新型引锭燕尾槽连接件在小方坯连铸机上的应用

郭江增　李冰　朱跃克　段占生

(河南济源钢铁(集团)有限公司)



新型引锭燕尾槽连接件在小方坯连铸机上的应用

郭江增李冰朱跃克段占生

(河南济源钢铁(集团)有限公司)

通过改进连铸小方坯引锭燕尾槽连接件的加工工艺，实现一次冷墩成型，减少应力脆点。同时优化连接件材质，提高抗交变应力强度。有效解决了连接件在使用过程中断裂问题。提高钢坯成才率和生产效率，降低了工人劳动强度。

应力点拉断冷墩成型

0　前言

小方坯连铸机起步开浇是事故率最高的环节[1-2]，影响因素多且偶然性极大,直接影响到起步成功率、作业效率、钢坯质量等，如果出现拉脱、拉断，处理不当甚至会造成人身伤害事故。分析开浇拉脱事故主要原因有两个：一、引锭杆燕尾槽与连接件固定不牢固；二、连接件自身质量不达标异常开焊或断裂。本文针对因连接件质量因素造成的拉脱事故展开分析，并研究实施改进方案，以期减少事故，提高生产效率。

1　济源钢铁小方坯连铸装备情况及起步操作

河南济源钢铁集团公司第二炼钢厂有两台四机四流小方坯连铸机，浇注断面分别为：150 mm×150 mm和200 mm×200 mm。其中3#连铸机以150 mm断面生产建筑用钢为主。3#机平均拉速2.6 m/min,年产能在80 万t。起步开浇拉速设置为1.5 m/min,然后尽快提高到正常拉速。

其中连铸引锭杆装置包括引锭杆、引锭杆存放装置、脱引锭杆装置。引锭杆由引锭头和引锭杆本体两部分组成，引锭头的外形呈钩子形，其作用是在开浇之前，将结晶器的下口堵住，起到底板的作用。以便浇入的钢水有足够的时间在结晶器里形成与引锭杆头成挂钩似的活连接的凝固坯头，当引锭头通过拉矫机后，专门的脱引锭装置使引锭头与铸坯自动脱开。引锭杆本体上端连接引锭头，下端被拉辊咬合，开始浇注时将铸坯拉出。其中在引锭和坯头之间起关键连接作用的就是连接件。

送引锭准备工作：将引锭杆送入二冷室，将连接件头部卡入引锭头燕尾槽内并用木销固定。为保证引锭头与结晶器壁的密封，同时防止引锭头与钢坯头部粘接影响脱坯，在引锭头部用耐高温石棉布覆盖，手动操作缓慢送入结晶器下口。然后从结晶器口部在连接件周围加入钢水冷却料并分布均匀，送引锭准备工作结束。

2　连接件存在问题分析

原来引锭头燕尾槽所使用连接件为自行加工焊接，材质为普通螺纹钢。连接件如图1所示。

图1　普通螺纹钢连续焊接

由于是自行加工焊接，且所使用螺纹钢多为剪切废材。不仅焊接工艺无法保证稳定合格，螺纹钢质量及强度也未能严格验收。2013年前，3#机曾频繁出现连接件从1处开焊造成拉脱事故。2013年出现爆发性趋势，最多1月出现3次拉脱事故，造成长时间缺流拉钢和过热度升高，生产稳定性受到极大威胁。

2.1连接件开焊跟踪分析

经过现场生产跟踪，同时对连接件和开焊件反复对比，最终确定造成连接件开焊的原因主要由三点：1)连接件材质是普通螺纹钢，所使用焊条是普通Q235焊条。在焊接成功后长时间未用或使用时瞬间高温下，存在膨胀收缩不均匀，在焊缝中间出现应力点(断裂的连接件焊缝中有明显的孔洞)；2)由于起步设定拉速比较高，拉矫机瞬间拉力较大，造成焊缝处薄弱应力点断裂；3)由于是人工焊接，存在焊接质量差、焊接面积小、焊缝不饱满等不可避免因素。

2.2引锭杆连接件承受的拉力理论计算[3]

2.2.1引锭杆在二冷区内承受的阻力

F1=R×A×Y(u+1)

式中：A——引锭杆的断面积 ,cm2; Y——引锭杆的比重，取Y=0.0785(N/ cm3); u——引锭杆在二冷室的摩擦系数，取u=0.3。

已知A=150 mm×150 mm,连铸机的外弧半径R=8 m,带入数据计算得出F1=13777 N。

2.2.2拉矫机各运动部件摩擦阻力

拉矫机正常拉坯阻力一般为二冷区阻力的1/3,所以

F2=F1/3=4592 N

2.2.3引锭杆连接件承受的总拉力

引锭杆连接件承受的总拉力可由下式计算：

F= F1+ F2=18369 N

连接件焊缝长度为15 mm, 根据计算，承受的最大拉力约为19950 N。与理论计算连接件承受的拉力几乎相同。焊接质量及焊缝长度、拉坯阻力稍有波动，极易产生焊缝拉开断裂事故。

3　改进方案

由于小方坯连铸以生产普钢为主，开浇快速起步是保证产量和生产稳定的主要因素。开浇拉速不可能调整太低。综合前面原因分析，如果能够在材质改善的基础上，连接件1和2处能避免焊缝连接，实现一体成型，将彻底解决连接件断裂问题。由于连接件体积较大，实施起来难度较大。经过反复查找，根据铁路枕木铁钉的原理，大胆提出连接件使用铁钉的一次冷墩成型的制作工艺设想，并逐步开始实施。

为了提高连接件强度，经过比对，决定采用45钢作为连接件材质。45钢抗拉强度为600 Mpa,直径15 mm的45钢连接件，如果能够一次冷墩成型，约可承受600000 N的拉坯阻力，是理论计算拉坯阻力的30倍，安全系数能得到极大提高。经过积极联系供应商技术人员，论证一次成型的可能性并讨论加工工艺。最终确定流程为拉丝—冷镦—弯曲—调质—抛光—焊接附件—检验出厂。 改进后一体成型如图2所示。

图2　改进后一体成型

4　连接件改进后效果对比

2013年5月，第一批冷墩成型连接件100件到货并跟踪投入试用。试用30个中包，在原来拉速设定参数下，全部一次开浇拉坯成功，彻底结束了连接件断裂的问题，2012年～2015年由于连接件断裂造成拉脱事故对比见表1，改进前与改进后消耗对比见表2。

表1　2012年～2015年由于连接件断裂造成拉脱事故对比

表2　改进前与改进后消耗对比

从表1可以看出，使用改进连接件后，拉脱事故为零。

5　结束语

1)经过重新研究和理论计算，大胆改进连接件材质和加工工艺，小方坯连铸起步事故率达到有效控制。

2)事故率降低后，连接件消耗大大降低。改进后连接件单耗虽然价格比原来高，但是每年消耗总值反而下降，使生产工艺件费用得到了有效可控。

[1]周汉全.降低小方坯连铸起步事故率的实践[J].柳钢科技,2000,16(1):7-10.

[2]孙晓屏.方坯连铸起步事故的分析与控制[J].南钢科技与管理,2005(3):23-26.

[3]李宪奎，许志强.连铸拉矫机的拉坯阻力及功率的计算[J].冶金设备,1986(4)：29-35.

APPLICATION OF A NEW DUMMY DOVETAIL GROOVE FITTINGS IN SMALL BILLET CASTER

Guo JiangzengLi BingZhu YuekeDuan Zhansheng

(Henan Jiyuan Iron and Steel (Group) Co.,LTD)

Through improving the processing technology of the dummy dovetail groove fittings used in small billet continuous caster, a cold pier molding is achieved, stress brittle point is reduced. Meanwhile, fitting material is optimized, the stress strength is improved. It effectively solves the fitting fracture problems in using process. Thus the success rate of the billet and the production efficiency are promoted while the labor intensity of workers is reduced.

stress pointssnapcold forming

联系人：郭江增，工程师，河南.济源(459000)，河南济源钢铁公司第二炼钢厂；2015-12-15