鑄輪是整條ＳＣＲ銅桿連鑄連軋生產線的核心部件。其正常運行，對于正常生產和產品品質至關重要。而江銅分別于２００３、２００６年從美國ＳＯＵＴＨＷＩＲＥ公司引進了ＳＣＲ３０００、ＳＣＲ４５００兩條連鑄連軋生產線［１～３］，盡管其技術裝備水平先進，工藝成熟，然而，由于外方對ＳＣＲ生產線核心技術長期實施壟斷和技術封鎖，作為關鍵易損件的鑄輪進口周期長、價格昂貴、用量較大，常常供不應求；鑄輪機械故障曾一度成為生產的“瓶頸”問題，生產線產能受到嚴重影響，使得生產線綜合效能和規模效益得不到充分體現和發揮。因此，有針對性地對鑄輪進行技術裝備創新及對機械故障進行合理控制十分重要。

１鑄機系統設備工藝流程

１．１鑄機系統結構組成

鑄機系統是ＳＣＲ連鑄連軋銅桿生產線的重要工序。主要包括：中間包澆注機構、鑄模結晶機構、導輪傳動機構、坯預處理機構等。其主要設備有：中間包、中間包底座、鑄輪及鑄輪機座、鋼帶傳動裝置、導輪及過橋裝置、夾送輥、旋轉剪、氣動橋架、削邊裝置、液壓剪等。其輔助系統主要由：鋼帶及ＳＰＯＵＴ加熱器、鑄機水系統、高壓水系統、高壓風系統、乙炔系統等組成。圖1為ＳＣＲ生產線鑄機結晶系統結構簡圖。

１．２鑄機系統工藝流程

其工藝流程為：銅原料→提升加料機→豎爐→上、下流槽→中間包→五輪式鋼帶澆注機→旋轉剪→預處理機。其特點是：結構簡單，易調整操作，維修保養便利。

２鑄輪設計原理及其工況分析

銅液鑄造的錠坯品質好壞，將影響到銅桿后序加工品質，甚至最終產品品質。因此，鑄輪結構設計必須合理、有效。

２．１鑄輪設計原理

鑄輪的作用是將大于１０８３℃熔融銅液結晶成為９１０℃的連續鑄錠，敞口外圓一半由鋼帶包絡成封閉空腔，轉動的同時將熾熱的錠坯送出、喂進主軋機軋制［２］。ＳＣＲ生產線五輪式鋼帶澆注機示意圖見圖２。鑄輪部件包括銅環、側板、支承板等。鑄輪銅環采用銅合金材料，其加工制造工藝為：真空熔煉→真空鑄造→熱鍛→環軋→固溶→時效→機加工→探傷→包裝。采用鑄輪護板、銅環整體裝配鑄輪，可反復多次進行機加工，以延長其使用壽命，降低成本；同時實現鑄輪下機裝配，模具更新快速，減少了停車時間；而鑄輪垂直安裝設計，能方便熔池內氣體及時溢出，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控；其銅液流量由澆包上的塞棒來控制；澆包用一個測力傳感器將信號傳送給保溫爐控制系統，可控制保溫爐銅液的流量，保證澆包液位的穩定［３］。

２．２鑄輪性能參數及其工況分析

ＳＣＲ３０００與ＳＣＲ４５００鑄輪對比，其相同點是結構簡單，材質為銅合金，工作原理大致相同，沿外圓周開有鑄坯結晶槽，其鑄坯形狀、晶相組織基本相同；其不同點是鑄輪轉速分別設定為１３３５和１２３７ｒ／ｍｉｎ；鑄坯橫截面積分別設定為３８００和５７００ｍｍ２。澆注過程中，鑄輪受到錠坯高溫熱輻射和冷卻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、不開裂、抗蠕變、成分均勻，內部組織及晶粒均勻，無氣孔、夾雜，機加工性能良好等［４］。

３鑄輪相關技術裝備改進

３．１鑄輪高壓水架技術裝備改進

原鑄輪高壓水架除垢裝置是通過高壓水實現的，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、澆注池液面不穩和飛濺現象，對鑄錠品質產生不良影響。新設計鑄輪高壓水架去掉４個側噴噴嘴，將兩個底部噴嘴合二為一，并向脫模器導輪處下移少許，以延長高壓風除水時間，鑄輪三面可同時除垢，效果更好；同時，對噴嘴重新選型，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、澆注池液面穩定。

３．２鑄輪高壓水噴嘴技術裝備改進

原設計鑄輪高壓水噴嘴共有６個，皆延伸入鑄輪銅環內。每次更換鑄輪銅環時，要將高壓噴嘴座全部拆下，更換系統時間長。而在澆注過程中，噴嘴極易被飛濺的銅粒子堵住水眼，導致出水不均勻，使鑄輪銅環除垢和冷卻不均勻，影響到產品。新設計鑄輪高壓水噴嘴，采用單嘴冷卻、除垢，且安裝在鑄輪銅環外，可解決生產中水嘴易堵的問題。該設計能滿足鑄輪銅環在７ＭＰａ２高壓水下冷卻、除垢均勻的需要，且可大幅縮短更換系統的時間。

３．３鑄輪吹干裝置技術裝備創新

原鑄輪壓縮風吹干裝置設計缺陷是鑄輪、鋼帶表面經高壓水清洗后，水分較多，在噴涂煙灰前難以清除以保證干燥，煙灰噴涂后鑄輪結垢快，更為嚴重的是水垢帶水進入熔池后，易造成熔池飛濺，產生大量氣泡，造成鑄錠結晶不均勻、氣孔較多。新設計鑄輪吹干裝置增設一根壓縮風管，使其與原壓縮風管吹掃出的壓縮風同向且形成互補，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計

鑄輪是ＳＣＲ生產線澆注用關鍵部件。其直徑最大達２４４０ｍｍ，體大笨重，占地面積大，材質為銅合金，質地偏軟，擺放不好極易導致變形，造成生產時漏銅、滲銅及澆注扭矩變化大等異常現象，直接會影響到生產線產品品質，嚴重時甚至導致停產。新設計鑄輪旋轉式擺放架能實現鑄輪多層擺放，保證不變形，可保證３６０°旋轉且吊裝便利，即每層三角架都能以支撐軸為中心旋轉，每層鑄輪質量靠裝有轉輪的支撐桿來支撐，每個支撐桿依次間隔２００ｍｍ，避免相互阻礙；每個轉輪可自由靈活轉向，鑄輪裝卸十分便利。

４鑄輪機械故障的合理控制

４．１鑄輪銅環裂紋故障

生產過程中，銅環整體要經受空程到結晶過程的溫度循環，輪沿結晶槽工作表面要承受５５０～６５０℃高溫，結晶腔表面粗糙度逐漸增大，繼而出現表面點蝕現象，繼續使用點蝕將沿特有的幾個方向（如輪軸線方向、輪沿徑向及其夾角方向）伸長，直至隆起產生微裂紋，造成脫模困難。鑄輪結晶腔（輪槽）以槽底、輪沿和槽根產生裂紋居多，且裂口最嚴重，裂紋增多、加深甚至穿透，會導致連鑄坯成形缺陷，直至無法滿足工藝要求，導致銅環失效［２］。

４．２銅環熱疲勞破壞故障

對熱疲勞破壞的銅環，應車修徹底去除完其表面疲勞層后，再用探傷劑檢查，以確保車修質量完全符合要求。每次車修量應越小越好，當半徑車修量達到３ｍｍ，仍然無法車除裂紋時，必須得到ＳＣＲ相關技術人員檢查認可后，方可進行車修。當銅環外徑≤２４０４ｍｍ時，仍無法車修好，必須通知ＳＣＲ相關技術人員確認，當底部厚度≤２５ｍｍ時，確認鑄輪報廢。

４．３鑄輪跳動量偏大故障

鑄輪跳動量偏大，通常有鑄輪端面跳動量偏大或鑄輪外圓跳動量偏大兩種。其端面校正以美國南線銅環圖及附圖指定端面為基準面校正，在銅環端面任取均布６點校正，使端面最高點和最低點在端面上均布。跳動為０．６ｍｍ以上要及時上報，同時要兼顧６１０ｍｍ孔附近的端面跳動在０．３５ｍｍ以內。其外圓校正：以６１０ｍｍ內孔為基準校正，６１０ｍｍ圓跳動在０．２ｍｍ以內，同時要兼顧２４４０ｍｍ外圓，外圓跳動在０．５ｍｍ以上要求上報。

４．４鑄輪漏銅頻繁故障

鑄輪漏銅時有發生，其主要原因有：①鑄輪車修精度較差，與其他輪子加工時不同心；②鑄輪軸向或徑向跳動偏大；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，嚴重影響鑄坯結晶質量，最終導致產品不合格，飛濺銅水對人身安全構成嚴重威脅；④鑄輪、鑄輪護板內堆積有冷銅；⑤鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線不在同一個平面內；⑥鋼帶采購批次寬度減小，易跑偏。為有效地減少或杜絕鑄輪漏銅，應采取的控制措施有：①提高鑄輪的車修精度，保證與其他輪子加工時同心；②調整鑄輪軸向或徑向跳動，直至恢復正常；③及時調整鑄輪與鋼帶、壓輪的密封縫隙和糾偏；④清洗鑄輪、鑄輪護板，清除護板內冷銅，對表面進行拋光打磨，安裝復位；⑤及時調整鑄輪、壓輪、張緊輪、惰輪中心線，保證在同一個平面內；⑥把好采購關，若變更鋼帶規格，應及時向生產人員反饋，并做好事故應急預案。

４．５鑄輪磨損失效故障

鑄輪磨損失效，主要原因是：①冷銅等堅硬異物進入輪槽表面；②鑄輪表面與熱錠坯間相對滑動而引起的摩擦磨損；③鑄輪被交替地加熱和水冷引起的表面熱疲勞磨損。實際生產顯示，鑄輪磨損失效，并非磨損量過大而影響錠坯尺寸，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，從而導致鑄輪工作失效。

４．６在線打磨鑄輪事故故障

生產過程中，由于鑄輪結垢導致產品質量波動大，為消除其銅環疲勞層，使用在線打磨技術。若在線打磨鑄輪不當，易造成黑紅坯、坯裂等情況，嚴重時將導致斷坯、倒坯甚至停鑄，嚴重影響生產。為保證ＳＣＲ生產線的安全順行，應采取的控制措施有：①在使用千葉輪前必須確認千葉輪片是否完好，固定螺母是否緊固，連接氣管是否扎牢；②關閉鑄輪高壓水后，必要時拔起架子；③使用千葉輪時，待空轉試驗確認無誤，方可操作下一步；④現場操作中，操作者用手穩持千葉輪站在鑄輪操作側面；⑤將千葉輪緩慢地放入鑄輪槽內，輕輕接觸鑄輪底部或側面，不得用千葉輪片猛壓接觸面，以免鑄輪受傷，或因鑄坯含渣過多而產生斷坯，待穩定之后起動千葉輪打磨；⑥確認鑄輪底部、側面光滑且無明顯結垢，即可停止打磨。

４．７車修鑄輪尺寸公差超標故障

車修鑄輪尺寸公差超標，往往導致鑄輪車修質量差，甚至根本無法使用。車修鑄輪時，應按美國南線公司提供的鑄輪車修標準嚴格執行。