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(中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計(jì)院，河北 秦皇島，066004)

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1 780 mm不銹鋼熱軋連鑄坯熱送輥道電機(jī)功率計(jì)算及校核

李海波

(中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計(jì)院，河北 秦皇島，066004)

對1 780 mm不銹鋼熱軋連鑄坯熱送輥道的負(fù)載參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，對輥道電機(jī)功率進(jìn)行了計(jì)算、校核。關(guān)鍵詞： 熱送輥道；電機(jī)功率；輥道間距；計(jì)算及校核

1 780 mm不銹鋼熱連軋機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化水平高、裝備水平可達(dá)21世紀(jì)初世界先進(jìn)水平[5]，目前全線裝備國產(chǎn)化率已達(dá)100%。本次研究的印尼瑞浦不銹鋼有限公司年產(chǎn)200萬t的1 780 mm熱軋項(xiàng)目，其中的連鑄坯熱送輥道部分，是由中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)并供貨。熱送輥道作為熱軋車間的重要設(shè)備組成之一，負(fù)責(zé)將連鑄車間的熱坯運(yùn)送至熱軋車間的上料輥道上，連鑄坯熱送技術(shù)的應(yīng)用不僅進(jìn)一步發(fā)揮了連鑄生產(chǎn)節(jié)約金屬(減少鑄坯氧化量約0.92 kg/m2)的優(yōu)越性，而且減少了軋鋼工序，縮短了生產(chǎn)周期，大幅降低軋鋼的能源消耗。據(jù)測算,節(jié)約能源達(dá)到68%以上，伴隨世界能源的日漸匱乏，連鑄坯熱送技術(shù)必然成為冶金工業(yè)普遍采用的節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)[7]。

1　熱送輥道設(shè)計(jì)特點(diǎn)

熱送輥道在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大靜力矩是在連鑄坯遇到阻礙物而突然停止時(shí)出現(xiàn)，一般為連鑄坯輸送中與前面連鑄坯相遇或與輥道邊板、擋板相撞時(shí)，連鑄坯停止運(yùn)動(dòng)，而為保證輥道還可以旋轉(zhuǎn)，使輥?zhàn)优c連鑄坯之間的滾動(dòng)摩擦變成了滑動(dòng)摩擦，此時(shí)的靜力矩為最大，也稱為打滑力矩。所以，電機(jī)最大力矩一定要大于打滑力矩，從而防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)[4]，避免電機(jī)過熱而發(fā)生損害。

熱送輥道也是起動(dòng)工作制的輥道，由于連鑄坯輸送速度由0加速到2 m/s，所以除連鑄坯穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩外，還要考慮輥?zhàn)雍瓦B鑄坯的動(dòng)力矩。電機(jī)最大過載力矩一定要大于連鑄坯勻速運(yùn)行的輥道靜力矩與起動(dòng)時(shí)的動(dòng)力矩之和。

2　輥道電機(jī)功率計(jì)算

2.1熱送輥道的主要技術(shù)參數(shù)

1 780 mm不銹鋼熱連軋機(jī)熱送輥道的傳動(dòng)方式為單獨(dú)傳動(dòng)(圖1)，由一臺(tái)減速電機(jī)帶一組輥道，輥面最大輥徑350 mm，輥道之間間距2 400 mm，連鑄坯運(yùn)輸速度2 m/s。熱送輥道采用臥式安裝,鑄坯對輥?zhàn)拥臎_擊力絕大部分由聯(lián)軸器吸收，輥?zhàn)又怀惺茌^小的沖擊力矩[6]，在電機(jī)功率計(jì)算中可以不考慮。

2.2輥道負(fù)荷參數(shù)計(jì)算

運(yùn)輸連鑄坯規(guī)格：厚度180，200，220 mm；寬度800～1 550 mm；長度6 000～12 000 mm；最大坯質(zhì)量：25 000 kg；標(biāo)準(zhǔn)連鑄坯200×1 250×11 000 mm(常用)。輸送輥道輥間距2 400 mm。

輥距取決于軋件的長度與厚度,運(yùn)輸短軋件時(shí),輥距不能大于最短軋件長度的一半,以便軋件可以同時(shí)放在兩個(gè)輥?zhàn)由蟍8]。連鑄坯最短規(guī)格6 000 mm, 輸送輥道輥間距取2 400 mm, 比較以往1 780 mm不銹鋼熱軋線輥道設(shè)計(jì)常采用的1 200 mm輥間距取值加大1倍,但仍可以滿足運(yùn)輸最短規(guī)格連鑄坯。

本次熱送輥道設(shè)計(jì)的輥間距取值比較以往1 780 mm不銹鋼熱軋線輥道的間距取值要大1倍,增大了單個(gè)輥道的受力,增加了單個(gè)電機(jī)的傳動(dòng)負(fù)荷。但輥道間距加大1倍,使得輥道數(shù)量較以往的設(shè)計(jì)減少了一半。

綜合連鑄坯規(guī)格和輥距的情況，由于最大坯質(zhì)量25 000 kg的限制，連鑄坯厚度最大220 mm，寬度最寬1 550 mm，長度6 000 mm的連鑄坯為輥道最惡劣負(fù)載計(jì)算條件。圖2為輥間距2 400 mm，連鑄坯運(yùn)行時(shí)，連鑄坯與輥道的接觸情況。

圖1　1 780 mm不銹鋼熱軋加熱爐前連鑄坯熱送輥道輥?zhàn)蛹皞鲃?dòng)機(jī)構(gòu)外形

圖2　鋼坯在熱送輥道上的運(yùn)輸狀況

表1　熱送輥道每根輥?zhàn)拥闹Х戳Α　

6 m長的連鑄坯(6 m×1.55 m×0.22 m，質(zhì)量16.061 t)在理想狀態(tài)下可與3根輥?zhàn)咏佑|(圖2a)；而當(dāng)連鑄坯運(yùn)送到圖2b時(shí)，6 000 mm長的連鑄坯只有2根輥?zhàn)咏佑|。2種狀態(tài)下每根輥?zhàn)拥闹Х戳有很大差別(表1)。

熱送輥道最大負(fù)荷出現(xiàn)在R2，12.045 t，取該值為連鑄坯對單個(gè)輥道重力最大負(fù)荷值計(jì)算輥道傳動(dòng)力矩。

2.3輥道電機(jī)功率計(jì)算

首先計(jì)算連鑄坯在輥道上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩Mj[1]：

(1)

Mj——輥道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩，單位N·m。

Q——在該組輥道上作用的連鑄坯質(zhì)量，120 450 N。

G1——一個(gè)輥?zhàn)拥馁|(zhì)量，803 kg。

μ——滾子軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動(dòng)軸承，μ=0.005。

d——輥?zhàn)虞S承內(nèi)徑，180 mm。

C——由一臺(tái)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)訑?shù)目，單獨(dú)傳動(dòng)取1。

f——連鑄坯的輥?zhàn)由系臐L動(dòng)摩擦系數(shù)，對于熱鋼錠0.002 m。

Mj=299.007 N·m

由于連鑄坯由0加速到2 m/s，所以除連鑄坯穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩外，還要考慮輥?zhàn)雍瓦B鑄坯的動(dòng)力矩Md[1]。

(2)

Md——輥道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力矩，單位N·m。

D——輥?zhàn)又睆剑?50 mm。

μ1——輥?zhàn)釉谶B鑄坯打滑時(shí)的摩擦系數(shù)，對于熱連鑄坯為0.3。

C——由一臺(tái)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)訑?shù)目，單獨(dú)傳動(dòng)取1。

Md=6 534 N·m

所以輥道在啟動(dòng)時(shí)所需的力矩為：

M=Mj+Md

(3)

M=6 883 N·m

當(dāng)連鑄坯在輥道遇到阻止物時(shí)而停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥道的靜力矩達(dá)到最大值。例如，連鑄坯在移動(dòng)時(shí)碰撞到了輥道側(cè)面導(dǎo)板，或受到前面連鑄坯或擋板的阻礙，連鑄坯停止移動(dòng)，而輥?zhàn)舆€在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)优c連鑄坯間產(chǎn)生了打滑現(xiàn)象。此時(shí)，輥?zhàn)优c連鑄坯間的滾動(dòng)摩擦變成了滑動(dòng)摩擦，其靜力矩為最大。此最大靜力矩Mmax也稱為打滑力矩Mdh。

(4)

μ——輥?zhàn)釉谶B鑄坯打滑時(shí)的摩擦系數(shù)，對于熱連鑄坯為0.3。

D——輥?zhàn)又睆剑?50 mm。

Mdh=6 382 N·m

M>Mdh

在輥道啟動(dòng)時(shí)，為了保證連鑄坯能在輥道上移動(dòng)，所選擇的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M應(yīng)滿足以下條件：

(5)

Mmax——電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。

i——減速比。

η——傳動(dòng)效率對單獨(dú)傳動(dòng)輥道0.96～0.98，在此取0.96。

Mmax=K·Me

Me——電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，單位N·m。

K——電機(jī)最大過載倍數(shù)，不變頻小于2.5。

電機(jī)初選YGP250M2-4， 37 kW，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，輥道轉(zhuǎn)速n=109.19 r/min，i=13.554，Me=240 N·m。

(6)

K=2.03<2.5。

初選電機(jī)型號(hào)滿足在最惡劣負(fù)載計(jì)算條件的輥道打滑力矩要求和起動(dòng)時(shí)的負(fù)載力矩要求，所以初選電機(jī)型號(hào)YGP250M2-4通過負(fù)載計(jì)算后是合適的。

3　輥道電機(jī)功率校核

熱送輥道電機(jī)的功率主要以轉(zhuǎn)矩和速度的方式體現(xiàn)在輸送連鑄坯上，電機(jī)工作在基頻50 Hz，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩始終近似地與電流成正比，因此等效轉(zhuǎn)矩法能夠適用。所以把輥道輥身上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折合到電機(jī)軸上，再分別計(jì)算出這些折合到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的持續(xù)時(shí)間，根據(jù)后面的公式(19)就可以得出電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩，如等效轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，則初選電機(jī)功率通過等效轉(zhuǎn)矩法校核。

首先計(jì)算輥道空轉(zhuǎn)時(shí)，把輥身上的轉(zhuǎn)矩?fù)Q算到電機(jī)軸上的空轉(zhuǎn)力矩Mk[3]：

(7)

ηk=0.5η，Mk=0.555 N·m。

同上，運(yùn)輸連鑄坯時(shí)的靜力矩Mj[3]為：

(8)

Mj=23.234 N·m。

同上，打滑力矩Mh為：

(9)

Mh=491.072 N·m。

同上，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mq為：

(10)

∑GD2=6.853 2 kg·m2折合到電機(jī)軸上的飛輪矩Mq=52.6 N·m。

同上，制動(dòng)力矩Mz為：

(11)

Mz=6.132 N·m。

啟動(dòng)時(shí)間tq為[2]：

(12)

nd——電機(jī)轉(zhuǎn)速，1 480 r/min。

tq=0.92 s。

制動(dòng)時(shí)間tz為[2]：

(13)

tz=0.92 s。

運(yùn)輸連鑄坯之實(shí)際速度VH=2 m/s。

啟動(dòng)行程Sq為：

(14)

Sq=0.92 m。

制動(dòng)行程Sz為：

(15)

Sz=0.92 m。

等速行程SH為：

SH=H-(Sq+Sz)

(16)

H——全行程430 m。

SH=428.16 m。

等速運(yùn)行時(shí)間tH為：

(17)

tH=214.08 s。

全行程時(shí)間t為：

t=tq+tz+tH

(18)

t=215.92 s。

如果電機(jī)實(shí)際負(fù)載持續(xù)時(shí)間>60%(實(shí)際運(yùn)行時(shí)小于60%)和沒有強(qiáng)迫通風(fēng)時(shí)，則必須用長期不均勻負(fù)荷的方法計(jì)算均方根力矩[2]：

(19)

t0——間歇時(shí)間，假定為60 s。

Mju=17.058 N·m。

Mju

所以輥道電機(jī)功率校核通過。

4　結(jié)　　論

從以上計(jì)算可以看到，熱送輥道電機(jī)在電機(jī)工作在基頻50Hz條件工作時(shí)，用最惡劣的負(fù)載條件進(jìn)行計(jì)算，輥道電機(jī)通過了打滑力矩要求和起動(dòng)時(shí)的負(fù)載力矩要求；而且能夠保證起動(dòng)、制動(dòng)的時(shí)間又不會(huì)由于起動(dòng)、制動(dòng)而引起輥道電機(jī)過熱，電機(jī)功率通過等效轉(zhuǎn)矩法校核，選型電機(jī)完全滿足設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)對輥道間距這個(gè)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化取值，雖然加大了單個(gè)輥道的負(fù)荷，但在客觀上減少了熱送輥道的輥?zhàn)訑?shù)量和相應(yīng)的減速電機(jī)數(shù)量(單獨(dú)傳動(dòng))，使得該熱送輥道項(xiàng)目從整體的機(jī)械加工、土建基礎(chǔ)、電氣元件上的投資都相應(yīng)減少，降低了成本，從而使經(jīng)濟(jì)效益有一定的提高。

[1]鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

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(責(zé)任編輯：朱寶昌)

Calculation and Proofreading of Feed Roller Motor Power of 1 780 mm Stainless Steel Hot Continuous Casting Billet

LI Haibo

(BERIS Engineering And Research (Qinhuangdao)Corporation，Qinhuangdao Hebei,066004,China)

The loading parameters of 1 780 mm stainless steel hot continuous casting billet were analyzed in details. The power of feed roller motor was calculated and examined.

hot feed roller; motor power; roller spacing; calculation

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.01.010

2015-12-14

TG333.17

A

1672-7983(2016)01-0057-05

李海波(1972-),男，碩士，工程師。主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝。