铸轧侧封板的工艺和结构设计

1、铸轧侧封板的工艺和结构设计侧封板在铸轧领域的重要地位当今世界，钢铁工业的竞争越来越激烈，各国钢铁企业正在寻求技术创新的道路来 增强自己的竞争力，使在激烈的竞争中处于不败之地。近几年来世界各国钢铁企业投入大量的人力物力联手开发研究双辊铸轧薄带钢工 艺，已经成为各国钢铁企业技术创新的重要组成部分。但是双辊铸轧薄带钢工艺向工业 化生产发展中还存在一些技术难题，例如钢水的布流技术，侧封技术，铸带的表面质量 等，而这些技术难题中，侧封技术是最关键的技术。在双辊铸轧薄带钢工艺中，钢水浇 入由两个水冷辊和两个侧封板组成的熔池直接铸轧出薄带，侧封是否严密封住钢水和侧 封的材质和结构的稳定性和铸带的质量。侧封效

2、果的好坏直接决定铸轧过程的成败。在双辊铸轧薄带钢中，要求侧封板保持 良好的密封性，由于轧辊的旋转，侧封板和铸辊端部之间存在摩擦，造成侧封板的磨损， 使得轧辊和侧封板之间产生缝隙，钢水进入缝隙在侧封板处产生冷块或漏钢；当凝固壳 进入辊缝时，在轧制力的作用下产生宽展，铸带对侧封板产生划伤，严重影响侧封板的 密封性；侧封板和钢水直接接触，钢水对侧封板的侵蚀是影响侧封板寿命的主要因素， 同时侧封板在热应力和压紧力的作用下产生破碎，缩短了侧封板的使用寿命。由于侧封 效果不良造成铸轧过程不稳和铸带产生缺陷，这些都是侧封技术研究中面临的问题。2.2侧封板2.2.1侧封板的两种结构侧封板的结构分为两种，一种是

3、整体式的，一种是组合式的，两种结构实物图如1.2 图所示：两种结构各有优缺点，采用整体式的优点是侧封板可以采用加热炉加热，预热温度 比较理想，在实际操作中，侧封板的安装和调试比较便捷，侧封板的密封效果比较理想， 铸轧生产的铸带边部质量比较好。但是，采用整体式侧封板还存在不可避免的缺点：在图2.1侧封板的两种结构图2.1侧封板的两种结构(a)整体式(b)组合式生产过程中侧封板与轧辊端部接触面积比较大，侧封板产生的磨损比较严重，容易在侧 封板和轧辊之间产生缝隙，产生飞边等缺陷，这些铸带缺陷的产生对铸轧过程的不稳定 产生不良影响，而且整体式侧封板的强度比较低，生产过程中容易产生破碎的现象；同 时造成

4、的不良效果队曾封板的密封效果产生不利影响。而组合式侧封板防止了侧封板的 破碎和减轻了侧封板的磨损，克服了整体式侧封板的弊端。其结构图如图1.1b所示。在 侧封板和钢水接触的部分采用耐火材料，其它部位采用钢结构。耐火材料在钢结构的紧 固下，侧封板的使用强度明显得到提高，组合式侧封板破碎的次数明显减少，由此说明 耐火材料在受周向压应力的作用时，耐火材料的使用强度得到提高，耐火材料不易破碎。总之，采用组合式侧封板的优点是：侧封板的使用强度得到提高，有效的防止了侧封板 产生破碎，而且侧封板中耐火材料与轧辊接触面积减少，降低了侧封板的磨损量。因此 在设计中我选用的组合式的侧封板。2.2.2侧封板的磨损情

5、况L中心位置A勺轧辗接触区L中心位置A勺轧辗接触区为轧制区防止钢水的化学楠蚀防止其摧的瘩根防止轧止用说壳的I醐侧封板的磨损情况如下图所示，图2.2侧封板的各部分作用图A处为钢水接触区，B处为铸辊接触区，铸辊接触区域要求侧封板具有良好的耐磨 性，与钢水接触区域要求耐火材料具有良好的抗腐蚀性能；与铸辊吻合点需要具有两个 性能，产生的磨损主要是铸辊的磨损和凝壳在轧制时产生宽展的磨损最为严重，其对侧 封板的使用寿命影响最大。2.2.3侧封板安装位置的确定组合式侧封板安装位置的确定时组合式侧封板结构研究中的目的和关键，其主要影 响到侧封板底部的耐火材料的磨损和划伤破碎的程度，试验中采用了几组位于不同位置

6、 安装位置的侧封板，来确定合理的组合式侧封板的安装位置。图2.3侧封板安装位置的确定及比较首先采用如下图.情况的位置，侧封板底部高于轧辊的辊缝510mm，这样做的目 的是防止铸带在出辊缝时对侧封板的磨损和宽展对侧封板密封产生的不利影响。此情况 下，己产生漏钢现象，产生漏钢的主要原因是钢水的凝固终了点在轧辊辊缝的附近，未 凝固的钢水容易漏出，此时侧封板的密封作用没有体现出来。采用位置如图2.结构的侧 封板，侧封板的底部位于轧辊辊缝附近，实验证明此情况适合在理想铸轧条件下工作， 由于铸轧过程的不稳定性，钢水凝固终了点很难保持恒定，又有时凝固终了点位于轧辊 辊缝以下，此时产生漏钢，所以试验中很难保证

7、不产生漏钢，所以采用了位置如图3. 的侧封板，这种情况可以满足试验的需要，既能防止钢水漏钢，又能使铸带对侧封板的 磨损比较小，是产生的不良影响减少到最小。2.2.4侧封板材质的选择固体侧封板常用的耐火材料主要包括普通耐火材料，陶瓷耐火材料，碳纤维耐火材 料等。国外钢铁企业所用的侧封板主要采用陶瓷材料和碳纤维材料，据报道这种侧封板 的性能较好，浇铸出来的板带边部质量好，但其造价非常高。国内研究中中采用较多的 材质为耐火粘土砖、高铝砖、BN等等，这些耐火材料在使用过程中效果不太理想，综 合考虑到侧封板使用的场合以及综合性能成本，我重点分析了熔融石英质和氧化锆的侧 封板。在铸轧过程中侧封板既与高温钢

8、水直接作用，又与铸辊有相对滑动，同时还承受和 大的压紧力，因此侧封板的材质的选择至关重要。对侧封板的节本要求是：耐热性能好， 耐热冲击力强，保温性能好，热变形量小，并且在高温下具有一定的强度，耐磨性和韧 性。因此在选择侧封板耐火材料方面主要考虑耐火材料的热血性能，力学性能；熔融石英质的侧封板基本上能够满足以上条件，具有低的导热系数和热膨胀率，具 有良好的隔热保温性能，同时其耐热震性能比较好，但其高温强度，高温抗折强度比较 低，在钢水的冲击下，容易产生高温析晶而开裂和剥落，进行生产时，侧封板表面出现 被钢水侵蚀起泡的现象，同时受钢水的热冲击产生的热应力作用，经常出现破碎现象。 同时，熔融石英的抗

9、钢水侵蚀性能较差，且强度和耐磨性能都存在不足。而氧化锆质的侧封板，具有良好的耐侵蚀性，且不与钢水润湿和反应，热膨胀较小， 氧化锆的侧封板整体性能要好于熔融石英的侧封板，因此我选用了氧化锆作为侧封板的 材料，但是氧化锆侧封板的制作工艺要求高，且在高温下易发生分解，抗热震性能降低。同时，耐火材料的抗侵蚀性还与材料的气孔率有关，因此在制作氧化锆侧封板时， 要采用小颗粒的氧化锆经高压压制热制成，侧封板的抗腐蚀性能明显提高，所以提高侧 封板的致密度有利于提高侧封板的抗腐蚀性和强度。总之，在薄带连铸工程中为了取得良好的侧封效果，需要解决以下几个问题：防止与侧封板接触部分的钢水凝固，造成钢水中又冷块，降低钢

10、坯性能。防止钢水从侧封板与轧辊接触的部位泄漏，即漏钢。降低侧封板由于机械性摩擦和钢水的侵蚀所造成的损耗。针对这几个问题，我们关键重点分析侧封板的材质和侧封板的压紧机构。上面我们重点分析了对侧封板材质的选择，下面我们主要分析一下侧封板压紧机构 的工艺设计。2.3结构与工艺的设计2.3.1固定支架铸轧机的侧封装置主要侧封板，固定支架和侧封板的压紧机构三部分组成，固定支 架我做了一个简单的机构，通过它用螺钉把整个侧封装置固定在铸轧机机架上。固定支 架如图1.4所示：图2.4固定支架固定支架采用焊接的方式，增强支架的强度以及加工的方便与经济。2.3.2 侧封板为了确保生产过程中，侧封板能够时刻紧贴在轧

11、辊的端面，防止造成漏钢，侧封板 的压紧装置必须有足够的压紧力，以及还要有自动补偿侧封板磨损的功能，更好地解决 侧封板的回退问题，压紧机构采用了弹簧和螺栓结合的方式，可以保证压紧力能够稳定 的保持在侧封板上，通过对比，这种机构的压紧效果是非常理想的，而且结构简单，成 本低，安装和调整方便。弹簧对侧封板的压紧采用三点压紧的方式，使得侧封板在薄带连铸过程中受理比较 均匀，对保护侧封板，防止其被压碎或挤碎起到了很好的作用。2.3.3加热装置同时，还应该注意的是，为了防止钢水在开浇时，由于侧封板的温度低而粘贴在侧 封板上，造成铸轧生产出来的钢坯有缺陷，还有冷块现象，侧封板在开浇前要进行预热， 在开浇的过

12、程中要进行保温，因此，侧封板还需要一个加热装置。加热装置，首先我考虑到的是开浇以前，先把侧封板单独拿出来，在加热炉里进行 加热，加热到所需要的温度，一般的侧封板最佳的预热温度是1175C，在保温的时候采 用火焰加热，这种方法是可以实现的，并且效果还很不错，可是生产过程中，这样的工 序很浪费时间和工时，而且还要单独让专门的人来管理这个，也造成人力的浪费，最重 要的是本来已经调节好的侧封板很有可能在拆卸和安装过程中产生误差，因此，预热的 方法只能采取在线预热，即把加热部分和侧封板组合在一起，等侧封装置调节好安装好 以后，对侧封板进行预热，这样即方便又节省时间和工序。针对这种情况我考虑了两种 方案:

13、第一种，把电阻丝盘穿在侧封板的后半部分，以减小对侧封板强度的影响，在 制作侧封板时，把侧封板的里面做成盘旋孔，在孔里面盘上电阻丝，通过电阻丝来对侧 封板进行加热，如下图所示：图2.5 电阻丝的分布形式（一）可是考虑到，侧封板加工过程的困难，还有电阻丝对侧封板之间加热，直接接触会 影响侧封板的强度。以及电阻丝安装与拆卸的困难程度。同时，可以看到，侧封板两侧 的电阻丝裸露在外面，很容易和侧封板挡板接触（由于侧封板挡板是钢的，容易导电）, 会造成很严重的事故，因此，这个方案是不可以采取的。第二种方案是，把侧封板做成组合体，即侧封板和加热装置是两个单独的部件，单 独的加热装置的尺寸是在侧封板与钢水相接

14、触的区域，减少了能量的损耗，而且加工和 安装比较方便，不足点就是，由于把侧封板做成了组合体，不可避免地把侧封板的强度 降低了，不过在这种强度足以满足条件，所以完全可以利用这个方案制作侧封板。为了增强侧封板的强度，就在侧封板的后半部分掏空，以放置加热装置，侧封板 如下图所示：虚线部分是放置加热装置的位置，上面的沉孔用螺钉把加热装置和侧封板固定在一 起，为了结构的稳定和生产工作的顺利进行。图2.6侧封板加热装置的位置虚线的确定就是根据侧封板与钢水相接处的区域，来确定的，加热装置的面积稍微 比这个区域大，一方面是为了更好地完成加热目的，确保与钢水接触的区域充分预热， 防止冷块发生，影响产品质量，另一

15、方面，侧封板掏空的部分少，就更加减少了由于对 侧封板的掏空而对侧封板强度的影响。加热装置，首先材质选用的是氧化铝陶瓷，因为这种氧化铝陶瓷的熔点在2000C以 上，耐高温，能够在1600C左右长期使用，完全可以满足工艺要求，侧封板的预热温度 是1175C，而且氧化铝陶瓷还具有很高的硬度，正好可以补充因侧封板掏空而造成的对 侧封板强度的影响，氧化铝陶瓷同时还具有良好的绝缘性和化学稳定性，况且氧化铝陶 瓷在高温下也具有良好绝缘性和化学稳定性，这是很关键的，电阻丝在工作期间时刻保 持高温状态，而且与氧化铝陶瓷直接接触，高温绝缘性是必需的，化学稳定性可以保持 加热装置的工作持续性，不会损坏或变形，影响加

16、热的效果。加热装置如图2.7所示。电阻丝采用S型的盘绕方式，这样有利于对侧封板更加均匀的加热，避免加热不均 匀，造成侧封板破碎。图2.7加热装置1一氧化铝陶瓷加热板2一电阻丝2.3.4陶瓷接线柱电阻丝的接线柱选用的是陶瓷接线柱，也正是利用了陶瓷的高温下良好的绝缘性和 化学稳定性接线柱的图形如图2.8：图图2.8陶瓷接线柱另外这种接线柱的传热性能也非常的好，能够把电阻丝的热量及时的散发到外 面。而且在电阻丝接入接线柱的时候，暴露到外界的部分很容易引起危险，因此，露出 的部分的应该套上陶瓷管，以达到良好的绝缘效果，保证安全生产。接线柱的固定是用螺钉把它连接到侧封板加热装置的上方，套有陶瓷管的电阻丝

17、， 用螺栓压在接线柱里面与电线相连接，如下图2.9所示。图2.9加热装置1-接线柱，2-加热板来固定电阻丝，3-电阻丝，4 电源线2.3.5侧封板的冷却水箱在开浇以前，要对侧封板进行预热，但是开浇以后，要对侧封板进行冷却，这样是 为了使钢水在进入结晶器前，形成合适的硬壳，这样可以更好的脱钢，如果不能及时形 成硬壳的话，在钢水脱钢的时候会粘贴在轧辊上，造成铸坯的缺陷。冷却方法用水冷，这样即方便又结构简单，而且安装也比较方便，效果也非常好， 可是侧封板既要用电阻丝加热又要用水来冷却，怎么使这两个过程相互独立，且不彼此 影响呢？当然不能把水流也经过侧封板里面，如果这样，侧封板的强度受到严重影响以 外

18、，还会和电阻丝容易接触，形成火灾。所以我把水冷装置设置在侧压板上，即把侧压 板的中部掏空，通过冷却水，让循环水带走侧封板的热量，已达到冷却的效果。同时在 侧压板的一侧还有两个侧封板挡板是用来固定侧封板的，为了防止侧封板的挡板与轧辊 的端面摩擦，侧封板挡板的高度要比侧封板的高度低510mm。侧封板挡板的内侧是 紧密预测封板靠在一起的，一方面固定侧封板使其在生产过程中的位置保持不动，还有 对侧封板定位的功能。侧封板挡板是通过焊接的方式与侧压板固定在一起。图2.10冷却水箱如上图所示是侧压板的结构图，1是侧压板，2是侧封板的挡板，还有在侧压板的 另一侧还焊接着三个套管，这三个套管是用来固定弹簧装置的，冷却水就是从侧压板中 间掏空的部位通过的，冷却水的进水管在3.的位置，在3的位置焊接一个弯头，和进水 管道进行连接，冷却水的出水管在4的位置，这里用法兰连接一个管道弯头，和出水管 道进行连接。2.3.6弹簧压紧侧封装置的压紧方式采用弹簧压紧方式，弹簧对侧封板的压紧采用三点接触的方 式。其选择原则是使用弹簧压紧结构比较简单，安装和调整都比较简单，安装和调整都 比较方便，在安装侧封板时能够顺利的安放侧封板，并且在铸轧前对侧封板进行加热和 保温方式设计比较方便。为了更好的对侧封板进行压紧，采用螺栓和弹簧结合的方式， 这样可以更好的解决