于謝天

（中冶東方工程技術(shù)有限公司， 山東 青島 266555）

目前國(guó)內(nèi)棒線材、長(zhǎng)材軋鋼廠普遍采用步進(jìn)式加熱爐作為鋼坯加熱的設(shè)備。傳統(tǒng)步進(jìn)式加熱爐多為單只布料的形式，即一個(gè)步進(jìn)周期上料一只鋼坯，出料一只鋼坯，爐內(nèi)鋼坯呈單列。隨著發(fā)展，雙排布料形式的加熱爐應(yīng)運(yùn)而生。不通過(guò)任何改造的原單排布料步進(jìn)加熱爐往往不能滿足雙排布料的生產(chǎn)形式，其會(huì)產(chǎn)生鋼坯步進(jìn)中跑偏等問(wèn)題。為解決跑偏問(wèn)題，必須對(duì)爐底鋼結(jié)構(gòu)和爐底機(jī)械進(jìn)行加固處理。

1 產(chǎn)生跑偏的原因

步進(jìn)式加熱爐的最終承載結(jié)構(gòu)主要包括：爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械。

針對(duì)傳統(tǒng)的單只布料步進(jìn)式加熱爐進(jìn)行受力分析，我們認(rèn)為加熱爐爐底鋼結(jié)構(gòu)以及爐底機(jī)械由于設(shè)計(jì)之初未考慮雙排布料可能的受力情況，當(dāng)實(shí)施雙排布料時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生造成鋼坯跑偏的誘因。

傳統(tǒng)單只布料步進(jìn)式加熱爐的設(shè)計(jì)為：在加熱段爐底鋼結(jié)構(gòu)上安裝有4根固定水梁、爐底機(jī)械上安裝有4根活動(dòng)水梁，均熱段爐底鋼結(jié)構(gòu)上安裝有6根固定水梁、爐底機(jī)械上安裝有4根活動(dòng)水梁。單只布料時(shí)，每只鋼坯受4根水梁或6根水梁共同承載，當(dāng)鋼坯中心和加熱爐中心一致時(shí)，每一水梁所受壓力均等于對(duì)稱(chēng)于加熱爐中心的另一測(cè)的對(duì)應(yīng)水梁所受壓力，爐底鋼結(jié)構(gòu)和爐底機(jī)械均為對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)。可以理解為整個(gè)爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械的受力都是以加熱爐中心線對(duì)稱(chēng)的，這使延加熱爐步進(jìn)方向的縱梁以及各種支撐的位置設(shè)計(jì)相對(duì)隨意。當(dāng)單排布料加熱爐鋼坯中心和加熱爐中心不一致、存在一定距離時(shí)，鋼坯重心偏移，會(huì)使水梁立柱傳遞壓力不均，此時(shí)延鋼坯長(zhǎng)度方向兩端頭的水梁所受的彎矩、壓力產(chǎn)生變化，一端增大一端減小，中部的水梁受力情況與鋼坯中心和加熱爐中心一致時(shí)差別小，兩端頭水梁受力情況的變化大，這可能會(huì)使?fàn)t底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械的延鋼坯長(zhǎng)度方向產(chǎn)生以加熱爐中心線為中心不對(duì)稱(chēng)的變形。但鋼坯為一個(gè)整體，自身有剛度，且鋼坯中心接近加熱爐中心，使得爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械以及水梁變形數(shù)值不會(huì)對(duì)鋼坯產(chǎn)生延鋼坯長(zhǎng)度方向的移動(dòng)作用。其他例如設(shè)備制造、安裝影響鋼坯跑偏的因素往往可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整加熱爐對(duì)中裝置、加熱爐軌道高度角度來(lái)修正。所以傳統(tǒng)單只布料步進(jìn)式加熱爐的跑偏問(wèn)題相對(duì)容易解決。

雙排布料加熱爐的爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械受力情況與單排布料時(shí)的受力情況有很大的不同，最直接的表現(xiàn)為每只鋼坯受2根水梁或3根水梁（均熱段固定水梁）承載。這對(duì)于加熱爐設(shè)計(jì)階段未考慮雙排布料工況的步進(jìn)加熱爐是不被允許的。因?yàn)殇撆鲙?lái)的負(fù)載重心不再在加熱爐中心線上，而是分解成了兩個(gè)相對(duì)加熱爐中心線對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)，且分解的重心很有可能不處于支撐鋼坯的兩根水梁或3根水梁的中心上；鋼坯由具有整體剛度的一根，變?yōu)楹翢o(wú)關(guān)系的兩根鋼坯；爐底機(jī)械、爐底鋼結(jié)構(gòu)以及水梁的強(qiáng)度、剛度可能不滿足于使用要求；加熱爐中心線的一側(cè)水梁的頂端標(biāo)高直接影響鋼坯在水梁上的位置形態(tài)。當(dāng)傳統(tǒng)單只布料步進(jìn)式加熱爐在承載這種負(fù)載時(shí)，爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械均會(huì)出現(xiàn)造成以加熱爐中心外側(cè)水梁頂端標(biāo)高低、內(nèi)側(cè)水梁頂端標(biāo)高高的情況，以爐底鋼結(jié)構(gòu)及其上水梁承載鋼坯為例，其整體變形情況如圖1所示。由此可以看出相對(duì)于加熱爐中心線兩側(cè)的鋼坯均外側(cè)低中部高，當(dāng)鋼坯步進(jìn)時(shí)，這種鋼坯的偏移會(huì)被依次積累起來(lái)，造成鋼坯的跑偏。

圖1 雙排布料爐底鋼結(jié)構(gòu)、水梁、鋼坯位移情況

產(chǎn)生如上所述跑偏狀況的直接原因?yàn)槌休d鋼坯的爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械受力變形，承載鋼坯的水梁不在同一標(biāo)高位置。

2 雙排布料跑偏問(wèn)題的優(yōu)化改造

雙排布料時(shí)，當(dāng)承載鋼坯的每一根水梁受爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械撓度和水梁自身變形下降位移相等時(shí)，可以認(rèn)為其不會(huì)跑偏。

為改善此問(wèn)題，首先考慮從布料形式上解決。當(dāng)鋼坯處于理想位置時(shí)，爐底鋼結(jié)構(gòu)、爐底機(jī)械撓度和水梁自身變形下降位移相等，從而解決跑偏問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)修改電控或其他措施，在加熱爐裝料時(shí)，使兩根鋼坯停止在理想位置上料。然而當(dāng)實(shí)際加熱爐改雙排布料使用時(shí)，即使兩根鋼坯間距為0，也不能使下降量相等；還有部分加熱爐，長(zhǎng)尺鋼坯上料兩根鋼坯之間不會(huì)有很大的間隙；短尺鋼坯上料兩根鋼坯間縮小了間隙后，外側(cè)水梁距離短尺鋼坯外邊緣過(guò)近，安全距離小，運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生“掉道”。所以?xún)H改變布料形式，不具有實(shí)用性。

考慮對(duì)梁進(jìn)行加固，改變梁的受載彎曲特征，是改善鋼坯跑偏問(wèn)題的第二解決辦法。

2.1 爐底鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造

以不影響其余加熱爐結(jié)構(gòu)，不影響既有爐底機(jī)械、土建結(jié)構(gòu)、管道布置為原則，增加梁對(duì)稱(chēng)于加熱爐中心的一對(duì)型鋼焊接制成的梁，改變水梁下組合梁的受力情況，達(dá)到修正爐底鋼結(jié)構(gòu)和水梁自身變形大等目的，采取優(yōu)化改造方案。

以加熱段（4固定水梁支撐鋼坯）為例，通過(guò)三維繪制，對(duì)算例施加約束、載荷、接觸，通過(guò)有限元計(jì)算得到較為準(zhǔn)確的變形結(jié)論，從中讀出水梁頂面豎直方向位移值。

由圖2可以看出，增加梁支撐可以直接影響水梁頂面的標(biāo)高，原始狀態(tài)加熱爐兩側(cè)水梁明顯低于中部水梁；加固實(shí)現(xiàn)水梁頂面標(biāo)高近似一致，外高、內(nèi)低，鋼坯有向加熱爐中心跑偏的趨勢(shì)。

圖2 水梁頂面豎直方向位移值

2.2 爐底機(jī)械的優(yōu)化改造

爐底機(jī)械的結(jié)構(gòu)與爐底鋼結(jié)構(gòu)截然不同，優(yōu)化改造爐底機(jī)械不但需要考慮不得與爐底鋼結(jié)構(gòu)、管道等干涉，還需要考慮增加重量不得過(guò)多，因?yàn)闋t底機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與負(fù)載狀況息息相關(guān)。

直接承載水梁的為上層框架，優(yōu)化改造上層（平移）框架實(shí)現(xiàn)水梁頂面的標(biāo)高接近一致的方式較為容易。通過(guò)一系列的結(jié)構(gòu)選取、建模、有限元計(jì)算，得出的方案是對(duì)加熱爐爐底機(jī)械上層框架兩側(cè)增加三角鋼板支架，沿步進(jìn)方向大縱梁間增加H型鋼支撐。通過(guò)調(diào)節(jié)H型鋼支撐的截面規(guī)格，可改變安裝水梁加工面的位置狀況，從而解決鋼坯在爐底機(jī)械活動(dòng)水梁上跑偏的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

雙排布料步進(jìn)式加熱爐的爐底鋼結(jié)構(gòu)與爐底機(jī)械受力狀況與傳統(tǒng)的步進(jìn)式加熱爐不同，需要考慮可能出現(xiàn)的鋼坯步進(jìn)跑偏問(wèn)題。本文主要闡述已建成的傳統(tǒng)步進(jìn)加熱爐優(yōu)化改造成可雙排布料的加熱爐的一種方法，經(jīng)改造后，加熱爐各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了雙排布料生產(chǎn)使用要求，可為后續(xù)新建和改造類(lèi)似項(xiàng)目提供了可行的技術(shù)方案。

[1] 武文斐，陳偉鵬，劉中強(qiáng)，等.冶金加熱爐設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

（編輯：王瑾）