吳軍

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

1 問題的提出

新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠裝備四臺一機(jī)一流板坯連鑄機(jī)（均為直弧形），自投產(chǎn)以來，鑄機(jī)狀況運(yùn)行良好，該連鑄機(jī)主要滿足中厚板、熱軋卷、冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。近幾年，尤其是3#直弧形板坯連鑄機(jī)頻繁出現(xiàn)鑄坯拉坯過程中阻力過大，甚至拉不動的現(xiàn)象，多發(fā)生在中間包快換結(jié)束后的再次起步過程中，往往需要轉(zhuǎn)手動高壓拉出，對鑄機(jī)弧度精度和扇形段等設(shè)備的機(jī)械構(gòu)造損傷較大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)滯坯，只能停機(jī)作業(yè)，按照“凍坯”模式處理事故，即將鑄坯在直導(dǎo)段下方割斷后將結(jié)晶器、直導(dǎo)段吊出，再逐次抬起相應(yīng)扇形段驅(qū)動輥后將鑄坯返送并分段割斷吊出，事故處理時間長，對生產(chǎn)影響很大。

2 鑄坯拉坯阻力過大原因分析

鑄坯出現(xiàn)拉不動即拉坯力小于拉坯阻力。拉坯力是各扇形段驅(qū)動輥拉坯傳動力之和；拉坯阻力主要由結(jié)晶器摩擦阻力、直弧變弧區(qū)鑄坯頂彎阻力、二冷支導(dǎo)系統(tǒng)的阻力、鑄坯與驅(qū)動輥、夾緊輥間摩擦阻力、切割阻力、鑄坯與輸送輥間摩擦阻力、鑄坯自重的下滑力等組成。當(dāng)拉坯產(chǎn)生的摩擦力足以克服拉坯時的各種阻力，鑄坯就能順利拉出，反之起拉坯作用的驅(qū)動輥就會在引錠鏈板或鑄坯上打滑，不能拉出鑄坯。

與弧形連鑄機(jī)相比，直弧形連鑄機(jī)變形阻力部分多出了鑄坯在直導(dǎo)段變弧區(qū)的頂彎變形阻力，特別是在中間包快換或長時間低拉速澆注的情況下，進(jìn)入變弧區(qū)的鑄坯由于冷卻時間延長導(dǎo)致坯殼增厚、鑄坯表面溫度降低、硬度增大，鑄坯變形力增大，鑄機(jī)拉坯阻力過大，出現(xiàn)“鑄坯拉不動”，最終導(dǎo)致直導(dǎo)段輥子不轉(zhuǎn)、鑄坯劃傷，甚至出現(xiàn)輥子斷或軸承破碎的現(xiàn)象。

在生產(chǎn)實踐過程中，造成鑄坯拉不動有設(shè)備和工藝方面的多種因素：如鑄機(jī)扇形段等輥子或機(jī)架漏水，造成鑄坯過黑，變形阻力增加；扇形段輥子磨損造成鑄坯積渣、卡阻后摩擦阻力增大；鑄機(jī)弧度精度降低，鑄坯變形量增大；鑄機(jī)開口度變化，造成鑄坯鼓肚或擠壓變形；系統(tǒng)傳動力不足造成拉坯力降低；鑄坯中間包快換二次開澆接縫處滲鋼；中間包快換時間過長導(dǎo)致鑄坯過黑變形、漏鋼等。

2.1 設(shè)備因素的影響

2.1.1 系統(tǒng)傳動力不足造成拉坯力降低

八鋼連鑄機(jī)采用直流并勵電機(jī)進(jìn)行調(diào)速拉矯，最大起動力矩達(dá)到300%。實踐證明，鑄機(jī)13個段中某個電機(jī)未啟動，對整體鑄坯的拉矯和起動影響不大，但在整個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，部分電機(jī)斷電或啟動力矩不夠及電機(jī)的不同步起動就會造成鑄坯起步拉不動。

實際生產(chǎn)過程中，最常見的情況是：獲得開澆起步信號的鑄坯不能拉動或鑄坯打滑又拉動，反復(fù)進(jìn)行起步-停止-起步操作，可能某次起動就能將鑄坯拉走。這是因為得到信號后的部分電機(jī)先起動加載負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷過大時出現(xiàn)跳電或打滑現(xiàn)象，而后起動的電機(jī)又在先起動電機(jī)已跳電失去驅(qū)動能力后起動加載了負(fù)荷，同樣因超負(fù)荷跳電或打滑。此種情況一個周期內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)或疊加出現(xiàn)。

板坯連鑄機(jī)的機(jī)械傳動系統(tǒng)是由各段的齒聯(lián)軸器、行星減速機(jī)和萬向聯(lián)軸器組成，將電機(jī)驅(qū)動力通過輥子施加在鑄坯上，要保證力矩在傳遞過程中盡可能少的消耗，齒聯(lián)軸器就必須沒有過量磨損或破損失效。如齒磨損嚴(yán)重或兩齒聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓松動時就會出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，力矩傳遞比剛性傳動滯后，整個系統(tǒng)就出現(xiàn)了不同步，使起動力矩不夠。生產(chǎn)實踐中常見現(xiàn)象為發(fā)現(xiàn)反復(fù)起動板坯仍拉不動，部分減速機(jī)起動后和底座一起晃動，齒聯(lián)軸器出現(xiàn)周期性掉齒傳動。同時，由于生產(chǎn)的連續(xù)性，會造成在高溫水汽環(huán)境下工作的萬向聯(lián)軸節(jié)出現(xiàn)松動失效。

通過計算分析，說明系統(tǒng)傳動力與拉坯力的關(guān)系。

（1）八鋼板坯連鑄機(jī)扇形段設(shè)計理論輸出轉(zhuǎn)矩參數(shù)：2-6段的額定轉(zhuǎn)矩=9550×7.5/1000=71N/m，最大轉(zhuǎn)矩=71×1.5=107N/m；7-13段的額定轉(zhuǎn)矩=9550×11/1000=105N/m，最大轉(zhuǎn)矩=105×1.5=158N/m；2-6段減速機(jī)速比為298，7-13段減速機(jī)速比為310。

（2）根據(jù)設(shè)計值測算輸出到扇形段輥子上的轉(zhuǎn)矩為：2-6段的額定轉(zhuǎn)矩=71×298=21158N/m，最大轉(zhuǎn)矩=107×298=31290N/m；7-13段的額定轉(zhuǎn)矩=105×310=32550N/m，最大轉(zhuǎn)矩=158×310=48980N/m。

（3）生產(chǎn)過程中發(fā)生拉不動時連鑄機(jī)實際顯示的平均轉(zhuǎn)矩為：2-6段的平均轉(zhuǎn)矩11.6 kN/m；7-13段的平均轉(zhuǎn)矩21.4 kN/m.

由以上數(shù)據(jù)可以看出，八鋼板坯連鑄機(jī)扇形段轉(zhuǎn)矩輸出偏小達(dá)不到額定轉(zhuǎn)矩，是造成拉不動的原因之一。

2.1.2 鑄機(jī)弧度精度降低或開口度變化

鑄機(jī)開口度變化，尤其是變大的情況下，凝固鑄坯的液態(tài)部分在靜壓力的作用下會對凝殼形成擠壓造成鑄坯鼓肚。正常情況下，鼓肚引起的凝固殼外部與驅(qū)動輥之間摩擦力是鑄坯在鑄機(jī)中運(yùn)行的決定要素，也是形成鑄機(jī)拉坯力的基本條件。鑄機(jī)拉動鑄坯除考慮電機(jī)功率的大小外，還需要考慮每個驅(qū)動輥子處鼓肚力允許的拉坯力。

鼓肚引起的拉坯阻力占總拉坯阻力的大約40%,各因素的影響關(guān)系見公式[1]

式中：RB—鼓肚引起的拉坯阻力，kN；

Pi—由鋼水靜壓力引起的第i個導(dǎo)輥處的鼓肚力，kN；

Dri—內(nèi)外弧第對輥子的平均直徑，cm；

Droi、Drui—分別為內(nèi)外弧第i號輥子的輥徑，cm；

0.5—與實測值比較給出的修正系數(shù)；

AREA—鋼液靜壓力(實際上也是鼓肚力)的修正系數(shù),對于板坯AREA=1；

i—結(jié)晶器足輥至連鑄機(jī)最末一對輥子之間的任意一對輥子；

n4—支撐未完全凝固的板坯的輥子對數(shù)。

因此，由于鑄機(jī)開口度變化而造成的鼓肚拉不動在快換中間包或其它原因造成的停拉速后的二次起步過程中尤為常見。

鑄機(jī)弧度變化帶來的影響除了造成鑄坯角部裂紋的缺陷外，還會因為流線精度偏差造成鑄坯變形阻力增大，使起動力矩增大，鑄坯拉不動。目前，絕大多數(shù)的板坯連鑄機(jī)的弧度精度僅能通過冷態(tài)檢測反饋。由于拉坯停止后，作用在鑄坯上的拉坯力消失，受力作用下的各扇形段恢復(fù)，致地腳螺栓拉升變形、氧化鐵皮富集墊起、設(shè)備本體氧化等帶來位移間隙滑動前的狀態(tài)，通常的測量手段無法跟蹤其變形量。但在實際生產(chǎn)過程中，由于拉速停止，流線內(nèi)鑄坯在冷卻的作用下坯殼變厚，已發(fā)生的變形量無法再被修正，導(dǎo)致二次起步的鑄坯拉不動。此現(xiàn)象在直導(dǎo)段的變弧區(qū)，尤其是懸掛式直導(dǎo)段表現(xiàn)尤為明顯。

八鋼板坯連鑄機(jī)流線弧度控制精度要求1±0.3mm，停機(jī)檢測只要大于標(biāo)準(zhǔn)范圍就必須檢修調(diào)整，精度質(zhì)量要求控制在90%以上。實踐表明，弧度及開口度精度質(zhì)量低于75%，板坯質(zhì)量事故和拉坯起不動的事故發(fā)生頻繁。

2.1.3 扇形段輥子磨損的影響

鑄機(jī)由于檢修時點檢不到位造成的扇形段輥子磨損積渣、漏水等情況，尤其是扇形段內(nèi)弧漏水，會導(dǎo)致鑄坯局部過冷、變形量增大；積渣，會在鑄坯表面形成刨花狀或楔鐵狀附積物，造成阻力增大。達(dá)到一定程度后就會出現(xiàn)拉不動的情況。

2.2 工藝操作的影響

2.2.1 中間包快換時間的影響

由于操作過程中準(zhǔn)備工作及作業(yè)規(guī)范不明確，導(dǎo)致鑄坯在鑄機(jī)中長時間靜止而沒有新的鋼水補(bǔ)充，坯殼在輥子間尤其是段間會產(chǎn)生鼓肚應(yīng)變，直弧形連鑄機(jī)因垂直高度大表現(xiàn)更為明顯。同時，由于高溫鑄坯的長時間停滯會造成輥子局部受熱不均勻而產(chǎn)生撓曲變形，有些變形量可以在一定時間后恢復(fù)，而有的是不可恢復(fù)的。這種快換中間包時間過長的操作會使輥縫精度降低，造成拉坯阻力增大，從而導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)跳閘鑄坯拉不動，嚴(yán)重情況下會對輥子、軸承造成斷裂、漏水等設(shè)備損壞。

2.2.2 中間包快換過程中冷卻過強(qiáng)

中間包快換過程中，由于鑄坯處于蠕動狀態(tài)，往往采取鑄機(jī)狀態(tài)切換的方法來避免冷卻過強(qiáng)。鑄坯冷卻過強(qiáng)會導(dǎo)致坯殼增厚變硬，變形力增大，特別是直導(dǎo)段變弧區(qū)承受的變形力增加更為明顯。實際生產(chǎn)中會發(fā)生沒有及時轉(zhuǎn)換模式造成冷卻過強(qiáng)而出現(xiàn)的鑄坯拉不動現(xiàn)象。

2.2.3 結(jié)晶器內(nèi)鑄坯接縫滲鋼

在中間包快換過程中，由于結(jié)晶器內(nèi)的坯殼的冷卻收縮形成與銅板間的空隙，新開澆的鋼水會從坯殼與結(jié)晶器間縫隙里滲出，在新舊鑄坯重接處表面（特別是側(cè)?。┬纬删哂幸欢◤?qiáng)度和厚度的鋼水綹子，這些滲出鋼水會增加結(jié)晶器與坯殼間的摩擦力，不但會造成拉坯阻力增大而導(dǎo)致鑄坯拉不動，嚴(yán)重時還可能自接口處拉裂造成漏鋼。

3 采取的措施

針對鑄坯拉不動的影響因素，從設(shè)計、精度控制、生產(chǎn)操作等方面進(jìn)行了歸納，見表1。

表1 鑄坯拉不動的影響因素

3.1 設(shè)備維護(hù)采取的措施

(1)通過加強(qiáng)點檢維護(hù)，保證機(jī)械傳動系統(tǒng)和電機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)備性能良好，螺栓不松動，聯(lián)軸器不損壞、不松動。

(2)提高扇形段輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩，進(jìn)一步測算扇形段負(fù)荷分配，同時核算連鑄熱換中包過程的拉坯阻力。

(3)加強(qiáng)扇形段弧度和開口度精度的定期檢測和精度控制管理，具體包括檢修過程的質(zhì)量監(jiān)控、輥縫測量儀的使用、對弧及輥縫檢測矯正、周期性進(jìn)行扇形段積渣的清理。

(4)正常澆鑄及出現(xiàn)拉不動情況時驅(qū)動輥壓力控制要求見表2。

表2 直弧形板坯連鑄機(jī)驅(qū)動輥壓力控制要求

3.2 工藝操作方面采取的措施

(1)進(jìn)一步規(guī)范了中間包快換的操作方法和作業(yè)要求。嚴(yán)格控制鑄坯在鑄機(jī)內(nèi)的停留時間和事故狀態(tài)下的冷卻制度；

(2)保證各冷卻水系統(tǒng)狀況良好；

(3)細(xì)化中間包快換操作過程中結(jié)晶器保護(hù)渣及封頂件的使用要求。

采取對應(yīng)措施后，3＃直弧形板坯連鑄機(jī)拉不動板坯的問題得到有效改善，發(fā)生頻次大幅下降。

4 結(jié)束語

板坯連鑄機(jī)拉坯阻力過大，導(dǎo)致連鑄坯拉不動。從設(shè)備和工藝兩方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析,針對設(shè)備點檢維護(hù)、連鑄扇形段的負(fù)荷優(yōu)化分配，對連鑄扇形段的開口度、輥縫定期檢測和及時矯正，嚴(yán)格控制連鑄板坯在鑄機(jī)內(nèi)的停留時間，細(xì)化故障狀態(tài)下的冷卻制度，保證冷卻水系統(tǒng)正常運(yùn)行。等調(diào)整優(yōu)化后，取得了顯著效果。目前已在八鋼四臺板坯板坯連鑄機(jī)上推廣應(yīng)用。