鑄輪是整條ＳＣＲ銅桿連鑄連軋生產(chǎn)線的核心部件。其正常運(yùn)行，對(duì)于正常生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)至關(guān)重要。而江銅分別于２００３、２００６年從美國(guó)ＳＯＵＴＨＷＩＲＥ公司引進(jìn)了ＳＣＲ３０００、ＳＣＲ４５００兩條連鑄連軋生產(chǎn)線［１～３］，盡管其技術(shù)裝備水平先進(jìn)，工藝成熟，然而，由于外方對(duì)ＳＣＲ生產(chǎn)線核心技術(shù)長(zhǎng)期實(shí)施壟斷和技術(shù)封鎖，作為關(guān)鍵易損件的鑄輪進(jìn)口周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、用量較大，常常供不應(yīng)求；鑄輪機(jī)械故障曾一度成為生產(chǎn)的“瓶頸”問(wèn)題，生產(chǎn)線產(chǎn)能受到嚴(yán)重影響，使得生產(chǎn)線綜合效能和規(guī)模效益得不到充分體現(xiàn)和發(fā)揮。因此，有針對(duì)性地對(duì)鑄輪進(jìn)行技術(shù)裝備創(chuàng)新及對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行合理控制十分重要。

１鑄機(jī)系統(tǒng)設(shè)備工藝流程

１．１鑄機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

鑄機(jī)系統(tǒng)是ＳＣＲ連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線的重要工序。主要包括：中間包澆注機(jī)構(gòu)、鑄模結(jié)晶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、坯預(yù)處理機(jī)構(gòu)等。其主要設(shè)備有：中間包、中間包底座、鑄輪及鑄輪機(jī)座、鋼帶傳動(dòng)裝置、導(dǎo)輪及過(guò)橋裝置、夾送輥、旋轉(zhuǎn)剪、氣動(dòng)橋架、削邊裝置、液壓剪等。其輔助系統(tǒng)主要由：鋼帶及ＳＰＯＵＴ加熱器、鑄機(jī)水系統(tǒng)、高壓水系統(tǒng)、高壓風(fēng)系統(tǒng)、乙炔系統(tǒng)等組成。圖1為ＳＣＲ生產(chǎn)線鑄機(jī)結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

１．２鑄機(jī)系統(tǒng)工藝流程

其工藝流程為：銅原料→提升加料機(jī)→豎爐→上、下流槽→中間包→五輪式鋼帶澆注機(jī)→旋轉(zhuǎn)剪→預(yù)處理機(jī)。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易調(diào)整操作，維修保養(yǎng)便利。

２鑄輪設(shè)計(jì)原理及其工況分析

銅液鑄造的錠坯品質(zhì)好壞，將影響到銅桿后序加工品質(zhì)，甚至最終產(chǎn)品品質(zhì)。因此，鑄輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理、有效。

２．１鑄輪設(shè)計(jì)原理

鑄輪的作用是將大于１０８３℃熔融銅液結(jié)晶成為９１０℃的連續(xù)鑄錠，敞口外圓一半由鋼帶包絡(luò)成封閉空腔，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將熾熱的錠坯送出、喂進(jìn)主軋機(jī)軋制［２］。ＳＣＲ生產(chǎn)線五輪式鋼帶澆注機(jī)示意圖見(jiàn)圖２。鑄輪部件包括銅環(huán)、側(cè)板、支承板等。鑄輪銅環(huán)采用銅合金材料，其加工制造工藝為：真空熔煉→真空鑄造→熱鍛→環(huán)軋→固溶→時(shí)效→機(jī)加工→探傷→包裝。采用鑄輪護(hù)板、銅環(huán)整體裝配鑄輪，可反復(fù)多次進(jìn)行機(jī)加工，以延長(zhǎng)其使用壽命，降低成本；同時(shí)實(shí)現(xiàn)鑄輪下機(jī)裝配，模具更新快速，減少了停車(chē)時(shí)間；而鑄輪垂直安裝設(shè)計(jì)，能方便熔池內(nèi)氣體及時(shí)溢出，高效熱傳遞提高了錠坯速度，降低了冷卻水用量。鑄輪的液位采用閉路電視監(jiān)控；其銅液流量由澆包上的塞棒來(lái)控制；澆包用一個(gè)測(cè)力傳感器將信號(hào)傳送給保溫爐控制系統(tǒng)，可控制保溫爐銅液的流量，保證澆包液位的穩(wěn)定［３］。

２．２鑄輪性能參數(shù)及其工況分析

ＳＣＲ３０００與ＳＣＲ４５００鑄輪對(duì)比，其相同點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材質(zhì)為銅合金，工作原理大致相同，沿外圓周開(kāi)有鑄坯結(jié)晶槽，其鑄坯形狀、晶相組織基本相同；其不同點(diǎn)是鑄輪轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為１３３５和１２３７ｒ／ｍｉｎ；鑄坯橫截面積分別設(shè)定為３８００和５７００ｍｍ２。澆注過(guò)程中，鑄輪受到錠坯高溫?zé)彷椛浜屠鋮s噴水的冷熱交替作用以及摩擦力和沖擊力的作用。其要求耐高溫、不開(kāi)裂、抗蠕變、成分均勻，內(nèi)部組織及晶粒均勻，無(wú)氣孔、夾雜，機(jī)加工性能良好等［４］。

３鑄輪相關(guān)技術(shù)裝備改進(jìn)

３．１鑄輪高壓水架技術(shù)裝備改進(jìn)

原鑄輪高壓水架除垢裝置是通過(guò)高壓水實(shí)現(xiàn)的，原鑄輪易帶水造成銅液飛濺，存在除垢不徹底、煙灰噴涂不均勻、澆注池液面不穩(wěn)和飛濺現(xiàn)象，對(duì)鑄錠品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。新設(shè)計(jì)鑄輪高壓水架去掉４個(gè)側(cè)噴噴嘴，將兩個(gè)底部噴嘴合二為一，并向脫模器導(dǎo)輪處下移少許，以延長(zhǎng)高壓風(fēng)除水時(shí)間，鑄輪三面可同時(shí)除垢，效果更好；同時(shí)，對(duì)噴嘴重新選型，加大其噴水量和水壓，且改變高壓水與鑄輪底圓弧切線的角度。可徹底除掉鑄輪煙垢，使煙灰噴涂均勻、澆注池液面穩(wěn)定。

３．２鑄輪高壓水噴嘴技術(shù)裝備改進(jìn)

原設(shè)計(jì)鑄輪高壓水噴嘴共有６個(gè)，皆延伸入鑄輪銅環(huán)內(nèi)。每次更換鑄輪銅環(huán)時(shí)，要將高壓噴嘴座全部拆下，更換系統(tǒng)時(shí)間長(zhǎng)。而在澆注過(guò)程中，噴嘴極易被飛濺的銅粒子堵住水眼，導(dǎo)致出水不均勻，使鑄輪銅環(huán)除垢和冷卻不均勻，影響到產(chǎn)品。新設(shè)計(jì)鑄輪高壓水噴嘴，采用單嘴冷卻、除垢，且安裝在鑄輪銅環(huán)外，可解決生產(chǎn)中水嘴易堵的問(wèn)題。該設(shè)計(jì)能滿足鑄輪銅環(huán)在７ＭＰａ２高壓水下冷卻、除垢均勻的需要，且可大幅縮短更換系統(tǒng)的時(shí)間。

３．３鑄輪吹干裝置技術(shù)裝備創(chuàng)新

原鑄輪壓縮風(fēng)吹干裝置設(shè)計(jì)缺陷是鑄輪、鋼帶表面經(jīng)高壓水清洗后，水分較多，在噴涂煙灰前難以清除以保證干燥，煙灰噴涂后鑄輪結(jié)垢快，更為嚴(yán)重的是水垢帶水進(jìn)入熔池后，易造成熔池飛濺，產(chǎn)生大量氣泡，造成鑄錠結(jié)晶不均勻、氣孔較多。新設(shè)計(jì)鑄輪吹干裝置增設(shè)一根壓縮風(fēng)管，使其與原壓縮風(fēng)管吹掃出的壓縮風(fēng)同向且形成互補(bǔ)，能完全覆蓋鑄輪工作面，從而消除吹干水氣“死角”，徹底吹干鑄輪工作面上的水氣。

３．４鑄輪備件擺放裝置及設(shè)計(jì)

鑄輪是ＳＣＲ生產(chǎn)線澆注用關(guān)鍵部件。其直徑最大達(dá)２４４０ｍｍ，體大笨重，占地面積大，材質(zhì)為銅合金，質(zhì)地偏軟，擺放不好極易導(dǎo)致變形，造成生產(chǎn)時(shí)漏銅、滲銅及澆注扭矩變化大等異常現(xiàn)象，直接會(huì)影響到生產(chǎn)線產(chǎn)品品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。新設(shè)計(jì)鑄輪旋轉(zhuǎn)式擺放架能實(shí)現(xiàn)鑄輪多層擺放，保證不變形，可保證３６０°旋轉(zhuǎn)且吊裝便利，即每層三角架都能以支撐軸為中心旋轉(zhuǎn)，每層鑄輪質(zhì)量靠裝有轉(zhuǎn)輪的支撐桿來(lái)支撐，每個(gè)支撐桿依次間隔２００ｍｍ，避免相互阻礙；每個(gè)轉(zhuǎn)輪可自由靈活轉(zhuǎn)向，鑄輪裝卸十分便利。

４鑄輪機(jī)械故障的合理控制

４．１鑄輪銅環(huán)裂紋故障

生產(chǎn)過(guò)程中，銅環(huán)整體要經(jīng)受空程到結(jié)晶過(guò)程的溫度循環(huán)，輪沿結(jié)晶槽工作表面要承受５５０～６５０℃高溫，結(jié)晶腔表面粗糙度逐漸增大，繼而出現(xiàn)表面點(diǎn)蝕現(xiàn)象，繼續(xù)使用點(diǎn)蝕將沿特有的幾個(gè)方向（如輪軸線方向、輪沿徑向及其夾角方向）伸長(zhǎng)，直至隆起產(chǎn)生微裂紋，造成脫模困難。鑄輪結(jié)晶腔（輪槽）以槽底、輪沿和槽根產(chǎn)生裂紋居多，且裂口最嚴(yán)重，裂紋增多、加深甚至穿透，會(huì)導(dǎo)致連鑄坯成形缺陷，直至無(wú)法滿足工藝要求，導(dǎo)致銅環(huán)失效［２］。

４．２銅環(huán)熱疲勞破壞故障

對(duì)熱疲勞破壞的銅環(huán)，應(yīng)車(chē)修徹底去除完其表面疲勞層后，再用探傷劑檢查，以確保車(chē)修質(zhì)量完全符合要求。每次車(chē)修量應(yīng)越小越好，當(dāng)半徑車(chē)修量達(dá)到３ｍｍ，仍然無(wú)法車(chē)除裂紋時(shí)，必須得到ＳＣＲ相關(guān)技術(shù)人員檢查認(rèn)可后，方可進(jìn)行車(chē)修。當(dāng)銅環(huán)外徑≤２４０４ｍｍ時(shí)，仍無(wú)法車(chē)修好，必須通知ＳＣＲ相關(guān)技術(shù)人員確認(rèn)，當(dāng)?shù)撞亢穸取埽玻担恚頃r(shí)，確認(rèn)鑄輪報(bào)廢。

４．３鑄輪跳動(dòng)量偏大故障

鑄輪跳動(dòng)量偏大，通常有鑄輪端面跳動(dòng)量偏大或鑄輪外圓跳動(dòng)量偏大兩種。其端面校正以美國(guó)南線銅環(huán)圖及附圖指定端面為基準(zhǔn)面校正，在銅環(huán)端面任取均布６點(diǎn)校正，使端面最高點(diǎn)和最低點(diǎn)在端面上均布。跳動(dòng)為０．６ｍｍ以上要及時(shí)上報(bào)，同時(shí)要兼顧６１０ｍｍ孔附近的端面跳動(dòng)在０．３５ｍｍ以內(nèi)。其外圓校正：以６１０ｍｍ內(nèi)孔為基準(zhǔn)校正，６１０ｍｍ圓跳動(dòng)在０．２ｍｍ以內(nèi)，同時(shí)要兼顧２４４０ｍｍ外圓，外圓跳動(dòng)在０．５ｍｍ以上要求上報(bào)。

４．４鑄輪漏銅頻繁故障

鑄輪漏銅時(shí)有發(fā)生，其主要原因有：①鑄輪車(chē)修精度較差，與其他輪子加工時(shí)不同心；②鑄輪軸向或徑向跳動(dòng)偏大；③鑄輪與鋼帶、壓輪密封有縫隙和跑偏，易漏銅放炮甚至爆炸，造成包死鑄輪和燒壞鑄輪，嚴(yán)重影響鑄坯結(jié)晶質(zhì)量，最終導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，飛濺銅水對(duì)人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅；④鑄輪、鑄輪護(hù)板內(nèi)堆積有冷銅；⑤鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線不在同一個(gè)平面內(nèi)；⑥鋼帶采購(gòu)批次寬度減小，易跑偏。為有效地減少或杜絕鑄輪漏銅，應(yīng)采取的控制措施有：①提高鑄輪的車(chē)修精度，保證與其他輪子加工時(shí)同心；②調(diào)整鑄輪軸向或徑向跳動(dòng)，直至恢復(fù)正常；③及時(shí)調(diào)整鑄輪與鋼帶、壓輪的密封縫隙和糾偏；④清洗鑄輪、鑄輪護(hù)板，清除護(hù)板內(nèi)冷銅，對(duì)表面進(jìn)行拋光打磨，安裝復(fù)位；⑤及時(shí)調(diào)整鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線，保證在同一個(gè)平面內(nèi)；⑥把好采購(gòu)關(guān)，若變更鋼帶規(guī)格，應(yīng)及時(shí)向生產(chǎn)人員反饋，并做好事故應(yīng)急預(yù)案。

４．５鑄輪磨損失效故障

鑄輪磨損失效，主要原因是：①冷銅等堅(jiān)硬異物進(jìn)入輪槽表面；②鑄輪表面與熱錠坯間相對(duì)滑動(dòng)而引起的摩擦磨損；③鑄輪被交替地加熱和水冷引起的表面熱疲勞磨損。實(shí)際生產(chǎn)顯示，鑄輪磨損失效，并非磨損量過(guò)大而影響錠坯尺寸，而是其表面磨損不均勻，其底部輪槽部位磨損總是大于其他部位，使錠坯尺寸超出允許范圍，從而導(dǎo)致鑄輪工作失效。

４．６在線打磨鑄輪事故故障

生產(chǎn)過(guò)程中，由于鑄輪結(jié)垢導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大，為消除其銅環(huán)疲勞層，使用在線打磨技術(shù)。若在線打磨鑄輪不當(dāng)，易造成黑紅坯、坯裂等情況，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致斷坯、倒坯甚至停鑄，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為保證ＳＣＲ生產(chǎn)線的安全順行，應(yīng)采取的控制措施有：①在使用千葉輪前必須確認(rèn)千葉輪片是否完好，固定螺母是否緊固，連接氣管是否扎牢；②關(guān)閉鑄輪高壓水后，必要時(shí)拔起架子；③使用千葉輪時(shí)，待空轉(zhuǎn)試驗(yàn)確認(rèn)無(wú)誤，方可操作下一步；④現(xiàn)場(chǎng)操作中，操作者用手穩(wěn)持千葉輪站在鑄輪操作側(cè)面；⑤將千葉輪緩慢地放入鑄輪槽內(nèi)，輕輕接觸鑄輪底部或側(cè)面，不得用千葉輪片猛壓接觸面，以免鑄輪受傷，或因鑄坯含渣過(guò)多而產(chǎn)生斷坯，待穩(wěn)定之后起動(dòng)千葉輪打磨；⑥確認(rèn)鑄輪底部、側(cè)面光滑且無(wú)明顯結(jié)垢，即可停止打磨。

４．７車(chē)修鑄輪尺寸公差超標(biāo)故障

車(chē)修鑄輪尺寸公差超標(biāo)，往往導(dǎo)致鑄輪車(chē)修質(zhì)量差，甚至根本無(wú)法使用。車(chē)修鑄輪時(shí)，應(yīng)按美國(guó)南線公司提供的鑄輪車(chē)修標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。