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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(yùn)行,對(duì)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(guó)SOUTHWIRE公司引進(jìn)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(jìn),工藝成熟,然而,由于外方對(duì)SCR生產(chǎn)線核心技術(shù)長(zhǎng)期實(shí)施壟斷和技術(shù)封鎖,作為關(guān)鍵易損件的鑄輪進(jìn)口周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、用量較大,常常供不應(yīng)求;鑄輪機(jī)械故障曾一度成為生產(chǎn)的“瓶頸”問(wèn)題,生產(chǎn)線產(chǎn)能受到嚴(yán)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(duì)性地對(duì)鑄輪進(jìn)行技術(shù)裝備創(chuàng)新及對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行合理控制十分重要。
1鑄機(jī)系統(tǒng)設(shè)備工藝流程
1.1鑄機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
鑄機(jī)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(jī)構(gòu)、鑄模結(jié)晶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、坯預(yù)處理機(jī)構(gòu)等。其主要設(shè)備有:中間包、中間包底座、鑄輪及鑄輪機(jī)座、鋼帶傳動(dòng)裝置、導(dǎo)輪及過(guò)橋裝置、夾送輥、旋轉(zhuǎn)剪、氣動(dòng)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(jī)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(jī)結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
1.2鑄機(jī)系統(tǒng)工藝流程
其工藝流程為:銅原料→提升加料機(jī)→豎爐→上、下流槽→中間包→五輪式鋼帶澆注機(jī)→旋轉(zhuǎn)剪→預(yù)處理機(jī)。其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易調(diào)整操作,維修保養(yǎng)便利。
2鑄輪設(shè)計(jì)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(jì)必須合理、有效。
2.1鑄輪設(shè)計(jì)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(dòng)的同時(shí)將熾熱的錠坯送出、喂進(jìn)主軋機(jī)軋制[2]。SCR生產(chǎn)線五輪式鋼帶澆注機(jī)示意圖見(jiàn)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(shí)效→機(jī)加工→探傷→包裝。采用鑄輪護(hù)板、銅環(huán)整體裝配鑄輪,可反復(fù)多次進(jìn)行機(jī)加工,以延長(zhǎng)其使用壽命,降低成本;同時(shí)實(shí)現(xiàn)鑄輪下機(jī)裝配,模具更新快速,減少了停車時(shí)間;而鑄輪垂直安裝設(shè)計(jì),能方便熔池內(nèi)氣體及時(shí)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(lái)控制;澆包用一個(gè)測(cè)力傳感器將信號(hào)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(duì)比,其相同點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,材質(zhì)為銅合金,工作原理大致相同,沿外圓周開(kāi)有鑄坯結(jié)晶槽,其鑄坯形狀、晶相組織基本相同;其不同點(diǎn)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(guò)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(kāi)裂、抗蠕變、成分均勻,內(nèi)部組織及晶粒均勻,無(wú)氣孔、夾雜,機(jī)加工性能良好等[4]。
3鑄輪相關(guān)技術(shù)裝備改進(jìn)
3.1鑄輪高壓水架技術(shù)裝備改進(jìn)
原鑄輪高壓水架除垢裝置是通過(guò)高壓水實(shí)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(duì)鑄錠品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。新設(shè)計(jì)鑄輪高壓水架去掉4個(gè)側(cè)噴噴嘴,將兩個(gè)底部噴嘴合二為一,并向脫模器導(dǎo)輪處下移少許,以延長(zhǎng)高壓風(fēng)除水時(shí)間,鑄輪三面可同時(shí)除垢,效果更好;同時(shí),對(duì)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(jìn)
原設(shè)計(jì)鑄輪高壓水噴嘴共有6個(gè),皆延伸入鑄輪銅環(huán)內(nèi)。每次更換鑄輪銅環(huán)時(shí),要將高壓噴嘴座全部拆下,更換系統(tǒng)時(shí)間長(zhǎng)。而在澆注過(guò)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(jì)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(wèn)題。該設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(yán)重的是水垢帶水進(jìn)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(jì)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(bǔ),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(jì)
鑄輪是SCR生產(chǎn)線澆注用關(guān)鍵部件。其直徑最大達(dá)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(shí)漏銅、滲銅及澆注扭矩變化大等異?,F(xiàn)象,直接會(huì)影響到生產(chǎn)線產(chǎn)品品質(zhì),嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。新設(shè)計(jì)鑄輪旋轉(zhuǎn)式擺放架能實(shí)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(lái)支撐,每個(gè)支撐桿依次間隔200mm,避免相互阻礙;每個(gè)轉(zhuǎn)輪可自由靈活轉(zhuǎn)向,鑄輪裝卸十分便利。
4鑄輪機(jī)械故障的合理控制
4.1鑄輪銅環(huán)裂紋故障
生產(chǎn)過(guò)程中,銅環(huán)整體要經(jīng)受空程到結(jié)晶過(guò)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(diǎn)蝕現(xiàn)象,繼續(xù)使用點(diǎn)蝕將沿特有的幾個(gè)方向(如輪軸線方向、輪沿徑向及其夾角方向)伸長(zhǎng),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(yán)重,裂紋增多、加深甚至穿透,會(huì)導(dǎo)致連鑄坯成形缺陷,直至無(wú)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(duì)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(dāng)半徑車修量達(dá)到3mm,仍然無(wú)法車除裂紋時(shí),必須得到SCR相關(guān)技術(shù)人員檢查認(rèn)可后,方可進(jìn)行車修。當(dāng)銅環(huán)外徑≤2404mm時(shí),仍無(wú)法車修好,必須通知SCR相關(guān)技術(shù)人員確認(rèn),當(dāng)?shù)撞亢穸取?5mm時(shí),確認(rèn)鑄輪報(bào)廢。
4.3鑄輪跳動(dòng)量偏大故障
鑄輪跳動(dòng)量偏大,通常有鑄輪端面跳動(dòng)量偏大或鑄輪外圓跳動(dòng)量偏大兩種。其端面校正以美國(guó)南線銅環(huán)圖及附圖指定端面為基準(zhǔn)面校正,在銅環(huán)端面任取均布6點(diǎn)校正,使端面最高點(diǎn)和最低點(diǎn)在端面上均布。跳動(dòng)為0.6mm以上要及時(shí)上報(bào),同時(shí)要兼顧610mm孔附近的端面跳動(dòng)在0.35mm以內(nèi)。其外圓校正:以610mm內(nèi)孔為基準(zhǔn)校正,610mm圓跳動(dòng)在0.2mm以內(nèi),同時(shí)要兼顧2440mm外圓,外圓跳動(dòng)在0.5mm以上要求上報(bào)。
4.4鑄輪漏銅頻繁故障
鑄輪漏銅時(shí)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(shí)不同心;②鑄輪軸向或徑向跳動(dòng)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(yán)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(duì)人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅;④鑄輪、鑄輪護(hù)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(gè)平面內(nèi);⑥鋼帶采購(gòu)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(shí)同心;②調(diào)整鑄輪軸向或徑向跳動(dòng),直至恢復(fù)正常;③及時(shí)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(hù)板,清除護(hù)板內(nèi)冷銅,對(duì)表面進(jìn)行拋光打磨,安裝復(fù)位;⑤及時(shí)調(diào)整鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線,保證在同一個(gè)平面內(nèi);⑥把好采購(gòu)關(guān),若變更鋼帶規(guī)格,應(yīng)及時(shí)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(jiān)硬異物進(jìn)入輪槽表面;②鑄輪表面與熱錠坯間相對(duì)滑動(dòng)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(shí)際生產(chǎn)顯示,鑄輪磨損失效,并非磨損量過(guò)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(guò)程中,由于鑄輪結(jié)垢導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)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(dāng),易造成黑紅坯、坯裂等情況,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致斷坯、倒坯甚至停鑄,嚴(yán)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(rèn)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(shí)拔起架子;③使用千葉輪時(shí),待空轉(zhuǎn)試驗(yàn)確認(rèn)無(wú)誤,方可操作下一步;④現(xiàn)場(chǎng)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(guò)多而產(chǎn)生斷坯,待穩(wěn)定之后起動(dòng)千葉輪打磨;⑥確認(rèn)鑄輪底部、側(cè)面光滑且無(wú)明顯結(jié)垢,即可停止打磨。
4.7車修鑄輪尺寸公差超標(biāo)故障
車修鑄輪尺寸公差超標(biāo),往往導(dǎo)致鑄輪車修質(zhì)量差,甚至根本無(wú)法使用。車修鑄輪時(shí),應(yīng)按美國(guó)南線公司提供的鑄輪車修標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。