王 軍

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

出鋼機(jī)在熱軋板材工藝中發(fā)揮著極其重要的作用，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)軋鋼工藝的后續(xù)進(jìn)行。出鋼機(jī)工作坯料規(guī)格為:(150 ～230)mm ×(1500 ～1600)mm × (1600 ～2600)mm，單重為4． 59 t ～7．51 t，但實(shí)際使用中料桿式出鋼機(jī)出鋼桿托起3．5 t坯料時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“⌒”形狀的彈性變形，進(jìn)而引起機(jī)體晃動(dòng)，并且隨著坯料單重的增大，變形磨損也增大［1］。

近年來(lái)，鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，大單重及品種板坯料的比重不斷增大，對(duì)設(shè)備的要求也越來(lái)越高。嚴(yán)峻的生產(chǎn)形勢(shì)和復(fù)雜的生產(chǎn)規(guī)格，超出了出鋼機(jī)設(shè)計(jì)能力，導(dǎo)致出鋼機(jī)故障頻發(fā)，使出鋼桿的在線使用壽命平均僅為3 個(gè)月左右。更換和修復(fù)出鋼桿周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，設(shè)備使用成本居高不下且不能滿足生產(chǎn)需求。為了滿足使用要求，為該設(shè)備做了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 設(shè)備參數(shù)及原理

安鋼2800 mm 機(jī)組采用的料桿式出鋼機(jī)位于板坯加熱爐出爐側(cè)，由傳動(dòng)箱、升降傳動(dòng)及升降裝置、橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、出鋼桿部件等組成，該設(shè)備的運(yùn)行正常與否和出鋼能力的大小直接關(guān)系到四輥軋機(jī)的正常生產(chǎn)，影響到該廠的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。其基本參數(shù)如表1。

表1 生產(chǎn)工藝及設(shè)備參數(shù)

料桿式出鋼機(jī)的工作原理是靠橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將出鋼桿伸入爐內(nèi)后由升降機(jī)構(gòu)升起，將加熱好的板坯托起移出爐外，然后出鋼桿下降，將板坯放在送料輥道上，由輥道運(yùn)輸，經(jīng)高壓水除鱗后送往粗軋機(jī)軋制。它的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)效率高、出鋼速度比較快、工作可靠。

2 存在的問(wèn)題及原因分析

2．1 存在問(wèn)題

1)導(dǎo)軌板松動(dòng)脫落，螺栓孔銹蝕。

2)托輪內(nèi)部軸承損壞，托輪卡死。

3)沖擊和振動(dòng)，齒條松動(dòng)和磨損。

4)限位編碼器異常，齒條脫齒。

2．2 原因分析

1)目前出鋼桿導(dǎo)軌板與出鋼桿的連接，是通過(guò)導(dǎo)軌板邊緣M12 ×100 mm 的T 形螺栓和導(dǎo)軌板(如圖1 所示)中間的M30 ×70 mm 的栽絲螺栓來(lái)固定的，由于出鋼桿承重大且工況環(huán)境高溫多水，隨著鋼坯重量規(guī)格的加大和生產(chǎn)節(jié)奏的加快，原有的設(shè)計(jì)不能滿足生產(chǎn)的需求，經(jīng)常出現(xiàn)固定螺栓松動(dòng)，進(jìn)而引起導(dǎo)軌板松動(dòng)甚至脫落，出鋼桿上的栽絲孔銹蝕，無(wú)法使用，備件下線每次都需要外修，嚴(yán)重影響了出鋼桿備件的使用壽命，還制約了生產(chǎn)的順行。

圖1 導(dǎo)軌板示意圖

2)出鋼桿下的托輪內(nèi)部的軸承采用的是深溝球軸承，耐沖擊性和振動(dòng)性能差，不能承受較重軸向載荷。在使用過(guò)程中由于沖擊載荷較大，經(jīng)常發(fā)生軸承損壞的情況，從而導(dǎo)致托輪卡死或者出鋼桿傾斜不穩(wěn)，托鋼時(shí)鋼坯傾斜，無(wú)法正常完成出鋼工序，這時(shí)必須停車(chē)更換托輪，造成設(shè)備故障停機(jī)，擾亂生產(chǎn)秩序。

3)當(dāng)出鋼桿伸入到加熱爐到達(dá)最大行程4450 mm時(shí)，出鋼桿下的齒條便會(huì)接觸到托輪裝置，由于齒條的高度大于托輪上凹槽的深度，易帶來(lái)較大的沖擊和振動(dòng)，造成出鋼過(guò)程不穩(wěn)定，也加速了齒條和導(dǎo)軌板相接觸位置的磨損。

4)出鋼桿的前后移動(dòng)行程，在正常情況下是通過(guò)編碼器來(lái)控制的［3］。但是，如果編碼器出現(xiàn)異常，引起出鋼桿前進(jìn)過(guò)程失常，與傳動(dòng)齒輪脫齒，使出鋼桿停留在加熱爐內(nèi)無(wú)法退回，導(dǎo)致出鋼桿頭部加速燒毀，造成故障停車(chē)。若要退回出鋼桿就必須將兩根出鋼桿的傳動(dòng)箱打開(kāi)，再用行車(chē)將出鋼桿吊裝就位，然后合箱緊固螺栓，整個(gè)過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，極大的影響了出鋼機(jī)的運(yùn)行。

3 改進(jìn)措施

1)在出鋼桿上原有栽絲孔的位置距下邊緣120 mm的地方開(kāi)120 mm ×100 mm 方型孔，為防止應(yīng)力集中，將方孔的四個(gè)角倒角為R30mm 的圓角，并從出鋼桿底部將原來(lái)的栽絲孔鉆至新開(kāi)的方孔處，形成通孔，這樣就可以采用M30 ×180 mm 的螺栓來(lái)緊固導(dǎo)軌板和出鋼桿。使得出鋼桿與導(dǎo)軌板之間的固定更加牢固可靠，滿足生產(chǎn)的需求，大大降低出鋼桿備件的消耗率。當(dāng)M30 ×180 mm 螺栓出現(xiàn)松動(dòng)時(shí)，不用更換出鋼桿，只要在線更換螺栓就可以滿足使用要求，同樣在導(dǎo)軌板磨損到需要更換的時(shí)候，利用停車(chē)檢修時(shí)間可以完成在線更換，從而使出鋼桿備件修復(fù)更加省時(shí)與簡(jiǎn)便。改造前、后的出鋼桿如圖2 所示。

圖2 出鋼桿

2)將原來(lái)使用的深溝球軸承更換為圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承既能承受徑向載荷又能承受因傳動(dòng)不平穩(wěn)或鋼坯與出鋼機(jī)對(duì)中不良引起的軸向載荷，大大提高了軸承的使用壽命。

3)將托輪直徑為Φ370 mm 的凹槽外圓改成托輪直徑為Φ350 mm 的凹槽外徑。生產(chǎn)過(guò)程中即使出鋼桿伸長(zhǎng)到最大位置時(shí)齒條也不會(huì)再接觸到托輪，有效的去除了因齒條與托輪接觸而引起的沖擊和振動(dòng)，同時(shí)避免了因振動(dòng)和沖擊造成的齒條和壓條松動(dòng)以及齒條磨損的問(wèn)題。出鋼桿運(yùn)行時(shí)非常平穩(wěn)，振動(dòng)和磨損得到改善。改造前、后的托輪如圖3所示。

圖3 托輪

4)針對(duì)編碼器出現(xiàn)故障的問(wèn)題，在本次設(shè)計(jì)中，在出鋼桿最后端焊接一個(gè)撞擊塊，在傳動(dòng)箱體上安裝一個(gè)撞擊式行程開(kāi)關(guān)，在編碼器出現(xiàn)異常時(shí)，出鋼桿繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)撞擊塊碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)斷電，出鋼桿停止運(yùn)行，確保出鋼桿不脫齒，徹底解決因出鋼桿脫齒引起的生產(chǎn)事故。

4 改造后出鋼桿的強(qiáng)度校核

由于改造后的出鋼桿橫截面積發(fā)生了變化，因此需對(duì)橫截面積發(fā)生變化的地方進(jìn)行強(qiáng)度校核，看看能否滿足使用要求。出鋼桿為矩形梁，材質(zhì)為Q345B，寬度b 為200 mm，高度h 為530 mm。開(kāi)孔后的最小界面處寬度b 為200 mm，高度h 為430 mm。由于有兩根出鋼桿，近似地認(rèn)為每根出鋼桿平均承擔(dān)鋼坯一半的重量，按照最大出鋼重量為10 t 的情況來(lái)計(jì)算校核。由于A 處的剪切應(yīng)力最大，故只對(duì)A 處做強(qiáng)度校核［2］，出鋼桿受力如圖4 所示。

圖4 出鋼桿受力示意圖

由靜力平衡方程:

式中:P—單根出鋼桿承受鋼坯重力，KN;YA—A 點(diǎn)支反力，KN;YB—B 點(diǎn)支反力，KN;MA—A 點(diǎn)彎矩，KN·m;MB—B 點(diǎn)彎矩，KN·m;l—A，B 支點(diǎn)間距離;a—鋼坯與A 點(diǎn)間距離;b—鋼坯與B 點(diǎn)間距離。

求支座反力:

P = 10t ÷2 = 50 KN

P × (6805 + 4645)－ YA× 4645 = 0，YA=123．25 KN

P ×6805 + YB×4645 = 0，YB= －73．25 KN

校核:ΣY = 0，ΣY = YA+ YB－ P = 123．25 －73．25 －50 = 0，反力無(wú)誤。

出鋼桿材質(zhì)為Q345B，其屈服強(qiáng)度σs=345 MPa，

［σ］= σs÷1．5 =345 ÷1． 5 =230MPa，［τ］=0．5 ～0．7［σ］，取最大0．7，則［τ］=0．7 ×230 =161 MPa，，根據(jù)彎曲虎克定律［4］得:

τmax= 1． 5 × 123． 25 × 1000/(20 × 43)= 143 MPa ＜［τ］

式中:Q—A 截面剪力，Q =123．25 KN;A—截面面積，cm2。

故出鋼桿的強(qiáng)度滿足使用要求。

5 改進(jìn)效果

1)滿足了生產(chǎn)需求。通過(guò)以上方法對(duì)出鋼機(jī)改進(jìn)以來(lái)，適應(yīng)了大坯料生產(chǎn)的要求，加快了生產(chǎn)的節(jié)奏，保證了高附加值鋼板的軋制。

2)降低了備件消耗。改造前出鋼桿平均使用周期約為3月，每年需要更換出鋼桿約25 臺(tái)次。改造后平均12 個(gè)月更換1 臺(tái)次，每年需要更換出鋼桿約8 臺(tái)次。每換一次出鋼桿需要外修費(fèi)用為0．5 萬(wàn)元，導(dǎo)軌板備件費(fèi)0．4 萬(wàn)元，改進(jìn)后每年可節(jié)省備件費(fèi)約15．3 萬(wàn)元。改造前出鋼桿托輪的平均使用壽命為4 個(gè)月，每年需更換托輪約25 臺(tái)次，改造后托輪跟換臺(tái)次減少到約10 臺(tái)次，每個(gè)托輪的外修費(fèi)用為0．6 萬(wàn)元，改進(jìn)后每年可節(jié)省備件費(fèi)用9 萬(wàn)元。從而大大降低了出鋼桿備件費(fèi)用，提高了設(shè)備使用率和作業(yè)率。

3)減輕了維修工工作量。改造后出鋼桿的使用壽命達(dá)到了1年以上，在導(dǎo)軌板磨損的情況下，直接可以利用檢修時(shí)間更換導(dǎo)軌板，減輕了維修勞動(dòng)強(qiáng)度，使得工人能夠更加全身心的投入到設(shè)備的維保工作中，使整個(gè)維修工作進(jìn)入良性循環(huán)。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)中板廠出鋼機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，找出癥結(jié)進(jìn)行完善修改，解決了諸多實(shí)際問(wèn)題，改造后各項(xiàng)技術(shù)性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，使用效果良好，達(dá)到了使用要求。經(jīng)實(shí)踐證明，出鋼機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是成功的。

［1］朱紅一，韋山． 2800 mm 中板出鋼機(jī)的改造［J］． 冶金設(shè)備，2002(3):65 －66．

［2］彭榮濟(jì)． 現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上［M］． 北京:北京出版社，1998:95 －135．

［3］盛解平，徐祖敦．加熱爐出鋼機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，3 (6):64 －67．

［4］劉鴻文．材料力學(xué)Ⅰ［M］．北京:高等教育出版杜．2004:116 －123．