加熱爐改造的優(yōu)化設(shè)計

鐘小平 唐 彬 陸大成 傅劍光

(中冶賽迪工業(yè)爐公司，重慶400013)

根據(jù)某鋼鐵集團(tuán)公司的要求，在原1#加熱爐旁新增一座產(chǎn)量為160 t/h的2#加熱爐。加熱鋼種包含碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低碳及超低碳鋼、管線鋼等。車間所用原料全部來自連鑄車間提供的合格連鑄板坯。

新增加熱爐的上料區(qū)輥道是將現(xiàn)有的連鑄下線輥道改造成裝鋼輥道。下線輥道交叉布置在板坯橫向提升裝置臺架的正前方，臺架為連鑄下線的過坯裝置，臺架南側(cè)為現(xiàn)有1號加熱爐，臺架北側(cè)為連鑄輥道及噴印機操作室，加熱爐側(cè)為廠房柱線，整個下線輥道與下線臺架之間布滿了臺架的固定梁和活動梁。下線輥道是高架輥道，其輥面高出臺架基礎(chǔ)面大約5 m，這給整個長行程裝鋼布置增加了非常大的難度。因此，如何布置和設(shè)計長行程裝鋼機和改造現(xiàn)有下線臺架設(shè)備是整個改造工程的難點和重點。本文根據(jù)生產(chǎn)工藝和實測數(shù)據(jù)，就如何確定合理的裝鋼方案、設(shè)備設(shè)計方案進(jìn)行了分析[1]。

1 設(shè)備的改造和設(shè)計方案

裝鋼平面非常緊湊，從板坯下線臺架和下線輥道的邊線至裝料端砌體線為7.2 m。下線輥道主要是為連鑄配套的，其設(shè)計方式與改造后的裝爐輥道完全不同，而且改造該輥道是不能影響連鑄生產(chǎn)的。因此，將下線輥道改造成裝爐輥道時存在很多問題，例如生產(chǎn)的協(xié)調(diào)組織，花輥推鋼的問題及解決措施，曲臂式推鋼產(chǎn)生分力的設(shè)計措施，連鑄和長行程裝鋼機實現(xiàn)互不干涉等。這些問題都需要及時給出方案，并與用戶進(jìn)行有效的溝通。因此，必須對下線輥道進(jìn)行以下全方位的改造以適應(yīng)裝鋼和連鑄下線兩方面的要求：首先在時序上就必須同時滿足裝鋼和下線兩個方面的要求；其次受安裝條件的限制電機是正對爐門的，裝鋼時因爐門打開會對裝鋼輥道造成很大的熱輻射，但是要求裝鋼輥道必須可靠工作。由于裝爐輥道、板坯下線臺架、長行程裝鋼機均為重疊設(shè)備，整個下線輥道與下線臺架之間布滿了臺架的固定梁和活動梁，在這樣一個非常復(fù)雜的平面中，要布置長行程裝鋼機、裝鋼輥道，并進(jìn)行板坯橫向提升裝置和各種管線的改造，按常規(guī)平面布置是無法滿足要求的。

基于以上分析，下線輥道改造成裝鋼輥道的過程中，首先必須要加固下線輥道，將現(xiàn)有電機改造成水冷電機并增設(shè)隔熱裝置；其次，下線輥道的改造不能影響現(xiàn)在連鑄下線的生產(chǎn)；還要制訂花輥推鋼時需要采取的措施，合理布置裝鋼設(shè)備，布置下線臺架的施工方案，裝鋼方案的動作時序控制優(yōu)化要滿足裝鋼周期控制在100 s以內(nèi)。

2 長行程裝鋼機的改造

長行程裝鋼機位于加熱爐入爐側(cè)正前方，用于將裝爐輥道上的板坯送到加熱爐內(nèi)，可以根據(jù)板坯長度尺寸的不同進(jìn)行單排裝料、雙排裝料。裝鋼機每根裝鋼臂上設(shè)有一個高出輥面的推頭，當(dāng)裝鋼臂緩慢前進(jìn)時，推頭將板坯向前推動一定行程，使運輸過程中出現(xiàn)歪斜的板坯擺正，然后裝鋼臂退回到適當(dāng)位置，再提升裝鋼臂把板坯托起送入加熱爐內(nèi)。

只有將長行程裝鋼機布置在改造后的裝鋼輥道、板坯橫向提升裝置下方的重疊區(qū)域，并采用提升軌道梁式曲臂式長行程裝鋼機的設(shè)計才能夠滿足裝鋼布置要求。如圖1所示，長行程裝鋼機由完全相同的兩套傳動機構(gòu)、四套齒輪機座和裝鋼臂部件等構(gòu)成，分為左右兩組。兩組裝鋼機沿爐子中心線對稱布置，各有一套傳動裝置獨立驅(qū)動，兩套平移機構(gòu)同步動作，兩套升降機構(gòu)單獨動作，通過液壓同步實現(xiàn)不同長度的板坯在兩組升降機構(gòu)上同步動作。

裝鋼輥道、板坯下線臺架的改造設(shè)計既要滿足連鑄板坯的正常下線，同時又要滿足裝鋼輥道定位后長行程裝鋼機裝鋼時三者之間互不干涉，以及各種定尺的板坯在輥道上的正常布料。因此，長行程裝鋼機的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常關(guān)鍵，通過對現(xiàn)場的實際測量，決定采用提升軌道梁式曲臂式長行程裝鋼機上料，對下線輥道和下線臺架作精細(xì)的改造。板坯下線時長行程裝鋼機的推頭下降至下線小車梁的下方，裝鋼時推頭伸出，在下線臺架的上方進(jìn)行推正作業(yè)。為了避免板坯下線時對長行程裝鋼機的熱輻射，通過浮動支撐將傳動裝置布置在下線臺架的外側(cè)，并考慮能有效保護(hù)油缸及傳動裝置和裝鋼臂的隔熱裝置。

圖1 長行程裝鋼機的結(jié)構(gòu)Figure 1 Configuration of long-distance steel-charging machine

裝鋼機推鋼、裝鋼、后退位置(行程)的控制由裝在減速器高速軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出信號進(jìn)行控制。托桿的升降由液壓裝置來驅(qū)動，其位置的控制由液壓缸內(nèi)置的線性位移傳感器來實現(xiàn)。

長行程裝鋼機運行時動作順序如下：板坯爐前定位，接收輥道PLC允許裝鋼信號；進(jìn)行裝鋼行程計算；在滿足裝鋼有空位和運行條件的情況下，爐門打開至全開位置；裝鋼機抬升液壓缸升至推鋼面，裝鋼機前進(jìn)并推正板坯，當(dāng)板坯邊緣距裝爐輥道中心線一定距離(該距離需結(jié)合工程實際推算)時停止；裝鋼機后退， 當(dāng)托桿前端至板坯邊緣某位置時停止平移，再次向上抬升至規(guī)定位置，托起板坯；裝鋼機按裝鋼行程前進(jìn)到位，延時1 s，裝鋼機下降到初始位，輕放坯料；裝鋼機返回，托桿退出爐門后爐門關(guān)閉；返回初始位置，等待下一次裝鋼信號[2]。

3 下線臺架的改造

由于長行程裝鋼機設(shè)置在裝鋼輥道和板坯橫向提升裝置下方的重疊區(qū)域，臺架固定梁和活動梁較多，板坯下線臺架在改造時不能影響連鑄生產(chǎn)。因此，決定對下線臺架分部實施改造，以保證每個改造單元的周期控制在連鑄檢修時間之內(nèi)。經(jīng)與用戶充分溝通后，對臺架分成三個階段進(jìn)行改造：第一改造階段，先設(shè)計固定臺架用的支撐梁(共四組12根柱梁)，支撐梁的設(shè)計要滿足改造后用戶的安裝維護(hù)及更換。第二改造階段，拆掉現(xiàn)有的部分立柱(用于長行程裝鋼機的布置)并切割下線臺架的相關(guān)固定梁(此時臺架固定梁的改造設(shè)計已完成)。第三階段是對長行程裝鋼機安裝時下線臺架的基礎(chǔ)及排水安全梯道設(shè)施的處理，裝鋼輥道和各種管線的改造設(shè)計一起完成，在調(diào)試時對裝鋼輥道進(jìn)行加固處理。

4 排水方案

由于采用提升軌道梁式曲臂式長行程裝鋼機，提升連桿基礎(chǔ)布置高于現(xiàn)有的排水標(biāo)高。加熱爐南側(cè)為1號爐原有排水擋墻，排水標(biāo)高低于1號爐鐵皮溝起點標(biāo)高，無法實現(xiàn)與1號爐的對

接，因此考慮通過連鑄設(shè)備排水。我們在設(shè)計中采用高位水槽的設(shè)計以實現(xiàn)下線輥道向連鑄排水，下線臺架和長行程裝鋼機的平面散水共用一個排水井，并將排水通過管線引至爐底積水井，同時在高位排水槽上進(jìn)行裝鋼臂的活動空間設(shè)計。這樣很好的解決了散水和裝鋼輥道的排水問題。

5 結(jié)語

由于平面布局的限制，改造設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和布置方式與常規(guī)設(shè)計不同，各設(shè)備結(jié)構(gòu)特點如下：長行程裝鋼機采用提升軌道梁式曲臂式設(shè)計；平移傳動裝置采用將浮動支承設(shè)計在下線臺架的外側(cè)并采用隔熱包裝；裝鋼輥道采用水冷電機，增設(shè)了隔熱裝置，設(shè)計形式為懸臂梁結(jié)構(gòu)，對裝爐輥道高架梁進(jìn)行改造加固。投產(chǎn)以來設(shè)備運行正常，驗證了設(shè)備布局和設(shè)計方案的合理性，提高了空間利用率，降低了生產(chǎn)成本，縮短了坯料上料時間和出料時間，提高了加熱爐年產(chǎn)量。該加熱爐設(shè)備的成功運用對于同類新建或改造項目也具有參考和借鑒價值。

[1] 鄧建中.步進(jìn)式加熱爐機械設(shè)備探討[J].江蘇冶金，2004(2)：37-39.

[2] 宋德福.步進(jìn)式加熱爐控制技術(shù)應(yīng)用研究.重慶大學(xué)，2002.