板坯連鑄機(jī)扇形段框架夾緊形式對(duì)輥縫偏差的影響
發(fā)布時(shí)間:2025-05-14 09:38:35 作者:武漢南銳 瀏覽量:16
在連鑄坯凝固過(guò)程中產(chǎn)生的中心偏析和中心疏松將引起鋼材的一系列質(zhì)量問(wèn)題:對(duì)于高碳線材,中心偏析和疏松將導(dǎo)致拉拔性能降低,拉斷率增大;對(duì)于天然氣輸送管線鋼,氫擴(kuò)散到偏析、疏松處,產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展,最終導(dǎo)致管子破裂;對(duì)于海洋鉆探等結(jié)構(gòu)鋼,中心疏松、偏析會(huì)降低其焊接性能,不宜焊接,甚至開裂等等[1-4]。目前,在連鑄坯生產(chǎn)過(guò)程中輕壓下技術(shù)是解決該缺陷最直接、最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施,輕壓下尤其是動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù),為了達(dá)到精準(zhǔn)的輥縫控制,對(duì)設(shè)備和控制技術(shù)提出較高的要求[5-7]。本文著重對(duì)不同扇形段框架液壓缸夾緊形式進(jìn)行探討,并結(jié)合韓國(guó)POWER MnC輥縫儀在山東某鋼鐵廠的3臺(tái)板坯連鑄機(jī)、河北某鋼鐵廠的1臺(tái)板坯連鑄機(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù),對(duì)比分析不同扇形段框架夾緊形式下的輥縫偏差產(chǎn)生原因,并為不同的裝備條件采取合理有效的輕壓下參數(shù)提供依據(jù)。
1 中心偏析與中心疏松
在鋼水凝固過(guò)程中,溶質(zhì)元素在固-液兩相間再分配,柱狀晶使未凝固溶[]質(zhì)元素富集,而鼓肚和凝固末端凝固收縮使鑄坯中心產(chǎn)生強(qiáng)大抽吸力。根據(jù)“小鋼錠理論”,如下圖1(a)所示,上部鋼水受晶橋阻隔不能對(duì)下部凝固收縮進(jìn)行補(bǔ)充,枝晶間富集溶質(zhì)向中心流動(dòng)形成中心偏析,鼓肚量小于凝固末端收縮量產(chǎn)生中心疏松。因此,中心偏析與中心疏松主要起因于凝固末端兩相區(qū)凝固收縮[8]。如圖1(b)所示,輕壓下技術(shù)是通過(guò)在連鑄坯液芯末端附近施加壓力產(chǎn)生一定的壓下量來(lái)補(bǔ)償鑄坯的凝固收縮量,消除或減少鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙,并促進(jìn)液芯中心富集的溶質(zhì)元素鋼液沿拉坯方向反向流動(dòng),達(dá)到改善中心疏松和中心偏析的目的[9-11]。
2 不同扇形段框架液壓缸夾緊形式與輥縫偏差
本節(jié)對(duì)導(dǎo)板式、SMART導(dǎo)柱式、Optimum連桿導(dǎo)柱式、CyberLink導(dǎo)柱式扇形段液壓缸夾緊形式和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際輥縫偏差進(jìn)行了分析。輥縫測(cè)量采用韓國(guó)POWER MnC輥縫儀,其輥縫傳感器使用線性位移傳感器為檢測(cè)元件,輥縫的定義為內(nèi)弧至外弧導(dǎo)輥之間的最小距離。輥縫傳感器在整個(gè)連鑄機(jī)扇形段區(qū)域內(nèi)對(duì)鑄坯寬度方向的6-7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行輥縫檢測(cè),在傳感器通過(guò)導(dǎo)輥時(shí),所有傳感器都將同時(shí)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè);如果導(dǎo)輥處于良好工作狀態(tài),所有傳感器測(cè)量得到的數(shù)值應(yīng)該相同。
2.1 導(dǎo)板式液壓夾緊扇形段
導(dǎo)板式液壓夾緊扇形段如圖2所示,其框架夾緊與輥縫調(diào)整裝置主要是由夾緊液壓缸、輥縫調(diào)整裝置、油缸缸頭、上下鉸接軸、連接連桿等部分構(gòu)成。夾緊液壓缸的缸頭通過(guò)上鉸接軸與連桿鉸接,連桿通過(guò)下鉸接軸與下框架鉸接。當(dāng)夾緊液壓缸活塞桿伸出時(shí)整個(gè)上框架包括自由輥和活動(dòng)梁上的驅(qū)動(dòng)輥一起抬起,使輥縫增大;當(dāng)夾緊液壓缸活塞桿縮回時(shí)輥縫減小[12-13]。
目前德國(guó)西馬克-德馬格(SMS-Demag)公司、國(guó)內(nèi)某研究院采用該種扇形段液壓夾緊形式,該形式由于連桿兩端采用鉸接方式連接,在實(shí)現(xiàn)扇形段輥縫調(diào)節(jié)過(guò)程中可降低作用在液壓缸上的徑向力,扇形段上框架能夠完成直線與轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng),滿足連鑄機(jī)鑄軋所要求的大錐度輥縫。
河北某鋼鐵廠6#直弧形板坯連鑄機(jī)為國(guó)內(nèi)某研究院設(shè)計(jì),鑄機(jī)1機(jī)2流,基本半徑9.5m,板坯規(guī)格厚度×寬度為230mm×700~1550mm,連鑄機(jī)最大工作拉速1.6m/min;直弧段Seg0共17對(duì)3分節(jié)輥,Seg1~13扇形段為7對(duì)2分節(jié)輥,結(jié)構(gòu)為導(dǎo)板式液壓夾緊形式。從圖3輥縫儀測(cè)得數(shù)據(jù)可以看出,直弧段Seg0為離線對(duì)弧與輥縫標(biāo)定,輥縫在目標(biāo)±0.5mm范圍內(nèi);Seg1~9扇形段輥縫實(shí)際值與目標(biāo)值偏差最大為-3.0mm。
該形式由于連桿兩端采用鉸接方式連接,扇形段上框架能夠完成直線與轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng),滿足連鑄機(jī)鑄軋所要求的大錐度輥縫,其單個(gè)扇形段最大壓下量50mm。隨著CSP、ESP等連鑄連軋以及特厚板連鑄機(jī)的推廣,該形式扇形段能夠滿足鑄軋功能和“重壓下”功能;但上框架不穩(wěn)定,處于浮動(dòng)狀態(tài),輥縫精度差,需要通過(guò)輥縫偏差補(bǔ)償來(lái)彌補(bǔ)該形式造成的缺陷[14]。
2.2 SMART導(dǎo)柱式液壓夾緊扇形段
奧地利奧鋼聯(lián)(VAI)公司SMART液壓扇形段結(jié)構(gòu)如圖4所示,驅(qū)動(dòng)輥的升降由一個(gè)傳動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn),升降和夾緊由4個(gè)配有內(nèi)置式位移傳感器的定位液壓缸完成。扇形段由一個(gè)上部框架和一個(gè)下部框架構(gòu)成,兩個(gè)框架通過(guò)安裝在上部框架上的4個(gè)定位液壓缸夾持固定在一起。夾緊液壓缸的缸桿固定在導(dǎo)柱上,通過(guò)導(dǎo)柱的彎曲變形作用,可實(shí)現(xiàn)4臺(tái)液壓缸不對(duì)稱小位移移動(dòng)。VAI SMART扇形段帶有遠(yuǎn)程控制裝置,4個(gè)位置調(diào)整液壓缸對(duì)扇形段的開口度和輥縫進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定,利用標(biāo)準(zhǔn)閥定位的準(zhǔn)確性可以實(shí)現(xiàn)±0.lmm控制精度[15-16]。
山東某鋼鐵廠2#立彎形VAI板坯連鑄機(jī),鑄機(jī)1機(jī)2流,基本半徑9.5m,板坯規(guī)格厚度×寬度為230mm×max.1950mm,連鑄機(jī)最大工作拉速1.5m/min;直弧段Seg0共17對(duì)分節(jié)輥,SMART液壓扇形段Seg1~13為7對(duì)分節(jié)輥。從圖5輥縫儀測(cè)得數(shù)據(jù)可以看出,直弧段Seg0為離線對(duì)弧與輥縫標(biāo)定,輥縫在目標(biāo)±0.5mm范圍內(nèi);扇形段輥縫測(cè)量過(guò)程中采用平行輥縫模式,Seg1~7扇形段輥縫實(shí)際值與設(shè)定目標(biāo)值偏差為±0.5mm,Seg8~9扇形段為矯直段,為了避免損壞輥縫儀特將扇形段抬起,因此輥縫波動(dòng)較大。
VAI SMART導(dǎo)柱式液壓扇形段在壓下時(shí),扇形段出入口輥縫需要適時(shí)動(dòng)態(tài)變化,這樣就使導(dǎo)桿產(chǎn)生彎曲變形,如果彎曲變形超過(guò)導(dǎo)桿的安全范圍,會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)桿的損壞,因此該扇形段適用于無(wú)輕壓下功能的常規(guī)輥縫模式、小錐度輥縫收縮的動(dòng)態(tài)輕壓下模式。在采用動(dòng)態(tài)輕壓下模式時(shí)可采用多段壓下累積變形達(dá)到消除或減輕鑄坯心部質(zhì)量差的效果[17-18]。
2.3 Optimum連桿導(dǎo)柱式液壓加緊扇形段
意大利達(dá)涅利公司(DANIELI)開發(fā)的Optimum液壓夾緊扇形段結(jié)構(gòu)如圖6所示,上下框架通過(guò)液壓缸、導(dǎo)向柱、連桿連接,液壓缸缸筒與上框架法蘭連接,活塞桿與導(dǎo)向柱螺紋連接,導(dǎo)向柱通過(guò)連桿與下框架連接。
每個(gè)扇形段的人口側(cè)和出口側(cè)各設(shè)置2個(gè)液壓缸,實(shí)現(xiàn)扇形段的抬起和壓下動(dòng)作;扇形段出口側(cè)為雙銷連桿,使上框架相對(duì)下框架能傾斜移動(dòng),允許扇形段延伸及旋轉(zhuǎn);扇形段入口側(cè)的兩個(gè)連桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)且承受鑄流方向的剪切分力。驅(qū)動(dòng)輥安裝在扇形段的中間位置處,這樣的驅(qū)動(dòng)布置可確保任意時(shí)刻驅(qū)動(dòng)輥與鑄坯之間存在最大的牽引力[19]。
山東某鋼鐵廠4#直弧形DANIELI板坯連鑄機(jī),鑄機(jī)1機(jī)1流,板坯規(guī)格厚度×寬度為300mm×1800~2300mm,連鑄機(jī)工作拉速0.9~1.4m/min。直弧段Seg0共16對(duì)分節(jié)輥;Seg1~13扇形段為7對(duì)3~4分節(jié)輥,其結(jié)構(gòu)為Optimum液壓夾緊形式。從圖7輥縫儀測(cè)得數(shù)據(jù)可以看出,Seg0進(jìn)出口實(shí)際輥縫值與目標(biāo)值接近,而5#-13#輥縫偏差較大,判斷為彎曲段離線對(duì)弧引起的;扇形段測(cè)量輥縫值與目標(biāo)輥縫值偏差在±0.5mm以內(nèi),測(cè)量輥縫出現(xiàn)的峰值為避免驅(qū)動(dòng)輥壓到輥縫儀上而抬起保護(hù)時(shí)輥縫。
DANIELI Optimum連桿導(dǎo)柱式液壓扇形段具有良好的剛性和可靠性,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,出口連桿為雙銷連桿,允許扇形段上框架作微量移動(dòng),扇形段進(jìn)口和出口輥縫可根據(jù)輕壓下工藝的需要自動(dòng)設(shè)置。這種形式的扇形段離線裝配精度±0.05mm,設(shè)計(jì)在線輥縫精度高達(dá)±0.1mm。
2.4 CyberLink導(dǎo)柱式液壓夾緊扇形段
德國(guó)西馬克-德馬格(SMS-Demag)公司CyberLink扇形段包含4個(gè)帶壓力和位移傳感器的液壓缸,通過(guò)液壓缸的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)扇形段開口度的調(diào)節(jié),這種僅有上框架和下框架而沒(méi)有側(cè)框架的扇形段結(jié)構(gòu),通過(guò)兩根導(dǎo)桿來(lái)引導(dǎo)上框架的運(yùn)動(dòng),這相對(duì)于普通扇形段來(lái)說(shuō)極大的簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)形式在上框架設(shè)計(jì)有一個(gè)懸吊機(jī)構(gòu),在澆鑄過(guò)程中可對(duì)上框架自動(dòng)進(jìn)行對(duì)中,即“Cyber Aligment”,這種結(jié)構(gòu)允許上框架低頻低幅振動(dòng),且上框架末輥?zhàn)鳛轵?qū)動(dòng)輥,無(wú)須額外的提升橫梁。Cyber Tracking可以在線檢測(cè)最終凝點(diǎn)和鑄流固-液態(tài)區(qū)的液態(tài)部分;Cyber Taper可以在線檢測(cè)優(yōu)化的輥縫和進(jìn)行錐度調(diào)整,消除了因輥縫太寬造成的幾何形狀和質(zhì)量問(wèn)題[20]。
山東某鋼鐵廠3#直弧形SMS-Demag板坯連鑄機(jī),鑄機(jī)1機(jī)1流,基本半徑6.67m,板坯規(guī)格厚度×寬度為150mm×2000~3250mm,連鑄機(jī)最大工作拉速2m/min。直弧段Seg0共16對(duì)分節(jié)輥;Seg1~7扇形段為7對(duì)4分節(jié)輥,其結(jié)構(gòu)為CyberLink液壓加緊形式。從圖9輥縫儀測(cè)得數(shù)據(jù)可以看出,直弧段Seg0為離線對(duì)弧與輥縫標(biāo)定,輥縫在目標(biāo)±0.5mm范圍內(nèi);扇形段輥縫測(cè)量過(guò)程中采用平行輥縫模式,Seg1~5扇形段輥縫實(shí)際值與目標(biāo)值偏差最大為-1.5mm,Seg6~7扇形段輥縫實(shí)際值與目標(biāo)值偏差減小,Seg7最后1對(duì)輥為驅(qū)動(dòng)輥抬起。
Fig.9 Roller gaps deviation of CyberLink segment frame devices
SMS-Demag CyberLink扇形段基本優(yōu)化思路同Optimum扇形段相似,均是是通過(guò)由扇形段液壓缸傳感器反饋回來(lái)的信息對(duì)鑄坯的最終凝固點(diǎn)位置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),從而準(zhǔn)確地給出輕壓下實(shí)施的區(qū)域和相應(yīng)的輕壓下率,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)輕壓下。CyberLink扇形段簡(jiǎn)化了扇形段的結(jié)構(gòu),允許上部框架周期性低頻低幅振動(dòng),可在澆鑄條件發(fā)生變化時(shí)快速地反映出鑄坯凝固狀態(tài)的相應(yīng)變化,從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的完全動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)。
從以上的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看,彎曲段由于采用固定輥縫形式,在離線對(duì)弧精度保證的前提下,其輥縫偏差基本都能滿足設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求;而扇形段框架夾緊結(jié)構(gòu)的不同,對(duì)測(cè)量輥縫數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)導(dǎo)板式、SMART導(dǎo)柱式、Optimum連桿導(dǎo)柱式、CyberLink導(dǎo)柱式扇形段液壓缸夾緊形式的結(jié)構(gòu)對(duì)比,研究并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證了不同夾緊形式下的輥縫值偏差,得出如下結(jié)果:
1)導(dǎo)板式液壓夾緊形式扇形段適用于鑄軋功能和“重壓下”要求的大錐度輥縫,單個(gè)扇形段壓下量參數(shù)可以設(shè)置較大值;
2)SMART導(dǎo)柱式液壓扇形段適用于無(wú)輕壓下功能的常規(guī)輥縫模式、小錐度輥縫收縮的動(dòng)態(tài)輕壓下模式,在采用動(dòng)態(tài)輕壓下模式時(shí)可采用多段壓下累積變形達(dá)到消除或減輕鑄坯心部質(zhì)量差的效果;
3)Optimum連桿導(dǎo)柱式液壓扇形段在線輥縫精度高,對(duì)離線裝配精度要求嚴(yán)格,采用動(dòng)態(tài)輕壓下時(shí)應(yīng)用實(shí)際液相穴末端位置監(jiān)測(cè)ALCEM系統(tǒng),能較好的改善鑄坯心部質(zhì)量;
4)CyberLink扇形段上部框架周期性低頻低幅振動(dòng),通過(guò)由扇形段液壓缸傳感器反饋回來(lái)的信息對(duì)鑄坯的最終凝固點(diǎn)位置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)了真正意義上的完全動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)。