不锈钢连铸板坯表面清理机的开发及应用

雷 华，杨拉道，张继强，龙志成，王文学，李新强

(1.中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032;2.新疆八一钢铁股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022)

1 前言

不锈钢连铸机生产过程中，铸坯经过冷却区域逐渐凝固，会在表面形成一层不同于碳钢板坯的较薄氧化铁皮层和保护渣层，如果不做处理，会影响轧制成板材的表面质量，同时也影响轧制设备的辊子寿命。

中国重型机械研究院股份公司根据用户的要求，于2011年开发出了一台不锈钢连铸板坯表面清理机，填补了国内空白。在连铸过程中，在线热态清理连铸坯表面，生产使用后效果很好。

本文对连铸板坯在线表面清理设备的工作机理、原理、结构形式和使用效果进行介绍。

2 表面清理机的设备组成及工作原理

在线铸坯表面的氧化铁皮和保护渣混合层温度比较高，一般在600℃左右，紧紧与铸坯基体粘合在一起。连铸过程中，高压水喷射到高温混合层上后，在快速冷却的同时，也会迅速龟裂，降低混合层与铸坯基体的粘着力。布置出坯线上的不锈钢表面清理机，利用其高速旋转钢刷辊去除这种混合层，以保证不锈钢连铸板坯的质量。

2.1 表面清理机的设备结构 (图1)

连铸板坯在线表面清理机组主要由机械、气动控制和供水系统构成。其中设备结构如图1所示，主要由气缸1、平衡机构2、机架3、钢刷辊4、万向联轴器5、传动机构6和铸坯导向装置7等组成。

2.1 清理机的工作原理

清理机工作原理如图2所示。上下钢刷辊6、7紧贴铸坯表面，并逆铸坯移动方向高速旋转，擦刷铸坯表面的混合层，即旋转线速度与铸坯方向相反。

图2 清理机工作原理Fig.2 Working principle of cleaning machine

上钢刷辊压铸坯的力大小通过平衡架3两侧的力P1、P2的大小来调节。上钢刷辊沿机架1导向而上下移动，相互铰接的第一连杆4、第二连杆5将上钢刷辊6平衡架铰接起来，使上钢刷辊上下运动时，整个机构自由度符合机械设计原理。维护时，上钢刷辊需要抬起，通过与机架1上的气缸2拉动平衡架3的钢刷辊端，使钢刷辊抬起。在钢刷辊工作时，气缸上下腔与大气相通，处于自由状态。钢刷的擦刷力在通过P1、P2调整确定后，即使不平整的铸坯通过，也可实现钢刷辊对铸坯有一定的压力，达到与铸坯形状变化与清理机的自适应目的。

蜗轮10在合适力度的平衡码11的作用下旋转，带动蜗杆9转动的同时，使丝杆8上升，推动钢刷辊7沿机架1导向并上下移动，使下钢刷辊紧贴铸坯。平衡码11的大小，与合混合层去除效果和钢刷辊寿命有关。

上钢刷辊的平衡架及下钢刷辊的平衡码除实现钢刷辊的擦刷力恒定之外，在钢刷辊磨损变化的情况下，也可自适应调节，以机械方式来降低控制难度。

3.2 气动控制系统工作原理

气动控制系统控制实现上钢刷辊升降，其原理如图3所示。压缩空气经过气源处理三联件处理后，先后通过三口两位电磁阀、五口两位电磁阀及单向节流阀实现气缸的动作控制。处于图3所示的阀位时，气缸处于缩回状态。当三口两位电磁阀、五口两位电磁阀处于右位时，气缸的进出口均与大气接通，处于自然状态。气缸上下腔回路上的单向节流阀可以实现气缸升降速度调节，从维修的角度考虑在系统上设置手动截止阀，以方便维护人员对设备进行检查和维修。

图3 气动控制系统工作原理Fig.3 Working principle of air-actuated control system

3.3 供水系统工作原理

供水系统由高压水系统和冲洗系统组成。高压水系统如图4所示。水源经气动球阀补给到水箱中，水位通过液位计和溢流管进行调节，水箱中的水通过过滤器、截止阀后，经多级泵将水加压到30 MPa后，流向高压喷嘴对进入钢刷辊前的铸坯表面快速冷却，喷嘴水流喷射方向逆铸坯移动方向。高压泵两组并联，一用一备，通过高压水泵入口的手动截止阀调整参与工作的水泵。高压泵出口的止回阀防止高压水注入非工作泵，压力表为安全阀对喷水压力调节提供依据，靠近喷嘴的截止阀和止回阀一方面在喷嘴更换或维护时起到切断水源的作用，另一方面可防止高压水流向非工作管路。

图4 高压水系统Fig.4 High-pressure water system

冲洗系统原理如图5所示。0.3 MPa的普通水源经过喷嘴后，喷射在钢刷辊表面上，将黏贴在钢刷辊表面上的混合层冲洗下来同时，对钢刷辊的钢刷进行冷却保护，提高钢刷辊的使用寿命和工作的有效性能。通过钢刷辊后的铸坯大部分氧化铁皮已经脱落，还有少部分附着在上、下钢刷辊上，必须再用低压水冲洗掉附着在上面的氧化铁皮以免影响后续去除效果。

图5 冲洗系统Fig.5 Washing system

4 使用效果

2011年9月7日，不锈钢连铸板坯在线表面清理机首次在某钢厂使用，板坯表面清理效果如图6，图6a是未投入表面清理设备的铸坯表面，图6b是投入后的铸坯表面，效果十分明显，氧化铁皮及保护渣混合层快速的得到去除。

图6 铸坯表面清理效果对比图Fig.6 Contrast of washing effect on slab surfaces

连铸板坯在线表面清理设备首次经过一个多月工程使用，出现钢刷辊的钢刷脱落现象，后经对钢刷辊改进，寿命延长到6个多月。

一种新型设备表面清理机，成功应用于工程，为连铸板坯在线表面清理提供了一种有效的手段和方法。

［1］安子军.机械原理 ［M］.北京:机械工业出版社，1998.

［2］干勇，倪满森，徐志祥.现代连续铸钢实用手册［M］.北京:冶金工业出版社，2010.

［3］赵军友，徐依吉，袁宝民.隔热管清洗技术研究［J］.石油矿场机械，2010(2).