淺談高線熱送非標設備的設計

張金惠（唐山鋼鐵設計研究院，唐山 063000）

淺談高線熱送非標設備的設計

張金惠（唐山鋼鐵設計研究院，唐山 063000）

介紹了海城鋼鐵有限公司80萬t/a高速線材生產(chǎn)線采用連鑄坯熱送熱裝的工藝流程；闡述了熱送輥道、入爐輥道、轉盤等非標設備的結構特點及單獨驅(qū)動輥道形式的優(yōu)點；對驅(qū)動電機進行了選型和功率計算。指出了這條生產(chǎn)線在熱送非標設備設計上的優(yōu)勢和不足，為高速線材生產(chǎn)線的熱送非標設備的設計及應用提供了參考。

線材 生產(chǎn)線 連鑄坯 熱送 熱裝 轉盤 功率

1 引言

連鑄坯熱送熱裝工藝因其具有縮短加熱爐內(nèi)坯料的加熱時間、減少坯料燒損、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點，近年來在冶金行業(yè)的應用日漸廣泛。2009年，海城鋼鐵有限公司投資建設一條年產(chǎn)量為80萬t高速線材生產(chǎn)線。此生產(chǎn)線的設計原則是：盡量做到實用、可靠，在滿足工藝的先進性和合理性的前提下，最大可能地降低本工程的投資規(guī)模；統(tǒng)一考慮煉鋼到軋鋼連鑄坯的熱送熱裝。產(chǎn)品為?5.5～16 mm高速無扭熱軋盤條。車間所用原料為連鑄坯，全部由公司煉鋼供給，鋼坯規(guī)格尺寸為：65 mm×165 mm×12 000 mm，凈重為2 500 kg，最小坯料長度為10 000 mm。實現(xiàn)了從連鑄機到加熱爐直線距離200 m，高差5 m的連鑄坯熱送熱裝。

2 連鑄坯熱送熱裝工藝流程

高速線材生產(chǎn)線的工藝流程：連鑄機→鑄坯輸送輥道→上料臺架→熱送輥道→輥道電子稱→升降擋板→單臂轉盤→鏈式提升機→入爐輥道→蓄熱式加熱爐→出爐輥道→軋機。見圖1。

從連鑄機出來的單根熱坯，通過1#上料臺架被放到熱送輥道上，在輥道上稱重，再通過轉盤旋轉90°后送到提升機輥道上，由鏈式提升機將鑄坯逐根運到5 m高平臺上的入爐輥道，然后進入加熱爐。鑄坯在加熱爐內(nèi)加熱至950℃～1 150℃后，由爐內(nèi)輸出輥道送出爐外再由出爐輥道送入軋機進行軋制。若連鑄或熱送輥道出現(xiàn)問題時，熱坯不能滿足生產(chǎn)的要求時，可由行車將坯料直接放到2#上料臺架上，再經(jīng)提升機、入爐輥道最后加熱爐加熱。

3 部分設備的結構

3.1 熱送輥道

單獨驅(qū)動輥道的形式有以下優(yōu)點[1]：

（1）傳動系統(tǒng)慣性小，操作靈活，易于調(diào)整輥道上軋件位置；

（2）少數(shù)輥子有故障時不影響生產(chǎn)；

（3）維護方便易于標準化；

（4）適于運輸長軋件；

（5）每個輥子承受較小的負荷；

（6）輥道結構簡單。

所以這條生產(chǎn)線的熱送輥道采用單獨驅(qū)動方式。

3.2 ?21.3 m單臂轉盤

因廠房的限制，熱送輥道與墻壁距離不足3 m，所以將轉盤設計成為能旋轉±90°的單臂轉臂。轉盤的設備組成如圖2所示。轉臂為鋼結構焊接件，由中心軸裝置和兩個車輪共同支撐，輸送輥道、輥道支座、驅(qū)動車輪等設備安裝在轉臂上。轉臂以中心軸為圓心，以中心軸到車輪距離10.65 m為半徑旋轉±90°，將鑄坯運輸轉向送到提升機輥道。轉盤輥道輥子與熱送輥道相同，齒輪減速電機單獨驅(qū)動，輥間距1.3 m，設定線速度1 m/s。中心軸裝置由鑄鋼材質(zhì)的殼體和調(diào)心滾子軸承與推力調(diào)心滾子軸承組裝而成，結構牢固、承載能力強運轉可靠。兩個車輪與轉臂中心線成4°對稱布置，均為主動車輪。采用齒輪減速電機單獨驅(qū)動，變頻調(diào)速控制，最高線速度為0.69 m/s，這樣轉盤可根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏的要求在允許的速度范圍調(diào)節(jié)轉速；踏面處車輪外徑為300 mm，兩車輪直線距離1 485 mm，所以有效地保證了轉盤運轉的穩(wěn)定性。為實現(xiàn)轉盤極限位置停止的準確性，除在起始位置和停止位置處設置接近開關外，還在極限位置安裝了帶緩沖的極限擋板和電液推桿鎖緊裝置。

3.3 入爐輥道

入爐輥道由齒輪減速電機單獨驅(qū)動，變頻調(diào)速控制。輥子外徑?300 mm，兩側有擋邊輥子；輥子轉速82～9.5 r/min,實現(xiàn)線速度1.3～0.15 m/s，輥間距1.5 m。由于鑄坯由提升機鉤子沿弧度板滑到入爐輥道上，落差較大，會產(chǎn)生一定的沖擊，所以入爐輥道基礎部位安裝了緩沖橡膠板。由于加熱爐入口處溫度較高，所以入爐輥道在爐口處有3根自由輥，且輥子作通水冷卻，這樣對輥子軸承的正常運轉起到一定的保證作用。

4 部分設備的設計計算

4.1 熱送輥道電機選型計算[2-3]

4.1.1 當輥道穩(wěn)定運轉且輥子上正好無鑄坯時，電機的輸出轉矩稱為空載轉矩。

式中：Mk——空載轉矩；

Gi——單根輥子重量，Gi=4 850 N；

μ——軸頸摩擦系數(shù)，滾動軸承取0.005；

d——輥子軸頸直徑，d=0.090 m；

i——減速機的速比，i=21；

η——減速機的傳動效率，η=0.98；

4.1.2 電機啟動后穩(wěn)定運轉，輥子勻速運送鑄坯，此時電機輸出轉矩的稱為運鋼轉矩。

式中：Mf——運鋼轉矩；

Q1——單根輥子承受的鑄坯重量,因鑄坯定尺長12 m，而輥間距為1.3 m，則鑄坯長度大于4個輥距，所以每個輥子承受鑄坯總重的30%，單根鑄坯重量26 500 N；

ρ——熱鑄坯與輥面的滾動摩擦系數(shù)，取0.002 m。

4.1.3 鑄坯運行中遇到阻礙物而突然停止，輥子與鑄坯間的滾動摩擦變成了滑動摩擦，此時電機輸出的轉矩稱為打滑力矩。

式中：Mh——打滑力矩；

μh——灼熱鑄坯與輥面的滑動摩擦系數(shù)，μh=0.3；

D——輥子直徑，D=0.3 m。

4.1.4 輥道起動時是在加速情況下運輸鑄坯的，此時電機的輸出轉矩稱為不打滑加速轉矩[4]。

4.1.5 連續(xù)運轉輥道驅(qū)動電機功率

式中：K——電動機允許過載倍數(shù)；冶金設備取為2.5；

n——電動機轉速；n=1 440 r/min；

4.1.6 啟動時的電機功率

所以選取齒輪減速電機型號為:YEJ100L-4；功率為4 kW；減速機速比21；電機轉速1 440 r/min。

4.2 轉盤驅(qū)動電機的功率計算[3]

轉盤總重為15 t，由中心軸和兩個車輪共同承擔。電機需輸出的轉矩為：

式中：D1——車輪直徑，D1=0.3 m;

D2——車輪直徑，D2=21.3 m;

Q——轉盤總重，Q=15 000 N;

μ——軸頸摩擦系數(shù)，滾動軸承取0.005；

ρ——車輪與軌面的滾動摩擦系數(shù)，ρ=0.0005；

i——減速機的傳動比i=n/n1；n為電機轉速，n= 1440 r/min；n1為車輪轉速，n1=44 r/min；

η——減速機的效率，η=0.98；

齒輪減速電機功率:每臺電機所需功率為：

P1=Mn/9550η=4.25 kW

式中：η——車輪傳動系統(tǒng)效率，取η=0.85

因轉盤采用兩套電機驅(qū)動車輪結構，所以選取齒輪減速電機型號為DSZGCJa225-4，功率為4 kW；減速機速比21；電機轉速1440 r/min。車輪轉速為：44 r/ min。

5 電氣控制

采用PLC編程實現(xiàn)設備順序控制及電氣聯(lián)鎖。熱送電機采用變頻器調(diào)速，PLC速度給定。位置傳感器反饋鋼坯位置。PLC系統(tǒng)與工作站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通迅；與傳動裝置之間采用Profibus網(wǎng)通訊。工作站對生產(chǎn)流程實行畫面監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)過程全自動化控制。

6 設計中存在的問題

6.1 此生產(chǎn)線鑄坯運輸輥道較長，因資金限制等因素，未在設備上采取保溫措施，造成鑄坯運送過程中熱量損失較多，建議在適當?shù)臅r候得到完善。

6.2 在輥道下部未設沖渣溝，且輥道架子為框架結構，當鑄坯上掉下的氧化皮積累多后清理困難。

7 結束語

這條高速線材生產(chǎn)線采用的連鑄坯熱送熱裝工藝設計比較合理，裝備先進，電機采用變頻器調(diào)速，PLC編程控制，自動化水平高，設備運轉精度高，生產(chǎn)節(jié)奏便于調(diào)節(jié)。節(jié)省生產(chǎn)空間，生產(chǎn)車間布置更合理?？s短坯料在加熱爐內(nèi)的加熱時間，降低建設成本和生產(chǎn)運行成本，使本公司的產(chǎn)品更有競爭力。經(jīng)過近10個月的生產(chǎn)，全線設備調(diào)試逐步到位，生產(chǎn)節(jié)奏加快，連鑄坯的進爐溫度逐步提高，生產(chǎn)量已接近設計能力的80%，實現(xiàn)了設計的預期計劃，同時為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

［1］鄒家祥.軋鋼機械[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1989.422、428～430

［2］馬鞍山鋼鐵設計院.中小型軋鋼機械設計與計算[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1979.432-433.

［3］鋼鐵企業(yè)電力設計手冊編委會.鋼鐵企業(yè)電力設計手冊（下冊）[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1996.16-17.

［4］成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2002.1-104.

Brief Talk on Design of Hot Charging Non-standard E－quipment of High Speed Wire Rod Mill

Zhang Jinhui

The author introduces the process of billet hot delivery and hot charging system for 800 000 t/a High Speed Wire Rod Mill of Haicheng Iron and Steel Company Limited, expounds the structure characteristics of non-standard equipment such as hot charging roller table,entry roller table and rotating disc and the advantages of single driven roller table, selects drive motors and calculates the power.The advantages and disadvantages of the design of non-standard equipment for the hot charging system are pointed out,providing a reference for the design and application of hot charging non-standard equipment for high speed wire rod mill.

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（收稿 2010－12－26責編崔建華）

張金惠，工程師，1992年畢業(yè)于河北理工大學，現(xiàn)從事冶金設備設計工作。