鑄軋側(cè)封板的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、鑄軋側(cè)封板的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)側(cè)封板在鑄軋領(lǐng)域的重要地位當(dāng)今世界，鋼鐵工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，各國(guó)鋼鐵企業(yè)正在尋求技術(shù)創(chuàng)新的道路來(lái) 增強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)力，使在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地。近幾年來(lái)世界各國(guó)鋼鐵企業(yè)投入大量的人力物力聯(lián)手開(kāi)發(fā)研究雙輥鑄軋薄帶鋼工 藝，已經(jīng)成為各國(guó)鋼鐵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重要組成部分。但是雙輥鑄軋薄帶鋼工藝向工業(yè) 化生產(chǎn)發(fā)展中還存在一些技術(shù)難題，例如鋼水的布流技術(shù)，側(cè)封技術(shù)，鑄帶的表面質(zhì)量 等，而這些技術(shù)難題中，側(cè)封技術(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)。在雙輥鑄軋薄帶鋼工藝中，鋼水澆 入由兩個(gè)水冷輥和兩個(gè)側(cè)封板組成的熔池直接鑄軋出薄帶，側(cè)封是否嚴(yán)密封住鋼水和側(cè) 封的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和鑄帶的質(zhì)量。側(cè)封效

2、果的好壞直接決定鑄軋過(guò)程的成敗。在雙輥鑄軋薄帶鋼中，要求側(cè)封板保持 良好的密封性，由于軋輥的旋轉(zhuǎn)，側(cè)封板和鑄輥端部之間存在摩擦，造成側(cè)封板的磨損， 使得軋輥和側(cè)封板之間產(chǎn)生縫隙，鋼水進(jìn)入縫隙在側(cè)封板處產(chǎn)生冷塊或漏鋼；當(dāng)凝固殼 進(jìn)入輥縫時(shí)，在軋制力的作用下產(chǎn)生寬展，鑄帶對(duì)側(cè)封板產(chǎn)生劃傷，嚴(yán)重影響側(cè)封板的 密封性；側(cè)封板和鋼水直接接觸，鋼水對(duì)側(cè)封板的侵蝕是影響側(cè)封板壽命的主要因素， 同時(shí)側(cè)封板在熱應(yīng)力和壓緊力的作用下產(chǎn)生破碎，縮短了側(cè)封板的使用壽命。由于側(cè)封 效果不良造成鑄軋過(guò)程不穩(wěn)和鑄帶產(chǎn)生缺陷，這些都是側(cè)封技術(shù)研究中面臨的問(wèn)題。2.2側(cè)封板2.2.1側(cè)封板的兩種結(jié)構(gòu)側(cè)封板的結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是

3、整體式的，一種是組合式的，兩種結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如1.2 圖所示：兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用整體式的優(yōu)點(diǎn)是側(cè)封板可以采用加熱爐加熱，預(yù)熱溫度 比較理想，在實(shí)際操作中，側(cè)封板的安裝和調(diào)試比較便捷，側(cè)封板的密封效果比較理想， 鑄軋生產(chǎn)的鑄帶邊部質(zhì)量比較好。但是，采用整體式側(cè)封板還存在不可避免的缺點(diǎn)：在圖2.1側(cè)封板的兩種結(jié)構(gòu)圖2.1側(cè)封板的兩種結(jié)構(gòu)(a)整體式(b)組合式生產(chǎn)過(guò)程中側(cè)封板與軋輥端部接觸面積比較大，側(cè)封板產(chǎn)生的磨損比較嚴(yán)重，容易在側(cè) 封板和軋輥之間產(chǎn)生縫隙，產(chǎn)生飛邊等缺陷，這些鑄帶缺陷的產(chǎn)生對(duì)鑄軋過(guò)程的不穩(wěn)定 產(chǎn)生不良影響，而且整體式側(cè)封板的強(qiáng)度比較低，生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生破碎的現(xiàn)象；同 時(shí)造成

4、的不良效果隊(duì)曾封板的密封效果產(chǎn)生不利影響。而組合式側(cè)封板防止了側(cè)封板的 破碎和減輕了側(cè)封板的磨損，克服了整體式側(cè)封板的弊端。其結(jié)構(gòu)圖如圖1.1b所示。在 側(cè)封板和鋼水接觸的部分采用耐火材料，其它部位采用鋼結(jié)構(gòu)。耐火材料在鋼結(jié)構(gòu)的緊 固下，側(cè)封板的使用強(qiáng)度明顯得到提高，組合式側(cè)封板破碎的次數(shù)明顯減少，由此說(shuō)明 耐火材料在受周向壓應(yīng)力的作用時(shí)，耐火材料的使用強(qiáng)度得到提高，耐火材料不易破碎?？傊捎媒M合式側(cè)封板的優(yōu)點(diǎn)是：側(cè)封板的使用強(qiáng)度得到提高，有效的防止了側(cè)封板 產(chǎn)生破碎，而且側(cè)封板中耐火材料與軋輥接觸面積減少，降低了側(cè)封板的磨損量。因此 在設(shè)計(jì)中我選用的組合式的側(cè)封板。2.2.2側(cè)封板的磨損情

5、況L中心位置A勺軋輾接觸區(qū)L中心位置A勺軋輾接觸區(qū)為軋制區(qū)防止鋼水的化學(xué)楠蝕防止其摧的瘩根防止軋止用說(shuō)殼的I醐側(cè)封板的磨損情況如下圖所示，圖2.2側(cè)封板的各部分作用圖A處為鋼水接觸區(qū)，B處為鑄輥接觸區(qū)，鑄輥接觸區(qū)域要求側(cè)封板具有良好的耐磨 性，與鋼水接觸區(qū)域要求耐火材料具有良好的抗腐蝕性能；與鑄輥吻合點(diǎn)需要具有兩個(gè) 性能，產(chǎn)生的磨損主要是鑄輥的磨損和凝殼在軋制時(shí)產(chǎn)生寬展的磨損最為嚴(yán)重，其對(duì)側(cè) 封板的使用壽命影響最大。2.2.3側(cè)封板安裝位置的確定組合式側(cè)封板安裝位置的確定時(shí)組合式側(cè)封板結(jié)構(gòu)研究中的目的和關(guān)鍵，其主要影 響到側(cè)封板底部的耐火材料的磨損和劃傷破碎的程度，試驗(yàn)中采用了幾組位于不同位置

6、 安裝位置的側(cè)封板，來(lái)確定合理的組合式側(cè)封板的安裝位置。圖2.3側(cè)封板安裝位置的確定及比較首先采用如下圖.情況的位置，側(cè)封板底部高于軋輥的輥縫510mm，這樣做的目 的是防止鑄帶在出輥縫時(shí)對(duì)側(cè)封板的磨損和寬展對(duì)側(cè)封板密封產(chǎn)生的不利影響。此情況 下，己產(chǎn)生漏鋼現(xiàn)象，產(chǎn)生漏鋼的主要原因是鋼水的凝固終了點(diǎn)在軋輥輥縫的附近，未 凝固的鋼水容易漏出，此時(shí)側(cè)封板的密封作用沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。采用位置如圖2.結(jié)構(gòu)的側(cè) 封板，側(cè)封板的底部位于軋輥輥縫附近，實(shí)驗(yàn)證明此情況適合在理想鑄軋條件下工作， 由于鑄軋過(guò)程的不穩(wěn)定性，鋼水凝固終了點(diǎn)很難保持恒定，又有時(shí)凝固終了點(diǎn)位于軋輥 輥縫以下，此時(shí)產(chǎn)生漏鋼，所以試驗(yàn)中很難保證

7、不產(chǎn)生漏鋼，所以采用了位置如圖3. 的側(cè)封板，這種情況可以滿足試驗(yàn)的需要，既能防止鋼水漏鋼，又能使鑄帶對(duì)側(cè)封板的 磨損比較小，是產(chǎn)生的不良影響減少到最小。2.2.4側(cè)封板材質(zhì)的選擇固體側(cè)封板常用的耐火材料主要包括普通耐火材料，陶瓷耐火材料，碳纖維耐火材 料等。國(guó)外鋼鐵企業(yè)所用的側(cè)封板主要采用陶瓷材料和碳纖維材料，據(jù)報(bào)道這種側(cè)封板 的性能較好，澆鑄出來(lái)的板帶邊部質(zhì)量好，但其造價(jià)非常高。國(guó)內(nèi)研究中中采用較多的 材質(zhì)為耐火粘土磚、高鋁磚、BN等等，這些耐火材料在使用過(guò)程中效果不太理想，綜 合考慮到側(cè)封板使用的場(chǎng)合以及綜合性能成本，我重點(diǎn)分析了熔融石英質(zhì)和氧化鋯的側(cè) 封板。在鑄軋過(guò)程中側(cè)封板既與高溫鋼

8、水直接作用，又與鑄輥有相對(duì)滑動(dòng)，同時(shí)還承受和 大的壓緊力，因此側(cè)封板的材質(zhì)的選擇至關(guān)重要。對(duì)側(cè)封板的節(jié)本要求是：耐熱性能好， 耐熱沖擊力強(qiáng)，保溫性能好，熱變形量小，并且在高溫下具有一定的強(qiáng)度，耐磨性和韌 性。因此在選擇側(cè)封板耐火材料方面主要考慮耐火材料的熱血性能，力學(xué)性能；熔融石英質(zhì)的側(cè)封板基本上能夠滿足以上條件，具有低的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹率，具 有良好的隔熱保溫性能，同時(shí)其耐熱震性能比較好，但其高溫強(qiáng)度，高溫抗折強(qiáng)度比較 低，在鋼水的沖擊下，容易產(chǎn)生高溫析晶而開(kāi)裂和剝落，進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，側(cè)封板表面出現(xiàn) 被鋼水侵蝕起泡的現(xiàn)象，同時(shí)受鋼水的熱沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用，經(jīng)常出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。 同時(shí)，熔融石英的抗

9、鋼水侵蝕性能較差，且強(qiáng)度和耐磨性能都存在不足。而氧化鋯質(zhì)的側(cè)封板，具有良好的耐侵蝕性，且不與鋼水潤(rùn)濕和反應(yīng)，熱膨脹較小， 氧化鋯的側(cè)封板整體性能要好于熔融石英的側(cè)封板，因此我選用了氧化鋯作為側(cè)封板的 材料，但是氧化鋯側(cè)封板的制作工藝要求高，且在高溫下易發(fā)生分解，抗熱震性能降低。同時(shí)，耐火材料的抗侵蝕性還與材料的氣孔率有關(guān)，因此在制作氧化鋯側(cè)封板時(shí)， 要采用小顆粒的氧化鋯經(jīng)高壓壓制熱制成，側(cè)封板的抗腐蝕性能明顯提高，所以提高側(cè) 封板的致密度有利于提高側(cè)封板的抗腐蝕性和強(qiáng)度?？傊?，在薄帶連鑄工程中為了取得良好的側(cè)封效果，需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：防止與側(cè)封板接觸部分的鋼水凝固，造成鋼水中又冷塊，降低鋼

10、坯性能。防止鋼水從側(cè)封板與軋輥接觸的部位泄漏，即漏鋼。降低側(cè)封板由于機(jī)械性摩擦和鋼水的侵蝕所造成的損耗。針對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題，我們關(guān)鍵重點(diǎn)分析側(cè)封板的材質(zhì)和側(cè)封板的壓緊機(jī)構(gòu)。上面我們重點(diǎn)分析了對(duì)側(cè)封板材質(zhì)的選擇，下面我們主要分析一下側(cè)封板壓緊機(jī)構(gòu) 的工藝設(shè)計(jì)。2.3結(jié)構(gòu)與工藝的設(shè)計(jì)2.3.1固定支架鑄軋機(jī)的側(cè)封裝置主要側(cè)封板，固定支架和側(cè)封板的壓緊機(jī)構(gòu)三部分組成，固定支 架我做了一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，通過(guò)它用螺釘把整個(gè)側(cè)封裝置固定在鑄軋機(jī)機(jī)架上。固定支 架如圖1.4所示：圖2.4固定支架固定支架采用焊接的方式，增強(qiáng)支架的強(qiáng)度以及加工的方便與經(jīng)濟(jì)。2.3.2 側(cè)封板為了確保生產(chǎn)過(guò)程中，側(cè)封板能夠時(shí)刻緊貼在軋

11、輥的端面，防止造成漏鋼，側(cè)封板 的壓緊裝置必須有足夠的壓緊力，以及還要有自動(dòng)補(bǔ)償側(cè)封板磨損的功能，更好地解決 側(cè)封板的回退問(wèn)題，壓緊機(jī)構(gòu)采用了彈簧和螺栓結(jié)合的方式，可以保證壓緊力能夠穩(wěn)定 的保持在側(cè)封板上，通過(guò)對(duì)比，這種機(jī)構(gòu)的壓緊效果是非常理想的，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成 本低，安裝和調(diào)整方便。彈簧對(duì)側(cè)封板的壓緊采用三點(diǎn)壓緊的方式，使得側(cè)封板在薄帶連鑄過(guò)程中受理比較 均勻，對(duì)保護(hù)側(cè)封板，防止其被壓碎或擠碎起到了很好的作用。2.3.3加熱裝置同時(shí)，還應(yīng)該注意的是，為了防止鋼水在開(kāi)澆時(shí)，由于側(cè)封板的溫度低而粘貼在側(cè) 封板上，造成鑄軋生產(chǎn)出來(lái)的鋼坯有缺陷，還有冷塊現(xiàn)象，側(cè)封板在開(kāi)澆前要進(jìn)行預(yù)熱， 在開(kāi)澆的過(guò)

12、程中要進(jìn)行保溫，因此，側(cè)封板還需要一個(gè)加熱裝置。加熱裝置，首先我考慮到的是開(kāi)澆以前，先把側(cè)封板單獨(dú)拿出來(lái)，在加熱爐里進(jìn)行 加熱，加熱到所需要的溫度，一般的側(cè)封板最佳的預(yù)熱溫度是1175C，在保溫的時(shí)候采 用火焰加熱，這種方法是可以實(shí)現(xiàn)的，并且效果還很不錯(cuò)，可是生產(chǎn)過(guò)程中，這樣的工 序很浪費(fèi)時(shí)間和工時(shí)，而且還要單獨(dú)讓專門的人來(lái)管理這個(gè)，也造成人力的浪費(fèi)，最重 要的是本來(lái)已經(jīng)調(diào)節(jié)好的側(cè)封板很有可能在拆卸和安裝過(guò)程中產(chǎn)生誤差，因此，預(yù)熱的 方法只能采取在線預(yù)熱，即把加熱部分和側(cè)封板組合在一起，等側(cè)封裝置調(diào)節(jié)好安裝好 以后，對(duì)側(cè)封板進(jìn)行預(yù)熱，這樣即方便又節(jié)省時(shí)間和工序。針對(duì)這種情況我考慮了兩種 方案:

13、第一種，把電阻絲盤穿在側(cè)封板的后半部分，以減小對(duì)側(cè)封板強(qiáng)度的影響，在 制作側(cè)封板時(shí)，把側(cè)封板的里面做成盤旋孔，在孔里面盤上電阻絲，通過(guò)電阻絲來(lái)對(duì)側(cè) 封板進(jìn)行加熱，如下圖所示：圖2.5 電阻絲的分布形式（一）可是考慮到，側(cè)封板加工過(guò)程的困難，還有電阻絲對(duì)側(cè)封板之間加熱，直接接觸會(huì) 影響側(cè)封板的強(qiáng)度。以及電阻絲安裝與拆卸的困難程度。同時(shí)，可以看到，側(cè)封板兩側(cè) 的電阻絲裸露在外面，很容易和側(cè)封板擋板接觸（由于側(cè)封板擋板是鋼的，容易導(dǎo)電）, 會(huì)造成很嚴(yán)重的事故，因此，這個(gè)方案是不可以采取的。第二種方案是，把側(cè)封板做成組合體，即側(cè)封板和加熱裝置是兩個(gè)單獨(dú)的部件，單 獨(dú)的加熱裝置的尺寸是在側(cè)封板與鋼水相接

14、觸的區(qū)域，減少了能量的損耗，而且加工和 安裝比較方便，不足點(diǎn)就是，由于把側(cè)封板做成了組合體，不可避免地把側(cè)封板的強(qiáng)度 降低了，不過(guò)在這種強(qiáng)度足以滿足條件，所以完全可以利用這個(gè)方案制作側(cè)封板。為了增強(qiáng)側(cè)封板的強(qiáng)度，就在側(cè)封板的后半部分掏空，以放置加熱裝置，側(cè)封板 如下圖所示：虛線部分是放置加熱裝置的位置，上面的沉孔用螺釘把加熱裝置和側(cè)封板固定在一 起，為了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行。圖2.6側(cè)封板加熱裝置的位置虛線的確定就是根據(jù)側(cè)封板與鋼水相接處的區(qū)域，來(lái)確定的，加熱裝置的面積稍微 比這個(gè)區(qū)域大，一方面是為了更好地完成加熱目的，確保與鋼水接觸的區(qū)域充分預(yù)熱， 防止冷塊發(fā)生，影響產(chǎn)品質(zhì)量，另一

15、方面，側(cè)封板掏空的部分少，就更加減少了由于對(duì) 側(cè)封板的掏空而對(duì)側(cè)封板強(qiáng)度的影響。加熱裝置，首先材質(zhì)選用的是氧化鋁陶瓷，因?yàn)檫@種氧化鋁陶瓷的熔點(diǎn)在2000C以 上，耐高溫，能夠在1600C左右長(zhǎng)期使用，完全可以滿足工藝要求，側(cè)封板的預(yù)熱溫度 是1175C，而且氧化鋁陶瓷還具有很高的硬度，正好可以補(bǔ)充因側(cè)封板掏空而造成的對(duì) 側(cè)封板強(qiáng)度的影響，氧化鋁陶瓷同時(shí)還具有良好的絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，況且氧化鋁陶 瓷在高溫下也具有良好絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，這是很關(guān)鍵的，電阻絲在工作期間時(shí)刻保 持高溫狀態(tài)，而且與氧化鋁陶瓷直接接觸，高溫絕緣性是必需的，化學(xué)穩(wěn)定性可以保持 加熱裝置的工作持續(xù)性，不會(huì)損壞或變形，影響加

16、熱的效果。加熱裝置如圖2.7所示。電阻絲采用S型的盤繞方式，這樣有利于對(duì)側(cè)封板更加均勻的加熱，避免加熱不均 勻，造成側(cè)封板破碎。圖2.7加熱裝置1一氧化鋁陶瓷加熱板2一電阻絲2.3.4陶瓷接線柱電阻絲的接線柱選用的是陶瓷接線柱，也正是利用了陶瓷的高溫下良好的絕緣性和 化學(xué)穩(wěn)定性接線柱的圖形如圖2.8：圖圖2.8陶瓷接線柱另外這種接線柱的傳熱性能也非常的好，能夠把電阻絲的熱量及時(shí)的散發(fā)到外 面。而且在電阻絲接入接線柱的時(shí)候，暴露到外界的部分很容易引起危險(xiǎn)，因此，露出 的部分的應(yīng)該套上陶瓷管，以達(dá)到良好的絕緣效果，保證安全生產(chǎn)。接線柱的固定是用螺釘把它連接到側(cè)封板加熱裝置的上方，套有陶瓷管的電阻絲

17、， 用螺栓壓在接線柱里面與電線相連接，如下圖2.9所示。圖2.9加熱裝置1-接線柱，2-加熱板來(lái)固定電阻絲，3-電阻絲，4 電源線2.3.5側(cè)封板的冷卻水箱在開(kāi)澆以前，要對(duì)側(cè)封板進(jìn)行預(yù)熱，但是開(kāi)澆以后，要對(duì)側(cè)封板進(jìn)行冷卻，這樣是 為了使鋼水在進(jìn)入結(jié)晶器前，形成合適的硬殼，這樣可以更好的脫鋼，如果不能及時(shí)形 成硬殼的話，在鋼水脫鋼的時(shí)候會(huì)粘貼在軋輥上，造成鑄坯的缺陷。冷卻方法用水冷，這樣即方便又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且安裝也比較方便，效果也非常好， 可是側(cè)封板既要用電阻絲加熱又要用水來(lái)冷卻，怎么使這兩個(gè)過(guò)程相互獨(dú)立，且不彼此 影響呢？當(dāng)然不能把水流也經(jīng)過(guò)側(cè)封板里面，如果這樣，側(cè)封板的強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響以 外

18、，還會(huì)和電阻絲容易接觸，形成火災(zāi)。所以我把水冷裝置設(shè)置在側(cè)壓板上，即把側(cè)壓 板的中部掏空，通過(guò)冷卻水，讓循環(huán)水帶走側(cè)封板的熱量，已達(dá)到冷卻的效果。同時(shí)在 側(cè)壓板的一側(cè)還有兩個(gè)側(cè)封板擋板是用來(lái)固定側(cè)封板的，為了防止側(cè)封板的擋板與軋輥 的端面摩擦，側(cè)封板擋板的高度要比側(cè)封板的高度低510mm。側(cè)封板擋板的內(nèi)側(cè)是 緊密預(yù)測(cè)封板靠在一起的，一方面固定側(cè)封板使其在生產(chǎn)過(guò)程中的位置保持不動(dòng)，還有 對(duì)側(cè)封板定位的功能。側(cè)封板擋板是通過(guò)焊接的方式與側(cè)壓板固定在一起。圖2.10冷卻水箱如上圖所示是側(cè)壓板的結(jié)構(gòu)圖，1是側(cè)壓板，2是側(cè)封板的擋板，還有在側(cè)壓板的 另一側(cè)還焊接著三個(gè)套管，這三個(gè)套管是用來(lái)固定彈簧裝置的，冷卻水就是從側(cè)壓板中 間掏空的部位通過(guò)的，冷卻水的進(jìn)水管在3.的位置，在3的位置焊接一個(gè)彎頭，和進(jìn)水 管道進(jìn)行連接，冷卻水的出水管在4的位置，這里用法蘭連接一個(gè)管道彎頭，和出水管 道進(jìn)行連接。2.3.6彈簧壓緊側(cè)封裝置的壓緊方式采用彈簧壓緊方式，彈簧對(duì)側(cè)封板的壓緊采用三點(diǎn)接觸的方 式。其選擇原則是使用彈簧壓緊結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝和調(diào)整都比較簡(jiǎn)單，安裝和調(diào)整都 比較方便，在安裝側(cè)封板時(shí)能夠順利的安放側(cè)封板，并且在鑄軋前對(duì)側(cè)封板進(jìn)行加熱和 保溫方式設(shè)計(jì)比較方便。為了更好的對(duì)側(cè)封板進(jìn)行壓緊，采用螺栓和彈簧結(jié)合的方式， 這樣可以更好的解決