| 連鑄設(shè)備是決定煉鋼廠產(chǎn)能的最關(guān)鍵因素之一。其中的扇形輥?zhàn)樱╯egmentroll）、軸承（bearing）是在高溫、高載荷及超低速轉(zhuǎn)動(dòng)等惡劣環(huán)境下使用，其故障超過(guò)整個(gè)鑄機(jī)的50%。JFE在構(gòu)建適應(yīng)設(shè)備實(shí)際使用環(huán)境理論的同時(shí)，針對(duì)扇形段的主要構(gòu)成要件進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)開(kāi)發(fā)，從而提高了設(shè)備可靠性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備長(zhǎng)壽命化。以下概要介紹關(guān)于軸承、輥?zhàn)蛹皾?rùn)滑環(huán)境改善的長(zhǎng)壽命化技術(shù)。 最近對(duì)鋼鐵需求的增加，更加迫切要求提高設(shè)備生產(chǎn)率。為此，JFE（制鋼公司）以連鑄設(shè)備的強(qiáng)韌化、構(gòu)成要素的長(zhǎng)壽命化為目標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)。以下概要介紹實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今世界最高作業(yè)率的連鑄機(jī)高可靠性技術(shù)。 1.連鑄設(shè)備構(gòu)成連鑄設(shè)備由鋼包轉(zhuǎn)臺(tái)和中包車(chē)等澆鋼設(shè)備、鑄坯凝固用結(jié)晶器、鑄坯支承及傳輸用輥道、鑄坯切割器等構(gòu)成。扇形段是鑄機(jī)上的重要單元，由多根輥?zhàn)訕?gòu)成。調(diào)查表明，過(guò)去10年間連鑄設(shè)備的故障時(shí)間比率中，結(jié)晶器占7.5%、LT和TDC占8.3%、液壓系統(tǒng)占8.6%、運(yùn)輸占9.5%、切割占15.6%、扇形段輥?zhàn)诱?.7%、軸承占42.8%。由以上數(shù)據(jù)可知，扇形段的故障占全部故障的50.5%即超過(guò)一半。因此，扇形段的強(qiáng)韌化是提高連鑄設(shè)備可靠性的關(guān)鍵；而且，扇形段由輥?zhàn)印⑤S承和密封裝置等部件構(gòu)成，其更換周期由其中壽命最短的構(gòu)件決定，實(shí)際由軸承壽命和輥?zhàn)雍螘r(shí)龜裂來(lái)決定。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，即使一個(gè)部件損壞，更換往往也需要停產(chǎn)數(shù)小時(shí)；故開(kāi)發(fā)構(gòu)件的高可靠性技術(shù)十分重要。 2.扇形段輥?zhàn)佑幂S承的強(qiáng)韌化從載荷容量和調(diào)整性的觀點(diǎn)，扇形段輥?zhàn)佣嗖捎米詣?dòng)調(diào)整滾柱軸承。然而，該軸承相對(duì)于接觸中心易形成不均勻面壓分布，使作用于滾柱與內(nèi)、外座圈之間的摩擦力矩平衡會(huì)崩潰歪斜；并且，即使面壓均衡，也會(huì)因滾柱與內(nèi)、外座圈軌道間的周速差而產(chǎn)生經(jīng)常相對(duì)滑動(dòng)（差動(dòng)滑移），這在軸承結(jié)構(gòu)上不可避免。為了避免歪斜力矩和差動(dòng)滑移加劇軸承磨損，有必要將軸承改為圓筒滾柱和圓錐滾柱那樣完全線接觸型軸承。另外，為了在軸承外設(shè)置球面底座以追蹤輥?zhàn)訐锨?、而開(kāi)發(fā)了雙列圓錐滾柱軸承。因圓筒滾柱軸承無(wú)接觸角，可由另外部位承擔(dān)徑向和軸向載荷，具有接觸面無(wú)復(fù)合載荷作用的優(yōu)點(diǎn)，故能延長(zhǎng)軸承壽命。另外，易獲得遍及滾柱全長(zhǎng)的均勻面壓分布；且在滾柱上加工了特殊凸面，確保了其自動(dòng)調(diào)整性能。 3.改善潤(rùn)滑條件延長(zhǎng)軸承壽命的技術(shù)當(dāng)潤(rùn)滑油膜夾在軸承接觸面之間而充分潤(rùn)滑時(shí)，軸承就不易磨損而損壞。在研究軸承油膜參數(shù)Λ（希臘字母讀lambda）和其轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命之間的關(guān)系時(shí)，若以工作環(huán)境惡劣程度劃分鋼廠主要生產(chǎn)設(shè)備用軸承的工作條件，則連鑄輥用軸承是最差的，其Λ≈0.05（軋輥用軸承的Λ≈5即要好大約100倍）。這是因該軸承運(yùn)轉(zhuǎn)是處于超低速、高載荷及高溫水汽等惡劣環(huán)境中，難以在接觸面間形成油膜而避免金屬之間的直接接觸，強(qiáng)化了差動(dòng)滑移而加快了磨損。連鑄軸承潤(rùn)滑一般用以礦物油為基的潤(rùn)滑脂（亦稱(chēng)耐熱黃油）。采用超薄膜光干涉法可測(cè)定油膜厚度，精度達(dá)nm級(jí)。為了評(píng)價(jià)軸承磨損而進(jìn)行的實(shí)機(jī)試驗(yàn)表明：低速回轉(zhuǎn)軸承的油膜越厚，則其磨損速度就越慢。因此，新潤(rùn)滑脂的開(kāi)發(fā)，應(yīng)將使油膜厚度最大化作為目標(biāo)來(lái)確定其最佳組成。最佳化的要點(diǎn)如下：a以高粘度礦物油和尿素增長(zhǎng)劑為基礎(chǔ)；b選定分子鏈不同的脂肪族和芳香族配合平衡為中心的尿素分子結(jié)構(gòu)；c用添加劑提高油與金屬的親和性，促使油膜形成。新開(kāi)發(fā)潤(rùn)滑脂已用于JFE所屬的西日本制鐵所的全部連鑄機(jī)上，有效提高了扇形段的使用壽命；且還用于其它設(shè)備的邊界潤(rùn)滑部位。 4.改善使用環(huán)境延長(zhǎng)軸承壽命連鑄坯（特別是厚板坯）在輥道上運(yùn)動(dòng)速度極慢（一般為1~3m/分），加之高溫、水汽環(huán)境，且扇形段軸承內(nèi)接觸面都處于發(fā)生金屬接觸的邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，故較之流體潤(rùn)滑，軸承壽命會(huì)大幅下降；另外，水與夾雜物向軸承內(nèi)的混入也加速了軸承損壞。為此，JFE開(kāi)發(fā)了潤(rùn)滑脂—空氣系統(tǒng)：向雙層配置的密封空間供給清潔空氣，以確?？臻g弱正壓，并排出空氣進(jìn)行密封冷卻。因軸承內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)吸入清潔空氣，在阻止從外部混入水和夾雜物的同時(shí)，利用空氣冷卻密封膠圈，抑制其硬化，也能延長(zhǎng)軸承壽命。還采用了潤(rùn)滑油—空氣系統(tǒng)：在向軸承壓送的空氣流中滴下潤(rùn)滑油，使之沿管內(nèi)壁連續(xù)而少量地輸往給油點(diǎn)，既能防止水與夾雜物混入軸承內(nèi)，還能減少環(huán)境污染。該系統(tǒng)已在JFE所屬的東日本制鐵所4號(hào)鑄機(jī)上使用，效果良好；今后擬擴(kuò)大其在重要生產(chǎn)設(shè)備上的使用。 5.連鑄輥的強(qiáng)韌化技術(shù)連鑄輥承受水汽氧化和熱龜裂的復(fù)合損傷，而如何抑制快速擴(kuò)展的熱龜裂則是最重要的技術(shù)。為此，JFE進(jìn)行了多方面研究和開(kāi)發(fā)。 5.1耐熱龜裂性的強(qiáng)化原理關(guān)于金屬熱疲勞和材料特性研究方面，過(guò)去的研究都難以滿足材料設(shè)計(jì)的要求。為此，JFE根據(jù)對(duì)供試材熱龜裂路徑和金屬組織關(guān)系的觀察，采用回歸計(jì)算建立了以下實(shí)驗(yàn)式：PH/C=бy.λ/α×10-2….（1）式中PH/C：抗熱龜裂系數(shù)бy：0.2%屈服強(qiáng)度（MPa）λ：導(dǎo)熱率（w/mk）α：線脹系數(shù)（×10-6/℃、室溫～500℃）因（1）式由金屬組織能控制的要素構(gòu)成，故此建議式就從金屬設(shè)計(jì)角度、揭示了實(shí)用的金屬耐熱龜裂強(qiáng)化原理。 5.2連鑄輥堆焊金屬設(shè)計(jì)堆焊金屬的設(shè)計(jì)方針如下：再原有的金屬KBS240（代表成分為0.06C-12.5Cr-3.99Ni）基礎(chǔ)上，為提高屈服強(qiáng)度而提高了C（碳）含量，抑制了δ的生成，δ→γ相變時(shí)析出的MC（金屬C化物）成了γ的生成核，有細(xì)化γ晶和析出強(qiáng)化作用；為了降低年金屬線脹系數(shù)而應(yīng)減少殘余A（奧氏體的）量，故限制了C含量上限。另外，為了改善其耐蝕、耐熱裂性，還調(diào)整了Cr、Ni含量，并向金屬中加入了Co、Mo、V以及Nb、W、Cu等微合金化元素。新開(kāi)發(fā)堆焊金屬superKBS-Ⅰ、KBS-Ⅱ的代表成分（%）分別為0.19C-13.3Cr-0.2Ni-Co-Mo-V-Cu和0.19C-12.9Cr-0.1Ni-Co-Mo-V-Nb-W-Cu。 5.3開(kāi)發(fā)金屬的組織與性能從KBS-Ⅱ的凝固組織顯微圖片可知：在原γ晶界及其中心都有C化物，γ晶粒細(xì)小，加之M（馬氏體）相變而形成細(xì)小M塊和任意方向的板條，從而提高了其耐熱裂性能。從原來(lái)和新開(kāi)發(fā)堆焊金屬的性能對(duì)比可知：較之前者，由于后者降低了線脹系數(shù)（α）而提高了導(dǎo)熱率（λ），且因C化物增多而減少了固溶C，因C化物析出而提高了屈服強(qiáng)度（從原來(lái)材的579MPa提高到開(kāi)發(fā)材的932MPa和960MPa）、及抗拉強(qiáng)度（從原來(lái)材的793MPa提高到開(kāi)發(fā)材的1078MPa和1113MPa）。 5.4開(kāi)發(fā)金屬評(píng)價(jià)對(duì)原來(lái)材KBS240、開(kāi)發(fā)材KBS-Ⅰ和KBS-Ⅱ分別取樣進(jìn)行高頻感應(yīng)急熱急冷試驗(yàn)，結(jié)果表明：KBS240的裂紋長(zhǎng)度L=400nm、抗熱裂系數(shù)PH/C=7.5；而KBS-Ⅰ、Ⅱ的L分別僅為250和150nm，PH/C則分別＞15。這充分說(shuō)明開(kāi)發(fā)材（特別是KBS-Ⅱ）的抗裂性能比原來(lái)材優(yōu)良得多。將KBS-Ⅱ開(kāi)發(fā)材用于從支配熱裂壽命的鑄坯矯直部到水平段輥?zhàn)拥亩押?，完全可以確保在水平段過(guò)坯量≥500萬(wàn)噸后，輥?zhàn)舆\(yùn)轉(zhuǎn)仍處于良好狀態(tài)。 連鑄機(jī)扇形段由多數(shù)零部件構(gòu)成，延長(zhǎng)其壽命須開(kāi)發(fā)提高各零部件可靠性的技術(shù)。本開(kāi)發(fā)技術(shù)適應(yīng)實(shí)際使用條件與環(huán)境，且具有理論和實(shí)用價(jià)值，既能延長(zhǎng)扇形段壽命，又可促進(jìn)鑄機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 |
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