CN110227806B - 一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置 - Google Patents
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Abstract
一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，属于连铸生产技术领域。包括大压下铸轧机、大压下传动系统、液压润滑系统、气水冷却系统、维修更换系统和电气自动化系统；大压下铸轧机安装在连铸机内铸坯的凝固末端位置，其中心线与连铸机中心线重合；大压下传动系统安装在大压下铸轧机的一侧，通过法兰连接，液压润滑系统、气水冷却系统和维修更换系统在大压下铸轧机的非驱动侧，电气自动化系统位于大压下铸轧机的驱动侧。优点在于，整体更换和各辊系在线单独更换；保证对弧精准的前提下，辅助夹持辊下辊在大压下时自适应浮动保护设备不受损坏；五对辊均配置单独的液压控制系统，实现在线单独升降控制。
Description
技术领域
本发明属于连铸生产技术领域，特别是涉及一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置。
背景技术
连铸坯凝固末端大压下技术是基于连铸坯轻压下技术发展而来，适用于大断面连铸坯的新技术。其利用连铸坯芯部温度高和表面温度低的逆向温度场，通过在连铸坯凝固末端施加大压下量/率，消除/减轻连铸坯的中心疏松和缩孔，全面提高铸坯致密度，从而可突破轧制压缩比的严格限定，替代超厚板坯连铸(600mm厚)、真空复合焊接轧制、模铸等工艺流程，实现低轧制压缩比条件下厚板与大规格型材的稳定生产。目前，连铸坯凝固末端大压下技术实践案例主要在日本和韩国，国内近几年也有几家钢厂做了类似的实践。
1)新日铁公司提出NS Bloom Large Reduction技术，在铸坯完全凝固后，采用粗轧机形式对大方坯实施大压下量，可显著改善铸坯中心疏松，提高成品轧材的合格率。
2)日本住友金属提出PCCS(Porosity Control of Casting Slab)技术，在铸坯凝固终点对铸坯实施大压下量，从而实现铸坯致密度的显著提高。住友金属的PCCS技术是在300mm厚度的板坯上实现的，采用两辊压下粗轧机形式，通过在300mm厚的连铸坯凝固末端施加一个10mm以上的压下量，从而改善铸坯内部中心疏松，采用该工艺可实现150mm厚600MPa厚板生产。
日本住友金属PCCS技术的主要原理：在铸坯凝固末端施加一个大的压下量，由于此刻铸坯逆向温度场的分布，中心温度高，表面温度低，相差约500℃，这种逆向温度差使得压下变形能够很好的传递到铸坯芯部，从而减少中心疏松，改善铸坯质量。
3)韩国浦项POSCO则提出了采用两个扇形段进行大压下的技术，其中前一个扇形段在凝固末端前完成轻压下，后一个扇形段在凝固终点位置完成5-20mm/m的大压下。
通过改造扇形段，使其具备大压下能力，在400mm厚度连铸机上，凝固铸坯中低固相区(fs＝0.5-0.6)采用5-20mm/m压下，压下率递增，但是该技术主要侧重解决中心偏析问题。
4)东北大学在唐钢中板厂也进行了大压下的工艺实践，其压下形式为扇形段压下，但与韩国POSCO压下工艺不同之处在于，东北大学的压下位置为固相率fs＝0.9的位置。针对唐钢中板，采用该技术后，铸坯中心偏析程度有了较大改善。
从目前的实践来看，国内外大压下工艺主要为轧机形式压下以及扇形段形式压下两种方式，根据实际操作过程，以下从压下能力和工艺效果两个方面，介绍一下两种压下方式的特点。
1)轧机压下形式的特点：
单道次压下量≥10mm；中心应变速率～0.04s-1；压下位置固定；依赖热跟踪模型定位凝固末端位置；单道次压下，大压下量大，利于变形量向连铸坯中心的传递；设备外形尺寸大，不易更换；设备投资和维护成本高。
2)扇形段压下形式的特点：单段压下≥10mm，总压下≥30mm；中心应变速率～0.02s-1；压下位置调节范围大；采用热跟踪+压力反馈定位凝固末端位置；扇形段整体压，总压下量大，单道次压下量小，变形量不易向铸坯中心传递；扇形段外形尺寸小，易于更换；相对设备投资维护成本低。
综上所述，轧机压下方式的单道次压下量大，压下效果好，但是压下位置固定，设备占地面积大，不易更换，适用于厚连铸坯；扇形段压下方式位置灵活，设备便于更换，但单道次压下量小，变形量不易向铸坯中心传递，适用于较薄一些的连铸坯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，解决了单道次压下量小，变形量不易向铸坯中心传递与压下位置固定相矛盾的问题。在连铸机扇形段区域有限的空间内，主压下采用轧机结构，辅助压下采用扇形段结构，将二者有机地结合为一个易于更换的整体，外形尺寸与其他扇形段一致；可跟踪铸坯的凝固末端位置灵活选择压下位置，并实现了单道次大于20mm的大压下量，铸坯中心应变速率大于0.04s-1，可有效地消除厚连铸坯的中心疏松和缩孔。
一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，包括大压下铸轧机1、大压下传动系统2、液压润滑系统3、气水冷却系统4、维修更换系统5和电气自动化系统6；根据连铸机的工艺需求，大压下铸轧机1安装在连铸机内铸坯的凝固末端位置，其中心线与连铸机中心线重合；大压下传动系统2安装在大压下铸轧机1的一侧，通过万向联轴器与大压下铸轧机1法兰连接，为大压下铸轧机1提供电力驱动；液压润滑系统3布置在大压下铸轧机1的非驱动侧，通过带快换接头的高压软管与大压下铸轧机1连接，为大压下铸轧机1提供压下动力源和润滑介质；气水冷却系统4安装在大压下铸轧机1的非驱动侧，通过带快换接头的低压金属软管与大压下铸轧机1连接，为大压下铸轧机1提供冷却介质；维修更换系统5位于大压下铸轧机1的非驱动侧，用于大压下铸轧机1的离线和在线维修更换；电气自动化系统6位于大压下铸轧机1的驱动侧，通过控制电缆分别与大压下铸轧机1和连铸机总控制系统相连接，实现大压下铸轧机1的各种功能。
所述的大压下铸轧机1包括辅助夹持辊上辊9、大压下辊上辊10、辅助夹持辊下辊11、大压下辊下辊12、自适应缓冲装置13、压下驱动装置14和牌坊机架结构15；大压下辊上辊10与大压下辊下辊12构成一对大压下辊，辅助夹持辊上辊9和辅助夹持辊下辊11构成一对辅助夹持辊，辅助夹持辊有4对，位于牌坊机架结构15内，大压下铸轧机1为可整体更换件。
所述的大压下传动系统2是由大功率变频电机、制动器、减速箱、分速箱及万向联轴器等组成，电机经减速箱减速后再由分速箱联接两个万向联轴器，驱动大压下铸轧机1的大压下辊上辊10和大压下辊下辊12，将铸坯拉出。
所述的液压润滑系统3中的液压系统为大压下铸轧机1或通用扇形段16的液压执行元件提供动力源，大压下铸轧机1的每对辊分别设计单独的液压控制系统，实现单独压下控制；润滑系统为大压下铸轧机1或通用扇形段的各辊系、大压下传动系统2的减速箱及分速箱提供润滑介质，确保设备的正常运行。
所述的气水冷却系统4为大压下铸轧机1和通用扇形段16中的各辊系提供内部冷却和外部冷却，通过精确计算的温度模型自动控制连铸过程中各辊系及轴承座处的温度在合适的范围内，保证设备使用性能的前提下尽量延长其使用寿命。
所述的维修更换系统5配置了专用的维修更换工具，用于大压下铸轧机1、一对大压下辊、每一对辅助夹持辊及通用扇形段16的在线和离线维修和快速更换。
所述的电气自动化系统6跟踪连铸坯的凝固末端位置，控制传动系统2和液压润滑系统3实现连铸坯夹持、轻压下、大压下三种功能，生产时根据实际需求选择功能，并且根据钢种、拉速等实际浇注情况调整压下量，大压下铸轧机1的最大压下量大于20mm，实现动态轻压下和动态大压下。
所述的大压下铸轧机1中的五对辊均可实现在线单独更换，其中大压下辊上辊10和大压下辊下辊12由维修更换系统5从大压下铸轧机1非传动侧进行更换，辅助夹持辊上辊9和辅助夹持辊下辊11从大压下铸轧机1上方直接天车吊出。
所述的大压下铸轧机1中的四个辅助夹持辊上辊9和大压下辊上辊10分别设计单独的压下驱动装置14，均可实现单辊压下/抬起控制。
所述的大压下铸轧机1中的四个辅助夹持辊下辊11均安装自适应缓冲装置13，保证其在夹持及轻压下工况下与连铸机的外弧基准面对弧准确不上下移动，大压下工况下压力超出设定值时可自适应浮动保护辅助夹持辊下辊11不被破坏。
所述的大压下铸轧机1中的大压下辊下辊12为在线浮动调整式，在夹持、轻压下和大压下三种工况下实现大压下下辊12辊面与连铸机的外弧基准面对弧准确，保证连铸坯的顺利运行。
所述的大压下铸轧机1中的大压下辊上辊10和大压下辊下辊12具有适应连铸过程高温、大压下力、低拉速条件下的特殊辊面材质及凸度设计，大压下辊上辊10和大压下辊下辊12均采用热作模具钢整体锻造而成，辊面特殊堆焊层设计，用来满足高温下对大压下辊面的硬度要求；大压下辊上辊10和大压下辊下辊12的辊形设计成具有一定凸度的曲线，用来补偿大压下辊宽度中心处产生的挠度，大压下辊辊形凸度曲线模型是依据不同的大压下参数进行的数值模拟计算确定，并能在实际应用中进行修正。
为提高本大压下装置的使用寿命，降低生产成本，在不需要进行大压下操作的情况下，采用一套扇形段过渡支撑结构7，实现大压下铸轧机1和不具备大压下能力的通用扇形段16在同一安装位置上的互换；同时，采用一套扇形段传动过渡支座8，将通用扇形段传动装置17安装在大压下传动系统万向联轴器位置，实现大压下传动系统2和通用扇形段传动装置17之间的互换。
本装置可根据不同的铸坯规格、钢种，随铸坯凝固末端位置的变化，在同一台连铸机上设置多套本大压下装置。
本发明的优点在于：
1、整体更换和各辊系在线单独更换。本装置实现了二辊轧机和扇形段结构的组合，一对主压下辊采用轧机形式，四对辅助压下辊采用扇形段从动辊结构，镶嵌在牌坊机架结构15中，实现了本装置的整体吊装和五对辊系的在线单独更换。
2、保证对弧精准的前提下，辅助夹持辊下辊在大压下时自适应浮动保护设备不受损坏。
3、五对辊均配置单独的液压控制系统，实现在线单独升降控制。
4、压下模式智能选择。通过智能的电气自动化系统6，可实现夹持模式、轻压下模式、大压下模式的智能切换。根据实际浇注钢种和订单的需求，在二级模型控制下智能采取压下模式。
5、压下能力充足。大压下辊采用特殊辊面材质及凸度设计，特制的牌坊机架结构15可保证设备机械强度，液压润滑系统3可保证充足的压下动力和需要的压下速度，实现压下量大于20mm和铸坯中心应变速率大于0.04s-1的工艺效果。
6、与通用扇形段的互换。大压下铸轧机1与通用扇形段16外形尺寸保持一致，并设计了过渡支撑结构，实现大压下装置和非具备大压下能力的通用扇形段的互换。
7、适应不同凝固末端要求。在同一台连铸机上可灵活设置多套本装置，以适应不同铸坯凝固末端位置的压下操作。
附图说明
图1为铸轧式连铸机凝固末端大压下装置垂直浇注方向安装图。其中，大压下铸轧机1、大压下传动系统2、气水冷却系统4、维修更换系统5、电气自动化系统6、牌坊机架结构15。
图2为铸轧式连铸机凝固末端大压下装置平面布置图。其中，大压下铸轧机1、大压下传动系统2、液压润滑系统3、气水冷却系统4、维修更换系统5、电气自动化系统6。
图3为将铸轧式连铸机凝固末端大压下装置更换为通用扇形段安装图。其中，扇形段过渡支撑结构7、扇形段传动过渡支座8、通用扇形段16、通用扇形段传动装置17。
图4为铸轧式连铸机凝固末端大压下装置及前后通用扇形段辊列示意图。其中，大压下铸轧机1、辅助夹持辊上辊9、大压下辊上辊10、辅助夹持辊下辊11、大压下辊下辊12、自适应缓冲装置13、压下驱动装置14、通用扇形段16。
具体实施方式
一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，包括大压下铸轧机1、大压下传动系统2、液压润滑系统3、气水冷却系统4、维修更换系统5和电气自动化系统6；根据连铸机的工艺需求，大压下铸轧机1安装在连铸机内铸坯的凝固末端位置，其中心线与连铸机中心线重合；大压下传动系统2安装在大压下铸轧机1的一侧，通过万向联轴器与大压下铸轧机1法兰连接，为大压下铸轧机1提供电力驱动；液压润滑系统3布置在大压下铸轧机1的非驱动侧，通过带快换接头的高压软管与大压下铸轧机1连接，为大压下铸轧机1提供压下动力源和润滑介质；气水冷却系统4安装在大压下铸轧机1的非驱动侧，通过带快换接头的低压金属软管与大压下铸轧机1连接，为大压下铸轧机1提供冷却介质；维修更换系统5位于大压下铸轧机1的非驱动侧，用于大压下铸轧机1的离线和在线维修更换；电气自动化系统6位于大压下铸轧机1的驱动侧，通过控制电缆分别与大压下铸轧机1和连铸机总控制系统相连接，实现大压下铸轧机1的各种功能。
大压下铸轧机1在电气自动化系统6的控制下可实现夹持模式、轻压下模式和大压下模式的智能切换，当铸机生产不需要轻压下、大压下工艺的铸坯或利用辊缝仪测量辊缝时，采用夹持模式；当铸机生产仅需要轻压下工艺的铸坯时，采用轻压下模式；当铸机生产需要大压下工艺的铸坯时，采用大压下模式，以上三种工作模式不能同时实现。
为更好的描述本发明，我们结合附图进行进一步说明。请参考附图1～4。
实施例1
图1和图2所示的铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，主体设备包括大压下铸轧机1、大压下传动系统2、液压润滑系统3、气水冷却系统4、维修更换系统5、电气自动化系统6、牌坊机架结构15。
图4所示铸轧式连铸机凝固末端大压下装置及前后通用扇形段的辊列布置，主要包括大压下铸轧机1、辅助夹持辊上辊9、大压下辊上辊10、辅助夹持辊下辊11、大压下辊下辊12、自适应缓冲装置13、压下驱动装置14、通用扇形段16。
大压下铸轧机1主要是由一对大压下驱动辊(大压下辊上辊10、大压下辊下辊12)、四对辅助夹持从动辊(辅助夹持辊上辊9、辅助夹持辊下辊11)及牌坊机架结构15等组成。每对辊的上辊带液压式压下驱动装置14，满足各种压下操作；大压下下辊具有辊面调整功能(液压式或机械式)，保证连铸机的对弧准确；辅助夹持辊下辊11带自适应缓冲装置13，可以设计为弹性元件、液压、气动等具有缓冲功能的结构，不采用大压下操作时保证连铸机辊面的对弧准确，采用大压下时超过设定的压力值自适应下浮，保证设备不被破坏，低于设定的压力值则准确回到基准辊面位置。
电气自动化系统6根据不同的压下逻辑设计了适合大压下铸轧机1和通用扇形段16的大压下控制器，当大压下铸轧机1在线工作时，可以进行夹持、轻压下、大压下三种操作模式；当通用扇形段16在线工作时，可以进行夹持、轻压下两种操作模式。以大压下铸轧机1在线工作为例介绍3种工作模式：
夹持操作模式：大压下辊上辊10和大压下辊下辊12以特定压力(夹持压力)夹持、驱动铸坯或引锭杆，此时，辅助夹持辊下辊11设计的自适应缓冲装置13可以承受夹持压力不浮动，保证铸坯通过扇形段/大压下设备。
轻压下操作模式：大压下辊上辊10、大压下辊下辊12及辅助夹持辊上辊9、辅助夹持辊下辊11在连铸机轻压下控制模型的控制下，根据模型下发的压下量每对辊单独进行压下操作。此时，辅助夹持辊下辊11设计的自适应缓冲装置13可以承受轻压下力不浮动，保证轻压下过程稳定进行。
大压下操作模式：大压下辊上辊10根据大压下控制模型下发的压下量指令，由压下驱动装置14驱动，直接压下。此时，辅助夹持辊下辊11受到的压下力比较大，当此压下力超出了自适应缓冲装置13的设定压力，辅助夹持辊下辊11向下浮动，减少其承受的压力，当压下结束或压下力减小到设定值以内时，辅助夹持辊下辊11自动复位到连铸机对弧基准面。
以上三种工况下，大压下铸轧机1、大压下电气系统2、液压润滑系统3、气水冷却系统4及电气自动化系统6启动安全报警逻辑，各系统安全信号均为“正常”且维修更换系统5安全信号为“禁用”时，大压下装置才被允许工作。
大压下装置的安装/更换分为两类操作模式。
整体安装/更换模式：通过天车吊入/吊离安装位；
线上安装/更换模式：安装时则可将牌坊机架结构15先装入固定，其他设备如辊子、液压缸等可在线装配；更换时大压下辊上辊10、大压下辊下辊12由维修更换系统5从非传动侧取出进行更换，辅助夹持辊上辊9、辅助夹持辊下辊11及其他辅助装置可以从本大压下装置上方直接天车吊出。
实施例2
图3为将铸轧式连铸机凝固末端大压下装置更换为通用扇形段的安装图。主要包括扇形段过渡支撑结构7、扇形段传动过渡支座8、通用扇形段16、通用扇形段传动装置17。
大压下铸轧机1的高度与通用扇形段不同，其基础大小、传动系统也不同，为满足大压下装置安装位置可以更换为不具备大压下能力的通用扇形段设备，设计了扇形段过渡支撑结构7，保证大压下铸轧机1/通用扇形段16都可以在同一位置正常使用；设计了扇形段传动过渡支座8，更换通用扇形段16前，先拆除大压下传动系统2中的万向联轴器，再将通用扇形段传动装置17安装在大压下传动系统2中万向联轴器位置。
Claims (6)
1.一种铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，其特征在于，包括大压下铸轧机(1)、大压下传动系统(2)、液压润滑系统(3)、气水冷却系统(4)、维修更换系统(5)和电气自动化系统(6)；大压下铸轧机(1)安装在连铸机内铸坯的凝固末端位置，其中心线与连铸机中心线重合；大压下传动系统(2)安装在大压下铸轧机(1)的一侧，通过万向联轴器与大压下铸轧机(1)法兰连接，为大压下铸轧机(1)提供电力驱动；液压润滑系统(3)布置在大压下铸轧机(1)的非驱动侧，通过带快换接头的高压软管与大压下铸轧机(1)连接，为大压下铸轧机(1)提供压下动力源和润滑介质；气水冷却系统(4)安装在大压下铸轧机(1)的非驱动侧，通过带快换接头的低压金属软管与大压下铸轧机(1)连接，为大压下铸轧机(1)提供冷却介质；维修更换系统(5)位于大压下铸轧机(1)的非驱动侧，用于大压下铸轧机(1)的离线和在线维修更换；电气自动化系统(6)位于大压下铸轧机(1)的驱动侧，通过控制电缆分别与大压下铸轧机(1)和连铸机总控制系统相连接，实现大压下铸轧机(1)的各种功能；
所述的大压下铸轧机(1)包括辅助夹持辊上辊(9)、大压下辊上辊(10)、辅助夹持辊下辊(11)、大压下辊下辊(12)、自适应缓冲装置(13)、压下驱动装置(14)和牌坊机架结构(15)；大压下辊上辊(10)与大压下辊下辊(12)构成一对大压下辊，辅助夹持辊上辊(9)和辅助夹持辊下辊(11)构成一对辅助夹持辊，辅助夹持辊有4对，位于牌坊机架结构(15)内，大压下铸轧机(1)为整体更换件；
所述的电气自动化系统(6)跟踪连铸坯的凝固末端位置，控制大压下传动系统(2)和液压润滑系统(3)实现连铸坯夹持、轻压下或大压下三种功能，生产时根据实际需求选择功能，并且调整压下量，大压下铸轧机(1)的最大压下量大于20mm，实现动态轻压下和动态大压下；
所述的大压下铸轧机(1)中的五对辊均可实现在线单独更换，其中大压下辊上辊(10)和大压下辊下辊(12)由维修更换系统(5)从大压下铸轧机(1)非传动侧进行更换，辅助夹持辊上辊(9)和辅助夹持辊下辊(11)从大压下铸轧机(1)上方直接天车吊出；
在不需要进行大压下操作的情况下，采用一套扇形段过渡支撑结构(7)，实现大压下铸轧机(1)和不具备大压下能力的通用扇形段(16)在同一安装位置上的互换；同时，采用一套扇形段传动过渡支座(8)，将通用扇形段传动装置(17)安装在大压下传动系统万向联轴器位置，实现大压下传动系统(2)和通用扇形段传动装置(17)之间的互换。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的大压下传动系统(2)包括大功率变频电机、制动器、减速箱、分速箱及万向联轴器，电机经减速箱减速后再由分速箱联接两个万向联轴器，驱动大压下铸轧机(1)的大压下辊上辊(10)和大压下辊下辊(12)，将铸坯拉出。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的液压润滑系统(3)中的液压系统为大压下铸轧机(1)或通用扇形段(16)的液压执行元件提供动力源，大压下铸轧机(1)的每对辊分别设计单独的液压控制系统，实现单独压下控制；润滑系统为大压下铸轧机(1)或通用扇形段的各辊系、大压下传动系统(2)的减速箱及分速箱提供润滑介质，确保设备的正常运行。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的气水冷却系统(4)为大压下铸轧机(1)和通用扇形段(16)中的各辊系提供内部冷却和外部冷却。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的维修更换系统(5)配置了维修更换工具，用于大压下铸轧机(1)、一对大压下辊、每一对辅助夹持辊及通用扇形段(16)的在线和离线维修和更换。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述的大压下铸轧机(1)中的四个辅助夹持辊上辊(9)和大压下辊上辊(10)分别设计单独的压下驱动装置(14)，实现单辊压下/抬起控制；所述的大压下铸轧机(1)中的四个辅助夹持辊下辊(11)均安装自适应缓冲装置(13)，保证其在夹持及轻压下工况下与连铸机的外弧基准面对弧准确不上下移动，大压下工况下压力超出设定值时保护辅助夹持辊下辊(11)不被破坏。
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