張金惠（唐山鋼鐵設(shè)計研究院，唐山 063000）

淺談高線熱送非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計

張金惠（唐山鋼鐵設(shè)計研究院，唐山 063000）

介紹了海城鋼鐵有限公司80萬t/a高速線材生產(chǎn)線采用連鑄坯熱送熱裝的工藝流程；闡述了熱送輥道、入爐輥道、轉(zhuǎn)盤等非標(biāo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點及單獨驅(qū)動輥道形式的優(yōu)點；對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行了選型和功率計算。指出了這條生產(chǎn)線在熱送非標(biāo)設(shè)備設(shè)計上的優(yōu)勢和不足，為高速線材生產(chǎn)線的熱送非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計及應(yīng)用提供了參考。

線材 生產(chǎn)線 連鑄坯 熱送 熱裝 轉(zhuǎn)盤 功率

1 引言

連鑄坯熱送熱裝工藝因其具有縮短加熱爐內(nèi)坯料的加熱時間、減少坯料燒損、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點，近年來在冶金行業(yè)的應(yīng)用日漸廣泛。2009年，海城鋼鐵有限公司投資建設(shè)一條年產(chǎn)量為80萬t高速線材生產(chǎn)線。此生產(chǎn)線的設(shè)計原則是：盡量做到實用、可靠，在滿足工藝的先進(jìn)性和合理性的前提下，最大可能地降低本工程的投資規(guī)模；統(tǒng)一考慮煉鋼到軋鋼連鑄坯的熱送熱裝。產(chǎn)品為?5.5～16 mm高速無扭熱軋盤條。車間所用原料為連鑄坯，全部由公司煉鋼供給，鋼坯規(guī)格尺寸為：65 mm×165 mm×12 000 mm，凈重為2 500 kg，最小坯料長度為10 000 mm。實現(xiàn)了從連鑄機(jī)到加熱爐直線距離200 m，高差5 m的連鑄坯熱送熱裝。

2 連鑄坯熱送熱裝工藝流程

高速線材生產(chǎn)線的工藝流程：連鑄機(jī)→鑄坯輸送輥道→上料臺架→熱送輥道→輥道電子稱→升降擋板→單臂轉(zhuǎn)盤→鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)→入爐輥道→蓄熱式加熱爐→出爐輥道→軋機(jī)。見圖1。

從連鑄機(jī)出來的單根熱坯，通過1#上料臺架被放到熱送輥道上，在輥道上稱重，再通過轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)90°后送到提升機(jī)輥道上，由鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)將鑄坯逐根運到5 m高平臺上的入爐輥道，然后進(jìn)入加熱爐。鑄坯在加熱爐內(nèi)加熱至950℃～1 150℃后，由爐內(nèi)輸出輥道送出爐外再由出爐輥道送入軋機(jī)進(jìn)行軋制。若連鑄或熱送輥道出現(xiàn)問題時，熱坯不能滿足生產(chǎn)的要求時，可由行車將坯料直接放到2#上料臺架上，再經(jīng)提升機(jī)、入爐輥道最后加熱爐加熱。

3 部分設(shè)備的結(jié)構(gòu)

3.1 熱送輥道

單獨驅(qū)動輥道的形式有以下優(yōu)點[1]：

（1）傳動系統(tǒng)慣性小，操作靈活，易于調(diào)整輥道上軋件位置；

（2）少數(shù)輥子有故障時不影響生產(chǎn)；

（3）維護(hù)方便易于標(biāo)準(zhǔn)化；

（4）適于運輸長軋件；

（5）每個輥子承受較小的負(fù)荷；

（6）輥道結(jié)構(gòu)簡單。

所以這條生產(chǎn)線的熱送輥道采用單獨驅(qū)動方式。

3.2 ?21.3 m單臂轉(zhuǎn)盤

因廠房的限制，熱送輥道與墻壁距離不足3 m，所以將轉(zhuǎn)盤設(shè)計成為能旋轉(zhuǎn)±90°的單臂轉(zhuǎn)臂。轉(zhuǎn)盤的設(shè)備組成如圖2所示。轉(zhuǎn)臂為鋼結(jié)構(gòu)焊接件，由中心軸裝置和兩個車輪共同支撐，輸送輥道、輥道支座、驅(qū)動車輪等設(shè)備安裝在轉(zhuǎn)臂上。轉(zhuǎn)臂以中心軸為圓心，以中心軸到車輪距離10.65 m為半徑旋轉(zhuǎn)±90°，將鑄坯運輸轉(zhuǎn)向送到提升機(jī)輥道。轉(zhuǎn)盤輥道輥子與熱送輥道相同，齒輪減速電機(jī)單獨驅(qū)動，輥間距1.3 m，設(shè)定線速度1 m/s。中心軸裝置由鑄鋼材質(zhì)的殼體和調(diào)心滾子軸承與推力調(diào)心滾子軸承組裝而成，結(jié)構(gòu)牢固、承載能力強(qiáng)運轉(zhuǎn)可靠。兩個車輪與轉(zhuǎn)臂中心線成4°對稱布置，均為主動車輪。采用齒輪減速電機(jī)單獨驅(qū)動，變頻調(diào)速控制，最高線速度為0.69 m/s，這樣轉(zhuǎn)盤可根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏的要求在允許的速度范圍調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；踏面處車輪外徑為300 mm，兩車輪直線距離1 485 mm，所以有效地保證了轉(zhuǎn)盤運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤極限位置停止的準(zhǔn)確性，除在起始位置和停止位置處設(shè)置接近開關(guān)外，還在極限位置安裝了帶緩沖的極限擋板和電液推桿鎖緊裝置。

3.3 入爐輥道

入爐輥道由齒輪減速電機(jī)單獨驅(qū)動，變頻調(diào)速控制。輥子外徑?300 mm，兩側(cè)有擋邊輥子；輥子轉(zhuǎn)速82～9.5 r/min,實現(xiàn)線速度1.3～0.15 m/s，輥間距1.5 m。由于鑄坯由提升機(jī)鉤子沿弧度板滑到入爐輥道上，落差較大，會產(chǎn)生一定的沖擊，所以入爐輥道基礎(chǔ)部位安裝了緩沖橡膠板。由于加熱爐入口處溫度較高，所以入爐輥道在爐口處有3根自由輥，且輥子作通水冷卻，這樣對輥子軸承的正常運轉(zhuǎn)起到一定的保證作用。

4 部分設(shè)備的設(shè)計計算

4.1 熱送輥道電機(jī)選型計算[2-3]

4.1.1 當(dāng)輥道穩(wěn)定運轉(zhuǎn)且輥子上正好無鑄坯時，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩稱為空載轉(zhuǎn)矩。

式中：Mk——空載轉(zhuǎn)矩；

Gi——單根輥子重量，Gi=4 850 N；

μ——軸頸摩擦系數(shù)，滾動軸承取0.005；

d——輥子軸頸直徑，d=0.090 m；

i——減速機(jī)的速比，i=21；

η——減速機(jī)的傳動效率，η=0.98；

4.1.2 電機(jī)啟動后穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，輥子勻速運送鑄坯，此時電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的稱為運鋼轉(zhuǎn)矩。

式中：Mf——運鋼轉(zhuǎn)矩；

Q1——單根輥子承受的鑄坯重量,因鑄坯定尺長12 m，而輥間距為1.3 m，則鑄坯長度大于4個輥距，所以每個輥子承受鑄坯總重的30%，單根鑄坯重量26 500 N；

ρ——熱鑄坯與輥面的滾動摩擦系數(shù)，取0.002 m。

4.1.3 鑄坯運行中遇到阻礙物而突然停止，輥子與鑄坯間的滾動摩擦變成了滑動摩擦，此時電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩稱為打滑力矩。

式中：Mh——打滑力矩；

μh——灼熱鑄坯與輥面的滑動摩擦系數(shù)，μh=0.3；

D——輥子直徑，D=0.3 m。

4.1.4 輥道起動時是在加速情況下運輸鑄坯的，此時電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩稱為不打滑加速轉(zhuǎn)矩[4]。

4.1.5 連續(xù)運轉(zhuǎn)輥道驅(qū)動電機(jī)功率

式中：K——電動機(jī)允許過載倍數(shù)；冶金設(shè)備取為2.5；

n——電動機(jī)轉(zhuǎn)速；n=1 440 r/min；

4.1.6 啟動時的電機(jī)功率

所以選取齒輪減速電機(jī)型號為:YEJ100L-4；功率為4 kW；減速機(jī)速比21；電機(jī)轉(zhuǎn)速1 440 r/min。

4.2 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機(jī)的功率計算[3]

轉(zhuǎn)盤總重為15 t，由中心軸和兩個車輪共同承擔(dān)。電機(jī)需輸出的轉(zhuǎn)矩為：

式中：D1——車輪直徑，D1=0.3 m;

D2——車輪直徑，D2=21.3 m;

Q——轉(zhuǎn)盤總重，Q=15 000 N;

μ——軸頸摩擦系數(shù)，滾動軸承取0.005；

ρ——車輪與軌面的滾動摩擦系數(shù)，ρ=0.0005；

i——減速機(jī)的傳動比i=n/n1；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，n= 1440 r/min；n1為車輪轉(zhuǎn)速，n1=44 r/min；

η——減速機(jī)的效率，η=0.98；

齒輪減速電機(jī)功率:每臺電機(jī)所需功率為：

P1=Mn/9550η=4.25 kW

式中：η——車輪傳動系統(tǒng)效率，取η=0.85

因轉(zhuǎn)盤采用兩套電機(jī)驅(qū)動車輪結(jié)構(gòu)，所以選取齒輪減速電機(jī)型號為DSZGCJa225-4，功率為4 kW；減速機(jī)速比21；電機(jī)轉(zhuǎn)速1440 r/min。車輪轉(zhuǎn)速為：44 r/ min。

5 電氣控制

采用PLC編程實現(xiàn)設(shè)備順序控制及電氣聯(lián)鎖。熱送電機(jī)采用變頻器調(diào)速，PLC速度給定。位置傳感器反饋鋼坯位置。PLC系統(tǒng)與工作站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通迅；與傳動裝置之間采用Profibus網(wǎng)通訊。工作站對生產(chǎn)流程實行畫面監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)過程全自動化控制。

6 設(shè)計中存在的問題

6.1 此生產(chǎn)線鑄坯運輸輥道較長，因資金限制等因素，未在設(shè)備上采取保溫措施，造成鑄坯運送過程中熱量損失較多，建議在適當(dāng)?shù)臅r候得到完善。

6.2 在輥道下部未設(shè)沖渣溝，且輥道架子為框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)鑄坯上掉下的氧化皮積累多后清理困難。

7 結(jié)束語

這條高速線材生產(chǎn)線采用的連鑄坯熱送熱裝工藝設(shè)計比較合理，裝備先進(jìn)，電機(jī)采用變頻器調(diào)速，PLC編程控制，自動化水平高，設(shè)備運轉(zhuǎn)精度高，生產(chǎn)節(jié)奏便于調(diào)節(jié)。節(jié)省生產(chǎn)空間，生產(chǎn)車間布置更合理?？s短坯料在加熱爐內(nèi)的加熱時間，降低建設(shè)成本和生產(chǎn)運行成本，使本公司的產(chǎn)品更有競爭力。經(jīng)過近10個月的生產(chǎn)，全線設(shè)備調(diào)試逐步到位，生產(chǎn)節(jié)奏加快，連鑄坯的進(jìn)爐溫度逐步提高，生產(chǎn)量已接近設(shè)計能力的80%，實現(xiàn)了設(shè)計的預(yù)期計劃，同時為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1989.422、428～430

［2］馬鞍山鋼鐵設(shè)計院.中小型軋鋼機(jī)械設(shè)計與計算[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1979.432-433.

［3］鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊編委會.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊（下冊）[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1996.16-17.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1-104.

Brief Talk on Design of Hot Charging Non-standard E－quipment of High Speed Wire Rod Mill

Zhang Jinhui

The author introduces the process of billet hot delivery and hot charging system for 800 000 t/a High Speed Wire Rod Mill of Haicheng Iron and Steel Company Limited, expounds the structure characteristics of non-standard equipment such as hot charging roller table,entry roller table and rotating disc and the advantages of single driven roller table, selects drive motors and calculates the power.The advantages and disadvantages of the design of non-standard equipment for the hot charging system are pointed out,providing a reference for the design and application of hot charging non-standard equipment for high speed wire rod mill.

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（收稿 2010－12－26責(zé)編崔建華）

張金惠，工程師，1992年畢業(yè)于河北理工大學(xué)，現(xiàn)從事冶金設(shè)備設(shè)計工作。