雷 華，楊拉道，張繼強(qiáng)，龍志成，王文學(xué)，李新強(qiáng)

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032;2.新疆八一鋼鐵股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830022)

1 前言

不銹鋼連鑄機(jī)生產(chǎn)過程中，鑄坯經(jīng)過冷卻區(qū)域逐漸凝固，會在表面形成一層不同于碳鋼板坯的較薄氧化鐵皮層和保護(hù)渣層，如果不做處理，會影響軋制成板材的表面質(zhì)量，同時(shí)也影響軋制設(shè)備的輥?zhàn)訅勖?/p>

中國重型機(jī)械研究院股份公司根據(jù)用戶的要求，于2011年開發(fā)出了一臺不銹鋼連鑄板坯表面清理機(jī)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。在連鑄過程中，在線熱態(tài)清理連鑄坯表面，生產(chǎn)使用后效果很好。

本文對連鑄板坯在線表面清理設(shè)備的工作機(jī)理、原理、結(jié)構(gòu)形式和使用效果進(jìn)行介紹。

2 表面清理機(jī)的設(shè)備組成及工作原理

在線鑄坯表面的氧化鐵皮和保護(hù)渣混合層溫度比較高，一般在600℃左右，緊緊與鑄坯基體粘合在一起。連鑄過程中，高壓水噴射到高溫混合層上后，在快速冷卻的同時(shí)，也會迅速龜裂，降低混合層與鑄坯基體的粘著力。布置出坯線上的不銹鋼表面清理機(jī)，利用其高速旋轉(zhuǎn)鋼刷輥去除這種混合層，以保證不銹鋼連鑄板坯的質(zhì)量。

2.1 表面清理機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu) (圖1)

連鑄板坯在線表面清理機(jī)組主要由機(jī)械、氣動(dòng)控制和供水系統(tǒng)構(gòu)成。其中設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由氣缸1、平衡機(jī)構(gòu)2、機(jī)架3、鋼刷輥4、萬向聯(lián)軸器5、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6和鑄坯導(dǎo)向裝置7等組成。

2.1 清理機(jī)的工作原理

清理機(jī)工作原理如圖2所示。上下鋼刷輥6、7緊貼鑄坯表面，并逆鑄坯移動(dòng)方向高速旋轉(zhuǎn)，擦刷鑄坯表面的混合層，即旋轉(zhuǎn)線速度與鑄坯方向相反。

圖2 清理機(jī)工作原理Fig.2 Working principle of cleaning machine

上鋼刷輥壓鑄坯的力大小通過平衡架3兩側(cè)的力P1、P2的大小來調(diào)節(jié)。上鋼刷輥沿機(jī)架1導(dǎo)向而上下移動(dòng)，相互鉸接的第一連桿4、第二連桿5將上鋼刷輥6平衡架鉸接起來，使上鋼刷輥上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)自由度符合機(jī)械設(shè)計(jì)原理。維護(hù)時(shí)，上鋼刷輥需要抬起，通過與機(jī)架1上的氣缸2拉動(dòng)平衡架3的鋼刷輥端，使鋼刷輥抬起。在鋼刷輥工作時(shí)，氣缸上下腔與大氣相通，處于自由狀態(tài)。鋼刷的擦刷力在通過P1、P2調(diào)整確定后，即使不平整的鑄坯通過，也可實(shí)現(xiàn)鋼刷輥對鑄坯有一定的壓力，達(dá)到與鑄坯形狀變化與清理機(jī)的自適應(yīng)目的。

蝸輪10在合適力度的平衡碼11的作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蝸桿9轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，使絲桿8上升，推動(dòng)鋼刷輥7沿機(jī)架1導(dǎo)向并上下移動(dòng)，使下鋼刷輥緊貼鑄坯。平衡碼11的大小，與合混合層去除效果和鋼刷輥壽命有關(guān)。

上鋼刷輥的平衡架及下鋼刷輥的平衡碼除實(shí)現(xiàn)鋼刷輥的擦刷力恒定之外，在鋼刷輥磨損變化的情況下，也可自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以機(jī)械方式來降低控制難度。

3.2 氣動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

氣動(dòng)控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)上鋼刷輥升降，其原理如圖3所示。壓縮空氣經(jīng)過氣源處理三聯(lián)件處理后，先后通過三口兩位電磁閥、五口兩位電磁閥及單向節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)氣缸的動(dòng)作控制。處于圖3所示的閥位時(shí)，氣缸處于縮回狀態(tài)。當(dāng)三口兩位電磁閥、五口兩位電磁閥處于右位時(shí)，氣缸的進(jìn)出口均與大氣接通，處于自然狀態(tài)。氣缸上下腔回路上的單向節(jié)流閥可以實(shí)現(xiàn)氣缸升降速度調(diào)節(jié)，從維修的角度考慮在系統(tǒng)上設(shè)置手動(dòng)截止閥，以方便維護(hù)人員對設(shè)備進(jìn)行檢查和維修。

圖3 氣動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理Fig.3 Working principle of air-actuated control system

3.3 供水系統(tǒng)工作原理

供水系統(tǒng)由高壓水系統(tǒng)和沖洗系統(tǒng)組成。高壓水系統(tǒng)如圖4所示。水源經(jīng)氣動(dòng)球閥補(bǔ)給到水箱中，水位通過液位計(jì)和溢流管進(jìn)行調(diào)節(jié)，水箱中的水通過過濾器、截止閥后，經(jīng)多級泵將水加壓到30 MPa后，流向高壓噴嘴對進(jìn)入鋼刷輥前的鑄坯表面快速冷卻，噴嘴水流噴射方向逆鑄坯移動(dòng)方向。高壓泵兩組并聯(lián)，一用一備，通過高壓水泵入口的手動(dòng)截止閥調(diào)整參與工作的水泵。高壓泵出口的止回閥防止高壓水注入非工作泵，壓力表為安全閥對噴水壓力調(diào)節(jié)提供依據(jù)，靠近噴嘴的截止閥和止回閥一方面在噴嘴更換或維護(hù)時(shí)起到切斷水源的作用，另一方面可防止高壓水流向非工作管路。

圖4 高壓水系統(tǒng)Fig.4 High-pressure water system

沖洗系統(tǒng)原理如圖5所示。0.3 MPa的普通水源經(jīng)過噴嘴后，噴射在鋼刷輥表面上，將黏貼在鋼刷輥表面上的混合層沖洗下來同時(shí)，對鋼刷輥的鋼刷進(jìn)行冷卻保護(hù)，提高鋼刷輥的使用壽命和工作的有效性能。通過鋼刷輥后的鑄坯大部分氧化鐵皮已經(jīng)脫落，還有少部分附著在上、下鋼刷輥上，必須再用低壓水沖洗掉附著在上面的氧化鐵皮以免影響后續(xù)去除效果。

圖5 沖洗系統(tǒng)Fig.5 Washing system

4 使用效果

2011年9月7日，不銹鋼連鑄板坯在線表面清理機(jī)首次在某鋼廠使用，板坯表面清理效果如圖6，圖6a是未投入表面清理設(shè)備的鑄坯表面，圖6b是投入后的鑄坯表面，效果十分明顯，氧化鐵皮及保護(hù)渣混合層快速的得到去除。

圖6 鑄坯表面清理效果對比圖Fig.6 Contrast of washing effect on slab surfaces

連鑄板坯在線表面清理設(shè)備首次經(jīng)過一個(gè)多月工程使用，出現(xiàn)鋼刷輥的鋼刷脫落現(xiàn)象，后經(jīng)對鋼刷輥改進(jìn)，壽命延長到6個(gè)多月。

一種新型設(shè)備表面清理機(jī)，成功應(yīng)用于工程，為連鑄板坯在線表面清理提供了一種有效的手段和方法。

［1］安子軍.機(jī)械原理 ［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［2］干勇，倪滿森，徐志祥.現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼實(shí)用手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010.

［3］趙軍友，徐依吉，袁寶民.隔熱管清洗技術(shù)研究［J］.石油礦場機(jī)械，2010(2).