SCR铸轮机械故障的控制

铸轮是整条SCR铜杆连铸连轧生产线的核心部件。其正常运行，对于正常生产和产品品质至关重要。而江铜分别于2003、2006年从美国SOUTHWIRE公司引进了SCR3000、SCR4500两条连铸连轧生产线［1～3］，尽管其技术装备水平先进，工艺成熟，然而，由于外方对SCR生产线核心技术长期实施垄断和技术封锁，作为关键易损件的铸轮进口周期长、价格昂贵、用量较大，常常供不应求；铸轮机械故障曾一度成为生产的“瓶颈”问题，生产线产能受到严重影响，使得生产线综合效能和规模效益得不到充分体现和发挥。因此，有针对性地对铸轮进行技术装备创新及对机械故障进行合理控制十分重要。

1铸机系统设备工艺流程

1．1铸机系统结构组成

铸机系统是SCR连铸连轧铜杆生产线的重要工序。主要包括：中间包浇注机构、铸模结晶机构、导轮传动机构、坯预处理机构等。其主要设备有：中间包、中间包底座、铸轮及铸轮机座、钢带传动装置、导轮及过桥装置、夹送辊、旋转剪、气动桥架、削边装置、液压剪等。其辅助系统主要由：钢带及SPOUT加热器、铸机水系统、高压水系统、高压风系统、乙炔系统等组成。图1为SCR生产线铸机结晶系统结构简图。

1．2铸机系统工艺流程

其工艺流程为：铜原料→提升加料机→竖炉→上、下流槽→中间包→五轮式钢带浇注机→旋转剪→预处理机。其特点是：结构简单，易调整操作，维修保养便利。

2铸轮设计原理及其工况分析

铜液铸造的锭坯品质好坏，将影响到铜杆后序加工品质，甚至最终产品品质。因此，铸轮结构设计必须合理、有效。

2．1铸轮设计原理

铸轮的作用是将大于1083℃熔融铜液结晶成为910℃的连续铸锭，敞口外圆一半由钢带包络成封闭空腔，转动的同时将炽热的锭坯送出、喂进主轧机轧制［2］。SCR生产线五轮式钢带浇注机示意图见图2。铸轮部件包括铜环、侧板、支承板等。铸轮铜环采用铜合金材料，其加工制造工艺为：真空熔炼→真空铸造→热锻→环轧→固溶→时效→机加工→探伤→包装。采用铸轮护板、铜环整体装配铸轮，可反复多次进行机加工，以延长其使用寿命，降低成本；同时实现铸轮下机装配，模具更新快速，减少了停车时间；而铸轮垂直安装设计，能方便熔池内气体及时溢出，高效热传递提高了锭坯速度，降低了冷却水用量。铸轮的液位采用闭路电视监控；其铜液流量由浇包上的塞棒来控制；浇包用一个测力传感器将信号传送给保温炉控制系统，可控制保温炉铜液的流量，保证浇包液位的稳定［3］。

2．2铸轮性能参数及其工况分析

SCR3000与SCR4500铸轮对比，其相同点是结构简单，材质为铜合金，工作原理大致相同，沿外圆周开有铸坯结晶槽，其铸坯形状、晶相组织基本相同；其不同点是铸轮转速分别设定为1335和1237r／min；铸坯横截面积分别设定为3800和5700mm2。浇注过程中，铸轮受到锭坯高温热辐射和冷却喷水的冷热交替作用以及摩擦力和冲击力的作用。其要求耐高温、不开裂、抗蠕变、成分均匀，内部组织及晶粒均匀，无气孔、夹杂，机加工性能良好等［4］。

3铸轮相关技术装备改进

3．1铸轮高压水架技术装备改进

原铸轮高压水架除垢装置是通过高压水实现的，原铸轮易带水造成铜液飞溅，存在除垢不彻底、烟灰喷涂不均匀、浇注池液面不稳和飞溅现象，对铸锭品质产生不良影响。新设计铸轮高压水架去掉4个侧喷喷嘴，将两个底部喷嘴合二为一，并向脱模器导轮处下移少许，以延长高压风除水时间，铸轮三面可同时除垢，效果更好；同时，对喷嘴重新选型，加大其喷水量和水压，且改变高压水与铸轮底圆弧切线的角度。可彻底除掉铸轮烟垢，使烟灰喷涂均匀、浇注池液面稳定。

3．2铸轮高压水喷嘴技术装备改进

原设计铸轮高压水喷嘴共有6个，皆延伸入铸轮铜环内。每次更换铸轮铜环时，要将高压喷嘴座全部拆下，更换系统时间长。而在浇注过程中，喷嘴极易被飞溅的铜粒子堵住水眼，导致出水不均匀，使铸轮铜环除垢和冷却不均匀，影响到产品。新设计铸轮高压水喷嘴，采用单嘴冷却、除垢，且安装在铸轮铜环外，可解决生产中水嘴易堵的问题。该设计能满足铸轮铜环在7MPa2高压水下冷却、除垢均匀的需要，且可大幅缩短更换系统的时间。

3．3铸轮吹干装置技术装备创新

原铸轮压缩风吹干装置设计缺陷是铸轮、钢带表面经高压水清洗后，水分较多，在喷涂烟灰前难以清除以保证干燥，烟灰喷涂后铸轮结垢快，更为严重的是水垢带水进入熔池后，易造成熔池飞溅，产生大量气泡，造成铸锭结晶不均匀、气孔较多。新设计铸轮吹干装置增设一根压缩风管，使其与原压缩风管吹扫出的压缩风同向且形成互补，能完全覆盖铸轮工作面，从而消除吹干水气“死角”，彻底吹干铸轮工作面上的水气。

3．4铸轮备件摆放装置及设计

铸轮是SCR生产线浇注用关键部件。其直径最大达2440mm，体大笨重，占地面积大，材质为铜合金，质地偏软，摆放不好极易导致变形，造成生产时漏铜、渗铜及浇注扭矩变化大等异常现象，直接会影响到生产线产品品质，严重时甚至导致停产。新设计铸轮旋转式摆放架能实现铸轮多层摆放，保证不变形，可保证360°旋转且吊装便利，即每层三角架都能以支撑轴为中心旋转，每层铸轮质量靠装有转轮的支撑杆来支撑，每个支撑杆依次间隔200mm，避免相互阻碍；每个转轮可自由灵活转向，铸轮装卸十分便利。

4铸轮机械故障的合理控制

4．1铸轮铜环裂纹故障

生产过程中，铜环整体要经受空程到结晶过程的温度循环，轮沿结晶槽工作表面要承受550～650℃高温，结晶腔表面粗糙度逐渐增大，继而出现表面点蚀现象，继续使用点蚀将沿特有的几个方向（如轮轴线方向、轮沿径向及其夹角方向）伸长，直至隆起产生微裂纹，造成脱模困难。铸轮结晶腔（轮槽）以槽底、轮沿和槽根产生裂纹居多，且裂口最严重，裂纹增多、加深甚至穿透，会导致连铸坯成形缺陷，直至无法满足工艺要求，导致铜环失效［2］。

4．2铜环热疲劳破坏故障

对热疲劳破坏的铜环，应车修彻底去除完其表面疲劳层后，再用探伤剂检查，以确保车修质量完全符合要求。每次车修量应越小越好，当半径车修量达到3mm，仍然无法车除裂纹时，必须得到SCR相关技术人员检查认可后，方可进行车修。当铜环外径≤2404mm时，仍无法车修好，必须通知SCR相关技术人员确认，当底部厚度≤25mm时，确认铸轮报废。

4．3铸轮跳动量偏大故障

铸轮跳动量偏大，通常有铸轮端面跳动量偏大或铸轮外圆跳动量偏大两种。其端面校正以美国南线铜环图及附图指定端面为基准面校正，在铜环端面任取均布6点校正，使端面最高点和最低点在端面上均布。跳动为0．6mm以上要及时上报，同时要兼顾610mm孔附近的端面跳动在0．35mm以内。其外圆校正：以610mm内孔为基准校正，610mm圆跳动在0．2mm以内，同时要兼顾2440mm外圆，外圆跳动在0．5mm以上要求上报。

4．4铸轮漏铜频繁故障

铸轮漏铜时有发生，其主要原因有：①铸轮车修精度较差，与其他轮子加工时不同心；②铸轮轴向或径向跳动偏大；③铸轮与钢带、压轮密封有缝隙和跑偏，易漏铜放炮甚至爆炸，造成包死铸轮和烧坏铸轮，严重影响铸坯结晶质量，最终导致产品不合格，飞溅铜水对人身安全构成严重威胁；④铸轮、铸轮护板内堆积有冷铜；⑤铸轮、压轮、张紧轮、惰轮中心线不在同一个平面内；⑥钢带采购批次宽度减小，易跑偏。为有效地减少或杜绝铸轮漏铜，应采取的控制措施有：①提高铸轮的车修精度，保证与其他轮子加工时同心；②调整铸轮轴向或径向跳动，直至恢复正常；③及时调整铸轮与钢带、压轮的密封缝隙和纠偏；④清洗铸轮、铸轮护板，清除护板内冷铜，对表面进行抛光打磨，安装复位；⑤及时调整铸轮、压轮、张紧轮、惰轮中心线，保证在同一个平面内；⑥把好采购关，若变更钢带规格，应及时向生产人员反馈，并做好事故应急预案。

4．5铸轮磨损失效故障

铸轮磨损失效，主要原因是：①冷铜等坚硬异物进入轮槽表面；②铸轮表面与热锭坯间相对滑动而引起的摩擦磨损；③铸轮被交替地加热和水冷引起的表面热疲劳磨损。实际生产显示，铸轮磨损失效，并非磨损量过大而影响锭坯尺寸，而是其表面磨损不均匀，其底部轮槽部位磨损总是大于其他部位，使锭坯尺寸超出允许范围，从而导致铸轮工作失效。

4．6在线打磨铸轮事故故障

生产过程中，由于铸轮结垢导致产品质量波动大，为消除其铜环疲劳层，使用在线打磨技术。若在线打磨铸轮不当，易造成黑红坯、坯裂等情况，严重时将导致断坯、倒坯甚至停铸，严重影响生产。为保证SCR生产线的安全顺行，应采取的控制措施有：①在使用千叶轮前必须确认千叶轮片是否完好，固定螺母是否紧固，连接气管是否扎牢；②关闭铸轮高压水后，必要时拔起架子；③使用千叶轮时，待空转试验确认无误，方可操作下一步；④现场操作中，操作者用手稳持千叶轮站在铸轮操作侧面；⑤将千叶轮缓慢地放入铸轮槽内，轻轻接触铸轮底部或侧面，不得用千叶轮片猛压接触面，以免铸轮受伤，或因铸坯含渣过多而产生断坯，待稳定之后起动千叶轮打磨；⑥确认铸轮底部、侧面光滑且无明显结垢，即可停止打磨。

4．7车修铸轮尺寸公差超标故障

车修铸轮尺寸公差超标，往往导致铸轮车修质量差，甚至根本无法使用。车修铸轮时，应按美国南线公司提供的铸轮车修标准严格执行。