的一部分支撐力以及拉坯力，軸承座必然存在微量的彈性變形;這種彈性變形又直接作用于水道與軸承座的連接部位，又由于原設(shè)計中沒有適應(yīng)熱膨脹的環(huán)節(jié)，造成水道的焊接部位，特別是軸承座與水道連接部位，受到較大的復(fù)合交變應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)變，如此反復(fù)作用就導(dǎo)致了扇形段框架的水道撕裂性損壞，造成漏水。

2)焊接質(zhì)量達不到要求。輥子軸承座底座與扇形段框架水道的結(jié)合方式設(shè)計為:疊加并肩焊接的Q235B 的扁鋼彎制水道，這種水道的結(jié)構(gòu)特點(即水封性能)要求框架與水道焊接量大，且焊接件間材質(zhì)的差異，造成了水道生產(chǎn)的焊接工藝技術(shù)性要求較高。而實際的焊接質(zhì)量多數(shù)達不到設(shè)計要求。

3)水道材質(zhì)影響。對漏水水道的材質(zhì)進行化驗，發(fā)現(xiàn)部分框架使用的材質(zhì)含雜質(zhì)，特別是S 的含量較高，使得水道使用過程中的熱脆性增加，這就加劇了水道的銹蝕和損壞。

2．2 修復(fù)框架工藝不能滿足使用要求

1)傳統(tǒng)的修復(fù)工藝為直接在原位置更換為新的碳鋼管路，扇形段框架軸承座支座的水路，原設(shè)計為材質(zhì)為Q235B，使用中經(jīng)高溫、高壓的水蒸氣環(huán)境，易發(fā)生氧化銹蝕、磨損、精度下降，易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象［2］。直接更換存在焊接應(yīng)力集中，在使用后，水道外部高溫輻射的環(huán)境影響，扇形段框架的壽命仍然不能大幅度提高。水路結(jié)構(gòu)通常主要有兩種:一種是在扇形段框架軸承座正下方采用多段、多管制作水箱方式，焊接安裝合為一體且均在框架上一體完成，缺點是:焊接接口多、工作量大，因設(shè)備空間狹小，焊接質(zhì)量不易保證，一旦局部出現(xiàn)滲漏質(zhì)量問題，則需扇形段框架水道整體拆解，重新制作水道，導(dǎo)致扇形段設(shè)備壽命較短;另一種是在扇形段框架軸承座正下方采用單段、分體水箱、側(cè)方軸承座鉆孔通水制作方式，采用焊接、安裝分體完成，避免了因設(shè)備空間狹小、不銹鋼焊接質(zhì)量不易保證的缺點，但堵焊的軸承座正下方原水孔一但出現(xiàn)滲漏質(zhì)量問題，需重新整體拆解后修補。而目前影響和制約生產(chǎn)順行和長壽的主要因素是由于扇形段框架設(shè)備的修復(fù)工藝(主要指更換水道)不盡相同，一旦局部出現(xiàn)的質(zhì)量問題即會因設(shè)備空間狹小給在線生產(chǎn)和維保帶來了極大的困難，如果整套更換成本極高。改造前傳統(tǒng)的扇形段框架水道結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2)直接更換原來的水道為不銹鋼方管或者矩形管路，但是存在不銹鋼鋼管路和碳鋼扇形段框架之間的焊接工藝局限性，60 mm ～70 mm 厚的碳鋼鋼板對于不銹鋼管路的焊接應(yīng)力更難釋放，水道壽命提高依然受到限制。

圖1 連鑄機扇形段框架上的輥子冷卻水道示意圖

3)扇形段弧框架軸承座支座的水路水孔位置不合理，通常采用材質(zhì)為Q235B，Φ19．5 mm 的臺階孔，這些水孔、油孔經(jīng)高溫、高壓和水蒸氣環(huán)境，已發(fā)生氧化銹蝕、磨損、精度下降，漏水頻發(fā)，密封失效，制造、修復(fù)成本增高。并且普通的修復(fù)工藝不能對于孔內(nèi)的光潔度和尺寸精度很難恢復(fù)。

4)原扇形段框架水路水箱設(shè)計因設(shè)備維修空間狹小，無法保證原通道的焊接質(zhì)量，即使更換為不銹鋼方管水道，仍存在焊接質(zhì)量不能保證和在線維修的困難。

3 扇形段框架漏水的改進措施

3．1 優(yōu)化水路、油路設(shè)計結(jié)構(gòu)

1)根據(jù)前面的分析，水道必須進行徹底的優(yōu)化設(shè)計。針對扇形段的惡劣使用工況，為解決水道銹蝕性，延長水道壽命，決定將成套框架的水道更換為不銹鋼矩形管路。通過框架修復(fù)，將原來全碳鋼材質(zhì)的Q235 －A 的扁鋼焊接水道，更換為點焊結(jié)構(gòu)的GB/T3094 的50 mm×30 mm×4 mm 的不銹鋼矩形管路。更換后的水管如圖2 所示。

圖2 改造后的水箱橫向單管、縱向多管整體新型結(jié)構(gòu)

2)對于框架上的軸承座底座與水道的連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。改變水道走向，并增加熱膨脹適應(yīng)節(jié)。

3)軸承座支座的水孔修復(fù)工藝改進。該修復(fù)工藝采用鑲嵌、焊接不銹鋼工藝套方法實施。對軸承座支座水孔、油孔鑲嵌、焊接不銹鋼工藝套，并調(diào)整油孔位置。

在扇形段弧框架軸承座支座的水路、油路中心孔擴展為Φ28 mm、深度20 mm ～25 mm 的盲孔，然后設(shè)計鑲嵌與孔徑相同、材質(zhì)為2Cr13 的Φ28 mm不銹鋼棒，同時確保不銹鋼棒上平面低于支座上平面5 mm，堆焊2Cr13 不銹鋼層8 mm ～10 mm，利于焊接加工，重新加工上面，最后加工中間Φ19．5 mm臺階孔及Φ10 mm 水孔。加工臺階及水路、油路中心孔，實現(xiàn)水道內(nèi)孔光潔度配合面的長期防銹蝕特性和軸承座底座基面的防漏。水孔油孔鑲嵌前后結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 水孔油孔鑲嵌前后結(jié)構(gòu)示意圖

4)軸承座水路、油孔移位。板坯連鑄機扇形段弧框架軸承座支座上兩個油孔分別向兩側(cè)橫向移動18 mm，實現(xiàn)軸承座支座油路上油孔、水孔、螺栓孔在一條中心線上，軸承座結(jié)構(gòu)、備件統(tǒng)一，實現(xiàn)扇形段輥子結(jié)構(gòu)簡單化，對稱性好，軸承座結(jié)構(gòu)統(tǒng)一。優(yōu)化前后的油孔位置如圖5 所示。

圖4 優(yōu)化前后的油孔位置

3．2 優(yōu)化修復(fù)工藝

結(jié)合近兩年來的修復(fù)經(jīng)驗，為了解決修復(fù)后的重復(fù)漏水故障，并解決漏水后的在線維修難度，設(shè)計了一種橫向單管、縱向多管整體水路結(jié)構(gòu)。

優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)為:水箱橫向單管長度以兩端軸承座支座之間距離為基準(zhǔn)，可上下浮動0 ～50 mm，水箱橫向單管位置設(shè)在端部軸承座支座支撐板下端和各主梁間連接板之間;縱向多管水箱底部與橫向單管密封焊接，上端以軸承座支座底端為基點，上下浮動0 ～5 mm，位置為軸承座側(cè)面所開水孔方向外延80 mm ～100 mm，原軸承座底座側(cè)面開Φ23 mm孔，底座與方管水道設(shè)計Φ22 mm 膨脹節(jié)，長度80 mm ～100 mm，以適應(yīng)水道的熱膨脹和底座的拉坯力引起的變形，還能適應(yīng)水道焊接制造的加工誤差。水路水箱橫向單管、縱向多管整體焊接、全部試壓，試壓2．0 MPa，保壓30 min，確認無泄露后整體點焊至上述位置，提高整體焊接質(zhì)量和水箱安裝的勞動效率。大大降低了生產(chǎn)與設(shè)備故障，整體提升了連鑄機的設(shè)備性能，發(fā)揮了不會因設(shè)備空間狹小而無法在線維保的優(yōu)勢。

4 取得效果

4．1 提高了扇形段的整體壽命

通過水道材質(zhì)的優(yōu)化，提高了扇形段原設(shè)計碳鋼結(jié)構(gòu)的壽命，由原1 ～2年提高到4 ～5年。采用新工藝修復(fù)后的扇形段在線壽命平均達到4．8年，間接地降低了維修成本和生產(chǎn)成本。

4．2 降低了修復(fù)難度，提高了工作效率

縱向多管整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，提高整體焊接質(zhì)量和水箱安裝的勞動效率。較大的降低了生產(chǎn)與設(shè)備故障，整體提升了連鑄機的設(shè)備性能，發(fā)揮了不會因設(shè)備空間狹小而無法在線維保的優(yōu)勢。通過水道結(jié)構(gòu)改進，實現(xiàn)了扇形段水道修復(fù)難度降低，有效地解決了水道對于扇形段結(jié)構(gòu)引起的應(yīng)力集中問題，使扇形段結(jié)構(gòu)更好的適應(yīng)了扇形段在拉鋼過程中的拉坯力引起的框架變形，框架適應(yīng)性更高，解決了原設(shè)計的不足和缺陷。有效地提高了連鑄機的生產(chǎn)效率。

4．3 實現(xiàn)了備件的統(tǒng)一，降低了扇形段漏水故障率

軸承座支座的水孔修復(fù)工藝改進，實現(xiàn)了軸承座水孔、油孔的內(nèi)部精度的恢復(fù)，實現(xiàn)水道的長期密封效果，解決了扇形段輥子漏水問題。

通過軸承座水路、油孔移位優(yōu)化，修復(fù)工藝實現(xiàn)扇形段輥子結(jié)構(gòu)簡單化，對稱性好，軸承座結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，由原設(shè)計四種變?yōu)閮煞N，備件可互換，維修方便，不會出現(xiàn)因軸承座品種多產(chǎn)生的裝配質(zhì)量問題。以安鋼為例:備件統(tǒng)一后僅一年節(jié)約水冷軸承座備件量800 余件，大大降低了維修成本，軸承座老化后，一件輥子的四個座子實現(xiàn)中間與端部調(diào)配使用，間接效益每年約90 余萬元。

改造過的框架，沒有出現(xiàn)水道漏水現(xiàn)象。扇形段框架漏水故障明顯下降。

經(jīng)過兩年來的實踐證明，該修復(fù)工藝取得了良好的效果，因框架漏水下線的扇形段數(shù)量明顯下降。2012年改進后扇形段下線數(shù)量對比見表2。

表2 改進修復(fù)工藝前后扇形段框架漏水下線情況對比

4．4 提高了連鑄機生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本

通過對扇形段的使用情況進行跟蹤，采用改進后的修復(fù)工藝可靠有效，設(shè)備故障率大大降低，扇形段的在線使用壽命明顯提高，連鑄機的備件和軟水等生產(chǎn)成本得到有效控制，兩年來共節(jié)約各項費用230 多萬元。

5 結(jié)語

通過采用優(yōu)化合理的修復(fù)工藝解決了扇形段框架漏水問題，恢復(fù)了連鑄機框架的設(shè)計強度，實現(xiàn)了密封水孔配合面的長期防銹蝕特性。該修復(fù)工藝實用性強，可靠性高，延長了連鑄機扇形段的使用壽命，提高了修復(fù)框架的勞動效率和連鑄機的生產(chǎn)效率。

［1］羅振才．煉鋼機械．第二版．北京:冶金工業(yè)出版社，1989:78 －81．

［2］熊毅剛．現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)技術(shù)－板坯連鑄． 北京:冶金工業(yè)出版社，1994:21．