張 勇，劉喜龍，張晶晶

（1.西安電爐研究所有限公司，陜西西安710061；2.陜西省電爐工程技術(shù)研究中心，陜西西安710061；3.西安中冶新材料有限公司，陜西西安710061）

隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的迅速發(fā)展以及裝備業(yè)技術(shù)水平不斷提高，對高品質(zhì)型材的需求越來越大，對特殊用途型材的需求也急劇增加。特種金屬在一些特殊的領(lǐng)域應(yīng)用較為頻繁，經(jīng)常因特殊的需求而被加熱軋制成各種型材，金屬軋制前需要進行加熱或補溫[1]。當采用在線感應(yīng)加熱爐對金屬坯料進行加熱或補溫時坯料需要由輸送輥道進行輸送，但是設(shè)備長時間的使用及坯料與輸送輥之間的溫度差異會造成輸送輥產(chǎn)生較大的磨損?；谂髁显谳斔瓦^程中輸送輥的磨損問題，通過對實際使用情況的分析及設(shè)計優(yōu)化，大大提高了輸送輥的使用壽命，減少了設(shè)備的維護，為企業(yè)節(jié)約了設(shè)備運行成本。

1 方型坯料輸送輥道的設(shè)計

設(shè)計了一套坯料傳送系統(tǒng)，由變頻電機通過聯(lián)軸器驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動，進而帶動固定于傳動軸上的輥子。其坯料輸送流程如下：整條線分為進料段、低溫段、高溫段、保溫段、出料段。各段速度設(shè)定如下：給定進料段一個頻率，則低溫段、高溫段及保溫段的輸出頻率會自動調(diào)整。例如：設(shè)定進料段40 Hz，則低溫段是42 Hz，高溫段是44 Hz，保溫段45 Hz 左右。

輥子采用V 型結(jié)構(gòu)，選取V 型輥材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。方型坯料可以放置在V 型輥子之上，進而使得方型坯料的兩個面與V 型輥子進行線接觸。根據(jù)坯料的長短及感應(yīng)加熱設(shè)備的外形尺寸，對輸送輥進行布置，布置距離為1.2 m，保證任何時刻至少方型坯料至少與兩對輸送輥道接觸，保證坯料穩(wěn)定運行。具體布置方式如圖1，單個輸送輥的外形如圖2 所示。

圖1 輸送布置形式

圖2 單個輸送輥外形圖

2 初始使用情況及分析

在設(shè)備初期運行時，測量坯料運行速度穩(wěn)定。但在坯料溫度升高之后且連續(xù)生產(chǎn)時，發(fā)現(xiàn)坯料運行時間不穩(wěn)定。具體表現(xiàn)如下：每一根坯料進入低溫段第一個感應(yīng)體約450 mm之后，暫停20～35 s，之后再前進，直至熱鋼采用撥叉機構(gòu)撥下加熱爐生產(chǎn)線。當連續(xù)上料時，如果運行平穩(wěn)，無“打滑”情況的發(fā)生，則第一根料與第二根料的間隔距離（第一根料與第二根料上料的間隔距離+每一根料暫停時間+速度的時間差）會越來越大。而現(xiàn)場實際情況是第二根料與第一根料的距離越來越近。將走在前面的一根料的速度慢的情況稱之為“打滑”。速度慢的料在感應(yīng)體里面的時間變長，加熱時間變長，因此溫度升高，超出工藝要求范圍。

鑒于此情況，對初始設(shè)計的V 型輥進行了熱場及受力時的分析，分別如圖3～圖6所示；并且對坯料的運行速度進行了計算機與人工的測量，結(jié)果如圖7所示。

圖3 輥子熱場下靜態(tài)位移

為了增加料輥的摩擦力，使用電焊機將V 型輥道的兩個V 面進行打焊點處理之后，料的行進速度有明顯的好轉(zhuǎn)。但是由于不銹鋼焊條與輥子焊接之后的融合性差，在經(jīng)過生產(chǎn)300～350根料之后，焊點就基本上消失，回復(fù)到之前的使用狀態(tài)下。具體可以參考現(xiàn)場所測量的數(shù)據(jù)（見圖7）。

結(jié)合實際使用的情況及現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)（不完全統(tǒng)計）進行分析，認為產(chǎn)生“打滑”的可能原因有以下幾點：

圖4 輥子熱場下靜態(tài)應(yīng)變

圖5 輥子熱場下靜應(yīng)變

圖6 輥子熱場下設(shè)計漏洞檢查

（1）輥道電機的變頻器輸出不穩(wěn)定。

（2）摩擦力在低溫段與高溫段不統(tǒng)一。

（3）V 型輥的V 面上線速度不一致導(dǎo)致鋼坯接觸同一輥面的不同點后出現(xiàn)線速度不一致。

3 改進措施

針對以上情況，采用如下的改進措施：

（1）對V型輥進行重新設(shè)計，減小鋼坯與V型輥的接觸面積，固定其接觸點，使其V型輥的線速度輸出相對穩(wěn)定。

（2）將其材質(zhì)由原來的1Cr18Ni9Ti 不銹鋼改為2520耐高溫不銹鋼，以增加輥子的耐磨性。

針對所做的更改，結(jié)合實際使用的環(huán)境，通過三維的模擬，對輸送輥的受力及受熱進行疊加分析，分別如圖8～圖11所示。

圖7 坯料運行速度測量記錄

圖8 新V型輥子熱場下設(shè)計漏洞檢查

圖9 新V型輥子熱場下靜應(yīng)變

圖10 新V型輥子熱場下靜形變

由以上模擬分析可以看出，新設(shè)計的V 型輥子由于增加了坯料與輥子之間的距離，熱輻射對輥子的影響大大削弱；坯料與輥子之間接觸面積的減少，增加了輥子的局部壓強，提升了摩擦力，使得坯料運行穩(wěn)定。

圖11 新V型輥子熱場下應(yīng)力

4 分析結(jié)論及實際運行效果

通過對輥子自身應(yīng)力、形變的模擬及對測量記錄的分析，得出如下結(jié)論：

（1）V型輥的設(shè)計是合理的，這種結(jié)構(gòu)形式能有效的保證其對坯料產(chǎn)生良好的夾持力，促使坯料隨著輥子的轉(zhuǎn)動而向前運轉(zhuǎn)；

（2）當設(shè)備運行一段時間之后，V型輥持續(xù)在熱場的作用下，表面溫度升高，表面摩擦力減小，出現(xiàn)坯料速度不穩(wěn)定；

（3）V 型輥材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，雖然具有較高的高溫強度及抗氧化性，但是在受熱之后，表面摩擦系數(shù)降低，應(yīng)選擇耐磨性更好的材料替代。

（4）由于此輸送輥安裝在兩個電磁感應(yīng)加熱器之間，電磁感應(yīng)使得輥子表面積攢了電流，當坯料與輥子接觸的瞬間，由于電勢差的存在，導(dǎo)致輥子與坯料之間放電打火，因此對輥子造成一點的損傷，設(shè)備運行的時間越長，造成輥子的磨損越嚴重。

將新設(shè)計的V 型輥子投入使用之后，坯料運行速度運行穩(wěn)定，滿足了設(shè)備的使用要求。且V型輥子使用時間加長，磨損減少，超過了預(yù)期的效果。V 型輥運行10個月以后的照片見圖12。

圖12 運行10個月以后的輥子