郭江增　李冰　朱躍克　段占生

(河南濟(jì)源鋼鐵(集團(tuán))有限公司)

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新型引錠燕尾槽連接件在小方坯連鑄機(jī)上的應(yīng)用

郭江增李冰朱躍克段占生

(河南濟(jì)源鋼鐵(集團(tuán))有限公司)

通過改進(jìn)連鑄小方坯引錠燕尾槽連接件的加工工藝，實(shí)現(xiàn)一次冷墩成型，減少應(yīng)力脆點(diǎn)。同時(shí)優(yōu)化連接件材質(zhì)，提高抗交變應(yīng)力強(qiáng)度。有效解決了連接件在使用過程中斷裂問題。提高鋼坯成才率和生產(chǎn)效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

應(yīng)力點(diǎn)拉斷冷墩成型

0　前言

小方坯連鑄機(jī)起步開澆是事故率最高的環(huán)節(jié)[1-2]，影響因素多且偶然性極大,直接影響到起步成功率、作業(yè)效率、鋼坯質(zhì)量等，如果出現(xiàn)拉脫、拉斷，處理不當(dāng)甚至?xí)斐扇松韨κ鹿?。分析開澆拉脫事故主要原因有兩個(gè)：一、引錠桿燕尾槽與連接件固定不牢固；二、連接件自身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)異常開焊或斷裂。本文針對因連接件質(zhì)量因素造成的拉脫事故展開分析，并研究實(shí)施改進(jìn)方案，以期減少事故，提高生產(chǎn)效率。

1　濟(jì)源鋼鐵小方坯連鑄裝備情況及起步操作

河南濟(jì)源鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠有兩臺(tái)四機(jī)四流小方坯連鑄機(jī)，澆注斷面分別為：150 mm×150 mm和200 mm×200 mm。其中3#連鑄機(jī)以150 mm斷面生產(chǎn)建筑用鋼為主。3#機(jī)平均拉速2.6 m/min,年產(chǎn)能在80 萬t。起步開澆拉速設(shè)置為1.5 m/min,然后盡快提高到正常拉速。

其中連鑄引錠桿裝置包括引錠桿、引錠桿存放裝置、脫引錠桿裝置。引錠桿由引錠頭和引錠桿本體兩部分組成，引錠頭的外形呈鉤子形，其作用是在開澆之前，將結(jié)晶器的下口堵住，起到底板的作用。以便澆入的鋼水有足夠的時(shí)間在結(jié)晶器里形成與引錠桿頭成掛鉤似的活連接的凝固坯頭，當(dāng)引錠頭通過拉矯機(jī)后，專門的脫引錠裝置使引錠頭與鑄坯自動(dòng)脫開。引錠桿本體上端連接引錠頭，下端被拉輥咬合，開始澆注時(shí)將鑄坯拉出。其中在引錠和坯頭之間起關(guān)鍵連接作用的就是連接件。

送引錠準(zhǔn)備工作：將引錠桿送入二冷室，將連接件頭部卡入引錠頭燕尾槽內(nèi)并用木銷固定。為保證引錠頭與結(jié)晶器壁的密封，同時(shí)防止引錠頭與鋼坯頭部粘接影響脫坯，在引錠頭部用耐高溫石棉布覆蓋，手動(dòng)操作緩慢送入結(jié)晶器下口。然后從結(jié)晶器口部在連接件周圍加入鋼水冷卻料并分布均勻，送引錠準(zhǔn)備工作結(jié)束。

2　連接件存在問題分析

原來引錠頭燕尾槽所使用連接件為自行加工焊接，材質(zhì)為普通螺紋鋼。連接件如圖1所示。

圖1　普通螺紋鋼連續(xù)焊接

由于是自行加工焊接，且所使用螺紋鋼多為剪切廢材。不僅焊接工藝無法保證穩(wěn)定合格，螺紋鋼質(zhì)量及強(qiáng)度也未能嚴(yán)格驗(yàn)收。2013年前，3#機(jī)曾頻繁出現(xiàn)連接件從1處開焊造成拉脫事故。2013年出現(xiàn)爆發(fā)性趨勢，最多1月出現(xiàn)3次拉脫事故，造成長時(shí)間缺流拉鋼和過熱度升高，生產(chǎn)穩(wěn)定性受到極大威脅。

2.1連接件開焊跟蹤分析

經(jīng)過現(xiàn)場生產(chǎn)跟蹤，同時(shí)對連接件和開焊件反復(fù)對比，最終確定造成連接件開焊的原因主要由三點(diǎn)：1)連接件材質(zhì)是普通螺紋鋼，所使用焊條是普通Q235焊條。在焊接成功后長時(shí)間未用或使用時(shí)瞬間高溫下，存在膨脹收縮不均勻，在焊縫中間出現(xiàn)應(yīng)力點(diǎn)(斷裂的連接件焊縫中有明顯的孔洞)；2)由于起步設(shè)定拉速比較高，拉矯機(jī)瞬間拉力較大，造成焊縫處薄弱應(yīng)力點(diǎn)斷裂；3)由于是人工焊接，存在焊接質(zhì)量差、焊接面積小、焊縫不飽滿等不可避免因素。

2.2引錠桿連接件承受的拉力理論計(jì)算[3]

2.2.1引錠桿在二冷區(qū)內(nèi)承受的阻力

F1=R×A×Y(u+1)

式中：A——引錠桿的斷面積 ,cm2; Y——引錠桿的比重，取Y=0.0785(N/ cm3); u——引錠桿在二冷室的摩擦系數(shù)，取u=0.3。

已知A=150 mm×150 mm,連鑄機(jī)的外弧半徑R=8 m,帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得出F1=13777 N。

2.2.2拉矯機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件摩擦阻力

拉矯機(jī)正常拉坯阻力一般為二冷區(qū)阻力的1/3,所以

F2=F1/3=4592 N

2.2.3引錠桿連接件承受的總拉力

引錠桿連接件承受的總拉力可由下式計(jì)算：

F= F1+ F2=18369 N

連接件焊縫長度為15 mm, 根據(jù)計(jì)算，承受的最大拉力約為19950 N。與理論計(jì)算連接件承受的拉力幾乎相同。焊接質(zhì)量及焊縫長度、拉坯阻力稍有波動(dòng)，極易產(chǎn)生焊縫拉開斷裂事故。

3　改進(jìn)方案

由于小方坯連鑄以生產(chǎn)普鋼為主，開澆快速起步是保證產(chǎn)量和生產(chǎn)穩(wěn)定的主要因素。開澆拉速不可能調(diào)整太低。綜合前面原因分析，如果能夠在材質(zhì)改善的基礎(chǔ)上，連接件1和2處能避免焊縫連接，實(shí)現(xiàn)一體成型，將徹底解決連接件斷裂問題。由于連接件體積較大，實(shí)施起來難度較大。經(jīng)過反復(fù)查找，根據(jù)鐵路枕木鐵釘?shù)脑?，大膽提出連接件使用鐵釘?shù)囊淮卫涠粘尚偷闹谱鞴に囋O(shè)想，并逐步開始實(shí)施。

為了提高連接件強(qiáng)度，經(jīng)過比對，決定采用45鋼作為連接件材質(zhì)。45鋼抗拉強(qiáng)度為600 Mpa,直徑15 mm的45鋼連接件，如果能夠一次冷墩成型，約可承受600000 N的拉坯阻力，是理論計(jì)算拉坯阻力的30倍，安全系數(shù)能得到極大提高。經(jīng)過積極聯(lián)系供應(yīng)商技術(shù)人員，論證一次成型的可能性并討論加工工藝。最終確定流程為拉絲—冷鐓—彎曲—調(diào)質(zhì)—拋光—焊接附件—檢驗(yàn)出廠。 改進(jìn)后一體成型如圖2所示。

圖2　改進(jìn)后一體成型

4　連接件改進(jìn)后效果對比

2013年5月，第一批冷墩成型連接件100件到貨并跟蹤投入試用。試用30個(gè)中包，在原來拉速設(shè)定參數(shù)下，全部一次開澆拉坯成功，徹底結(jié)束了連接件斷裂的問題，2012年～2015年由于連接件斷裂造成拉脫事故對比見表1，改進(jìn)前與改進(jìn)后消耗對比見表2。

表1　2012年～2015年由于連接件斷裂造成拉脫事故對比

表2　改進(jìn)前與改進(jìn)后消耗對比

從表1可以看出，使用改進(jìn)連接件后，拉脫事故為零。

5　結(jié)束語

1)經(jīng)過重新研究和理論計(jì)算，大膽改進(jìn)連接件材質(zhì)和加工工藝，小方坯連鑄起步事故率達(dá)到有效控制。

2)事故率降低后，連接件消耗大大降低。改進(jìn)后連接件單耗雖然價(jià)格比原來高，但是每年消耗總值反而下降，使生產(chǎn)工藝件費(fèi)用得到了有效可控。

[1]周漢全.降低小方坯連鑄起步事故率的實(shí)踐[J].柳鋼科技,2000,16(1):7-10.

[2]孫曉屏.方坯連鑄起步事故的分析與控制[J].南鋼科技與管理,2005(3):23-26.

[3]李憲奎，許志強(qiáng).連鑄拉矯機(jī)的拉坯阻力及功率的計(jì)算[J].冶金設(shè)備,1986(4)：29-35.

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(Henan Jiyuan Iron and Steel (Group) Co.,LTD)

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聯(lián)系人：郭江增，工程師，河南.濟(jì)源(459000)，河南濟(jì)源鋼鐵公司第二煉鋼廠；2015-12-15