SCR鑄輪機械故障的控制

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鑄輪是整條scr銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線的核心部件。其正常運行，對于正常生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)至關(guān)重要。而江銅分別于2003、2006年從美國SOUTHWIRE公司引進了SCR3000、SCR4500兩條連鑄連軋生產(chǎn)線［1～3］，盡管其技術(shù)裝備水平先進，工藝成熟，然而，由于外方對SCR生產(chǎn)線核心技術(shù)長期實施壟斷和技術(shù)封鎖，作為關(guān)鍵易損件的鑄輪進口周期長、價格昂貴、用量較大，常常供不應(yīng)求；鑄輪機械故障曾一度成為生產(chǎn)的“瓶頸”問題，生產(chǎn)線產(chǎn)能受到嚴重影響，使得生產(chǎn)線綜合效能和規(guī)模效益得不到充分體現(xiàn)和發(fā)揮。因此，有針對性地對鑄輪進行技術(shù)裝備創(chuàng)新及對機械故障進行合理控制十分重要。

1鑄機系統(tǒng)設(shè)備工藝流程

1．1鑄機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

鑄機系統(tǒng)是SCR連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線的重要工序。主要包括：中間包澆注機構(gòu)、鑄模結(jié)晶機構(gòu)、導(dǎo)輪傳動機構(gòu)、坯預(yù)處理機構(gòu)等。其主要設(shè)備有：中間包、中間包底座、鑄輪及鑄輪機座、鋼帶傳動裝置、導(dǎo)輪及過橋裝置、夾送輥、旋轉(zhuǎn)剪、氣動橋架、削邊裝置、液壓剪等。其輔助系統(tǒng)主要由：鋼帶及SPOUT加熱器、鑄機水系統(tǒng)、高壓水系統(tǒng)、高壓風(fēng)系統(tǒng)、乙炔系統(tǒng)等組成。圖1為SCR生產(chǎn)線鑄機結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖。

1．2鑄機系統(tǒng)工藝流程

其工藝流程為：銅原料→提升加料機→豎爐→上、下流槽→中間包→五輪式鋼帶澆注機→旋轉(zhuǎn)剪→預(yù)處理機。其特點是：結(jié)構(gòu)簡單，易調(diào)整操作，維修保養(yǎng)便利。

2鑄輪設(shè)計原理及其工況分析

銅液鑄造的錠坯品質(zhì)好壞，將影響到銅桿后序加工品質(zhì)，甚至最終產(chǎn)品品質(zhì)。因此，鑄輪結(jié)構(gòu)設(shè)計必須合理、有效。

2．1鑄輪設(shè)計原理

鑄輪的作用是將大于1083℃熔融銅液結(jié)晶成為910℃的連續(xù)鑄錠，敞口外圓一半由鋼帶包絡(luò)成封閉空腔，轉(zhuǎn)動的同時將熾熱的錠坯送出、喂進主軋機軋制［2］。SCR生產(chǎn)線五輪式鋼帶澆注機示意圖見圖2。鑄輪部件包括銅環(huán)、側(cè)板、支承板等。鑄輪銅環(huán)采用銅合金材料，其加工制造工藝為：真空熔煉→真空鑄造→熱鍛→環(huán)軋→固溶→時效→機加工→探傷→包裝。采用鑄輪護板、銅環(huán)整體裝配鑄輪，可反復(fù)多次進行機加工，以延長其使用壽命，降低成本；同時實現(xiàn)鑄輪下機裝配，模具更新快速，減少了停車時間；而鑄輪垂直安裝設(shè)計，能方便熔池內(nèi)氣體及時溢出，高效熱傳遞提高了錠坯速度，降低了冷卻水用量。鑄輪的液位采用閉路電視監(jiān)控；其銅液流量由澆包上的塞棒來控制；澆包用一個測力傳感器將信號傳送給保溫爐控制系統(tǒng)，可控制保溫爐銅液的流量，保證澆包液位的穩(wěn)定［3］。

2．2鑄輪性能參數(shù)及其工況分析

SCR3000與SCR4500鑄輪對比，其相同點是結(jié)構(gòu)簡單，材質(zhì)為銅合金，工作原理大致相同，沿外圓周開有鑄坯結(jié)晶槽，其鑄坯形狀、晶相組織基本相同；其不同點是鑄輪轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為1335和1237r／min；鑄坯橫截面積分別設(shè)定為3800和5700mm2。澆注過程中，鑄輪受到錠坯高溫?zé)彷椛浜屠鋮s噴水的冷熱交替作用以及摩擦力和沖擊力的作用。其要求耐高溫、不開裂、抗蠕變、成分均勻，內(nèi)部組織及晶粒均勻，無氣孔、夾雜，機加工性能良好等［4］。

3鑄輪相關(guān)技術(shù)裝備改進

3．1鑄輪高壓水架技術(shù)裝備改進

原鑄輪高壓水架除垢裝置是通過高壓水實現(xiàn)的，原鑄輪易帶水造成銅液飛濺，存在除垢不徹底、煙灰噴涂不均勻、澆注池液面不穩(wěn)和飛濺現(xiàn)象，對鑄錠品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。新設(shè)計鑄輪高壓水架去掉4個側(cè)噴噴嘴，將兩個底部噴嘴合二為一，并向脫模器導(dǎo)輪處下移少許，以延長高壓風(fēng)除水時間，鑄輪三面可同時除垢，效果更好；同時，對噴嘴重新選型，加大其噴水量和水壓，且改變高壓水與鑄輪底圓弧切線的角度?？蓮氐壮翳T輪煙垢，使煙灰噴涂均勻、澆注池液面穩(wěn)定。

3．2鑄輪高壓水噴嘴技術(shù)裝備改進

原設(shè)計鑄輪高壓水噴嘴共有6個，皆延伸入鑄輪銅環(huán)內(nèi)。每次更換鑄輪銅環(huán)時，要將高壓噴嘴座全部拆下，更換系統(tǒng)時間長。而在澆注過程中，噴嘴極易被飛濺的銅粒子堵住水眼，導(dǎo)致出水不均勻，使鑄輪銅環(huán)除垢和冷卻不均勻，影響到產(chǎn)品。新設(shè)計鑄輪高壓水噴嘴，采用單嘴冷卻、除垢，且安裝在鑄輪銅環(huán)外，可解決生產(chǎn)中水嘴易堵的問題。該設(shè)計能滿足鑄輪銅環(huán)在7MPa2高壓水下冷卻、除垢均勻的需要，且可大幅縮短更換系統(tǒng)的時間。

3．3鑄輪吹干裝置技術(shù)裝備創(chuàng)新

原鑄輪壓縮風(fēng)吹干裝置設(shè)計缺陷是鑄輪、鋼帶表面經(jīng)高壓水清洗后，水分較多，在噴涂煙灰前難以清除以保證干燥，煙灰噴涂后鑄輪結(jié)垢快，更為嚴重的是水垢帶水進入熔池后，易造成熔池飛濺，產(chǎn)生大量氣泡，造成鑄錠結(jié)晶不均勻、氣孔較多。新設(shè)計鑄輪吹干裝置增設(shè)一根壓縮風(fēng)管，使其與原壓縮風(fēng)管吹掃出的壓縮風(fēng)同向且形成互補，能完全覆蓋鑄輪工作面，從而消除吹干水氣“死角”，徹底吹干鑄輪工作面上的水氣。

3．4鑄輪備件擺放裝置及設(shè)計

鑄輪是SCR生產(chǎn)線澆注用關(guān)鍵部件。其直徑最大達2440mm，體大笨重，占地面積大，材質(zhì)為銅合金，質(zhì)地偏軟，擺放不好極易導(dǎo)致變形，造成生產(chǎn)時漏銅、滲銅及澆注扭矩變化大等異?，F(xiàn)象，直接會影響到生產(chǎn)線產(chǎn)品品質(zhì)，嚴重時甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。新設(shè)計鑄輪旋轉(zhuǎn)式擺放架能實現(xiàn)鑄輪多層擺放，保證不變形，可保證360°旋轉(zhuǎn)且吊裝便利，即每層三角架都能以支撐軸為中心旋轉(zhuǎn)，每層鑄輪質(zhì)量靠裝有轉(zhuǎn)輪的支撐桿來支撐，每個支撐桿依次間隔200mm，避免相互阻礙；每個轉(zhuǎn)輪可自由靈活轉(zhuǎn)向，鑄輪裝卸十分便利。

4鑄輪機械故障的合理控制

4．1鑄輪銅環(huán)裂紋故障

生產(chǎn)過程中，銅環(huán)整體要經(jīng)受空程到結(jié)晶過程的溫度循環(huán)，輪沿結(jié)晶槽工作表面要承受550～650℃高溫，結(jié)晶腔表面粗糙度逐漸增大，繼而出現(xiàn)表面點蝕現(xiàn)象，繼續(xù)使用點蝕將沿特有的幾個方向（如輪軸線方向、輪沿徑向及其夾角方向）伸長，直至隆起產(chǎn)生微裂紋，造成脫模困難。鑄輪結(jié)晶腔（輪槽）以槽底、輪沿和槽根產(chǎn)生裂紋居多，且裂口最嚴重，裂紋增多、加深甚至穿透，會導(dǎo)致連鑄坯成形缺陷，直至無法滿足工藝要求，導(dǎo)致銅環(huán)失效［2］。

4．2銅環(huán)熱疲勞破壞故障

對熱疲勞破壞的銅環(huán)，應(yīng)車修徹底去除完其表面疲勞層后，再用探傷劑檢查，以確保車修質(zhì)量完全符合要求。每次車修量應(yīng)越小越好，當半徑車修量達到3mm，仍然無法車除裂紋時，必須得到SCR相關(guān)技術(shù)人員檢查認可后，方可進行車修。當銅環(huán)外徑≤2404mm時，仍無法車修好，必須通知SCR相關(guān)技術(shù)人員確認，當?shù)撞亢穸取?5mm時，確認鑄輪報廢。

4．3鑄輪跳動量偏大故障

鑄輪跳動量偏大，通常有鑄輪端面跳動量偏大或鑄輪外圓跳動量偏大兩種。其端面校正以美國南線銅環(huán)圖及附圖指定端面為基準面校正，在銅環(huán)端面任取均布6點校正，使端面最高點和最低點在端面上均布。跳動為0．6mm以上要及時上報，同時要兼顧610mm孔附近的端面跳動在0．35mm以內(nèi)。其外圓校正：以610mm內(nèi)孔為基準校正，610mm圓跳動在0．2mm以內(nèi)，同時要兼顧2440mm外圓，外圓跳動在0．5mm以上要求上報。

4．4鑄輪漏銅頻繁故障

鑄輪漏銅時有發(fā)生，其主要原因有：①鑄輪車修精度較差，與其他輪子加工時不同心；②鑄輪軸向或徑向跳動偏大；③鑄輪與鋼帶、壓輪密封有縫隙和跑偏，易漏銅放炮甚至爆炸，造成包死鑄輪和燒壞鑄輪，嚴重影響鑄坯結(jié)晶質(zhì)量，最終導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，飛濺銅水對人身安全構(gòu)成嚴重威脅；④鑄輪、鑄輪護板內(nèi)堆積有冷銅；⑤鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線不在同一個平面內(nèi)；⑥鋼帶采購批次寬度減小，易跑偏。為有效地減少或杜絕鑄輪漏銅，應(yīng)采取的控制措施有：①提高鑄輪的車修精度，保證與其他輪子加工時同心；②調(diào)整鑄輪軸向或徑向跳動，直至恢復(fù)正常；③及時調(diào)整鑄輪與鋼帶、壓輪的密封縫隙和糾偏；④清洗鑄輪、鑄輪護板，清除護板內(nèi)冷銅，對表面進行拋光打磨，安裝復(fù)位；⑤及時調(diào)整鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線，保證在同一個平面內(nèi)；⑥把好采購關(guān)，若變更鋼帶規(guī)格，應(yīng)及時向生產(chǎn)人員反饋，并做好事故應(yīng)急預(yù)案。

4．5鑄輪磨損失效故障

鑄輪磨損失效，主要原因是：①冷銅等堅硬異物進入輪槽表面；②鑄輪表面與熱錠坯間相對滑動而引起的摩擦磨損；③鑄輪被交替地加熱和水冷引起的表面熱疲勞磨損。實際生產(chǎn)顯示，鑄輪磨損失效，并非磨損量過大而影響錠坯尺寸，而是其表面磨損不均勻，其底部輪槽部位磨損總是大于其他部位，使錠坯尺寸超出允許范圍，從而導(dǎo)致鑄輪工作失效。

4．6在線打磨鑄輪事故故障

生產(chǎn)過程中，由于鑄輪結(jié)垢導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動大，為消除其銅環(huán)疲勞層，使用在線打磨技術(shù)。若在線打磨鑄輪不當，易造成黑紅坯、坯裂等情況，嚴重時將導(dǎo)致斷坯、倒坯甚至停鑄，嚴重影響生產(chǎn)。為保證SCR生產(chǎn)線的安全順行，應(yīng)采取的控制措施有：①在使用千葉輪前必須確認千葉輪片是否完好，固定螺母是否緊固，連接氣管是否扎牢；②關(guān)閉鑄輪高壓水后，必要時拔起架子；③使用千葉輪時，待空轉(zhuǎn)試驗確認無誤，方可操作下一步；④現(xiàn)場操作中，操作者用手穩(wěn)持千葉輪站在鑄輪操作側(cè)面；⑤將千葉輪緩慢地放入鑄輪槽內(nèi)，輕輕接觸鑄輪底部或側(cè)面，不得用千葉輪片猛壓接觸面，以免鑄輪受傷，或因鑄坯含渣過多而產(chǎn)生斷坯，待穩(wěn)定之后起動千葉輪打磨；⑥確認鑄輪底部、側(cè)面光滑且無明顯結(jié)垢，即可停止打磨。

4．7車修鑄輪尺寸公差超標故障

車修鑄輪尺寸公差超標，往往導(dǎo)致鑄輪車修質(zhì)量差，甚至根本無法使用。車修鑄輪時，應(yīng)按美國南線公司提供的鑄輪車修標準嚴格執(zhí)行。