特殊鋼錠翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設計與應用

張建國 尹海元 中冶京誠工程技術(shù)有限公司（100176）

張建國（1966年~），男，碩士，高級工程師，主要從事冶金方面的技術(shù)研發(fā)設計工作。

0 概 述

進入21世紀后，特別是最近幾年，隨著核能、軍工、造船業(yè)、火力發(fā)電、橋梁建設、油氣開發(fā)輸送、汽車和工程機械等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對各種不同規(guī)格、性能的中厚板需求日益旺盛，所需的原料鋼錠規(guī)格也越來越大，鋼鐵企業(yè)因此也迅速籌建高產(chǎn)量的中厚板生產(chǎn)線。均熱爐是生產(chǎn)特厚鋼板的必備設備之一，是用于鋼鐵行業(yè)中厚板、寬厚板生產(chǎn)線上的一種關(guān)鍵設備，而鋼錠的翻轉(zhuǎn)裝置安裝于爐前與爐后，方便特殊超大鋼錠的裝爐與出爐。因此，鋼錠翻轉(zhuǎn)裝置作為均熱爐出入料的配套設備也成為關(guān)鍵的設備，開發(fā)研制特殊超大鋼錠的翻轉(zhuǎn)裝置已成必然。

鋼錠入爐時需要由翻轉(zhuǎn)裝置把水平狀態(tài)的鋼錠翻轉(zhuǎn)為立式，然后由夾鉗鉗住裝入爐內(nèi)；加熱完畢，鋼錠出爐時，由夾鉗從爐內(nèi)鉗住立式的鋼錠放置于翻轉(zhuǎn)裝置上，由翻轉(zhuǎn)裝置把鋼錠翻轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)并放置于接收輥道上，依次輸送入軋制生產(chǎn)線。

過去一般均熱爐加熱的鋼錠都較小，鋼錠的規(guī)格均在30～40t以下，其上料方式之一是配套能力相當?shù)姆V車上料。目前國內(nèi)已經(jīng)淘汰或處于停產(chǎn)、半停產(chǎn)的鋼廠大多配套該翻錠車，其技術(shù)是建國初期從前蘇聯(lián)引進，翻錠裝置安裝于有固定軌道的電車上，該裝置存在以下問題：

(1) 其傳動部分采用直流電機拖動蝸輪-蝸桿減速器，控制上采用了落后的直流控制技術(shù)；

(2) 在重載作用下的蝸輪-蝸桿減速器齒廓磨損嚴重，頻繁更換備件。當載荷成倍增加后，這類減速器的承載能力遠遠不能滿足要求；

(3) 體積龐大的翻斗采用了整體鑄造，這對于一般的制造廠來說，難度很大，鑄造成本較高。

對于30~40t以下的加熱鋼錠，另外一種目前多用的上料方式是采取夾鉗夾持直接上料，即夾鉗夾持加熱后的鋼錠，直接緩慢放置于接收輥道，由于鋼錠的不斷沖擊，易造成輥道的過度損壞；而且對吊車的操作人員的技術(shù)水平要求較高，不僅放置時間較長，而且難以對準接收輥道中心放置，加大了后續(xù)軋機前推床的工作強度，影響后續(xù)進入軋機的正常軋制。

筆者介紹的翻轉(zhuǎn)裝置徹底解決了以上問題，不僅能夠完成40t以下鋼錠的翻轉(zhuǎn)上線，而且可完成特殊超大鋼錠的翻轉(zhuǎn)上線。隨著中厚板市場的產(chǎn)品規(guī)格向超寬超厚超長方向發(fā)展，新建厚板、特厚板軋線和改擴建項目的增多，特殊鋼錠的翻轉(zhuǎn)裝置的需求相應也會同步增長。

1 翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設計

翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該翻轉(zhuǎn)裝置安裝于均熱爐后主軋線前端，用于把從均熱爐夾持而來的加熱鋼錠翻轉(zhuǎn)放置于軋線的接收輥道上。結(jié)構(gòu)包括翻板、翻板支座、曲柄拉桿機構(gòu)、電機減速器驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等部件。其配套設備有鋼錠接收輥道，這里不對接收輥道進行論述。

圖1 特殊鋼錠翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)裝置采用變頻調(diào)速交流驅(qū)動電機(件2)通過帶制動盤的聯(lián)軸器(件3)與減速器(件1)相連接而進行動力傳遞。減速器要耐高溫、抗沖擊、采用雙端輸出軸型，輸出軸不僅要傳遞扭矩而且可承載加大的徑向力和彎矩作用。旋轉(zhuǎn)曲柄(件4)通過雙鍵、過盈配合的方式和減速器(件1)輸出軸連接，雙鍵不僅傳遞一部分扭矩而且在曲柄的裝配中可以起導向作用，避免左右兩曲柄間形成夾角而使得左右拉桿(件5)受力不均，從而影響翻板(件9)的正常翻轉(zhuǎn)。

拉桿(件5)通過轉(zhuǎn)軸一端和旋轉(zhuǎn)曲柄連接，另一端和翻板連接，拉桿和曲柄及翻板之間的連接采用轉(zhuǎn)軸、耐磨襯套的形式，適用于重載低速的運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸和曲柄、轉(zhuǎn)軸和翻板之間采用過盈配合連接，轉(zhuǎn)軸通過耐磨襯套和拉桿間采用間隙配合連接，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。

為避免鋼錠的輻射熱傳遞到傳動系統(tǒng)，在翻板(件9)的側(cè)梁上焊接設置有加強隔熱罩(件7)，同時加強隔熱罩還可防止鋼錠在放落翻板時，意外傾斜而向減速器方向倒去；而且在放落鋼錠過程中，加強隔熱罩還可起到一定的導向作用，方便吊車人員對鋼錠的入位操作，從而順利放落入翻板。

在減速機輸入軸的聯(lián)軸節(jié)的制動盤上，設置有4組氣動鉗盤式制動器(件12)，在翻轉(zhuǎn)過程中如出現(xiàn)意外事故，立即提供制動力矩，牢牢鉗住制動盤，使設備停止運轉(zhuǎn)并留在相關(guān)位置；同時根據(jù)工藝要求，在翻板直立和水平時，提供制動，保證鋼錠平穩(wěn)落入翻板及鋼錠落在接收輥道后順利輸送入軋制線。

為防止或減輕鋼錠落入翻板(件9)時對設備的沖擊，在基礎上設計有固定梁(件6)，設置于翻板立起狀態(tài)時的翻板底板的下部，在翻板直立時，固定梁通過翻板底板的豁口，高出翻板底板一定高度，使得落入翻板的鋼錠底部不是直接接觸到翻板底板，而是先接觸到基礎上的固定梁，然后在松開夾鉗的過程中鋼錠逐步靠向翻板。

翻板(件9)通過轉(zhuǎn)軸安裝在翻板支座(件10)上，翻板直立接收夾鉗送來的鋼錠時，并非90°直立，而是80°，傾向于接收輥道側(cè)10°，這樣不僅可以避免鋼錠意外倒向傳動系統(tǒng)側(cè)，而且也可以使鋼錠重心靠近翻板轉(zhuǎn)軸中心，減小翻板的啟動驅(qū)動力矩。

接收輥道(件11)獨立安裝于翻板下部，其輥道面要高出翻板水平時橫梁上頂面一定高度，以保證鋼錠全落于輥道時與翻板橫梁完全脫開，實現(xiàn)鋼錠的順利輸送。

為保證鋼錠落到接收輥道后能夠順利輸送入軋制線，載著鋼錠的翻板旋轉(zhuǎn)到位（旋轉(zhuǎn)到水平位）時，翻板橫梁的上頂面低于接收輥道一定距離，以保證輥道旋轉(zhuǎn)移動鋼錠時，鋼錠底面與翻板已經(jīng)完全脫離，從而順利完成輸送。

2 翻轉(zhuǎn)裝置的工作原理

圖1所示為特殊鋼錠翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)，包括減速器(件1)、驅(qū)動電機(件2)、帶制動盤聯(lián)軸器(件3)、旋轉(zhuǎn)曲柄(件4)、拉桿(件5)、固定梁(件6)、隔熱罩(件7)、特殊鋼錠(件8)、翻板(件9)、翻板支座(件10)、接收輥道(件11)、氣動制動器(件12)等。

翻轉(zhuǎn)裝置工作開始時，翻板處于直立態(tài)，制動器處于制動狀態(tài)，此時夾鉗夾持加熱后的鋼錠順著隔熱罩緩慢落下，鋼錠底部接觸到固定梁后，鋼錠逐漸傾向翻板橫梁，此時松開夾鉗并移走，完成鋼錠的吊運。然后，根據(jù)生產(chǎn)工藝安排，松開制動器，啟動電機，旋轉(zhuǎn)曲柄開始轉(zhuǎn)動，通過拉桿推動翻板開始翻轉(zhuǎn)，當鋼錠重心轉(zhuǎn)過翻板支座中心后，拉桿給翻板的力由推力變?yōu)槔?，而且隨著翻板與水平面的角度越來越小，拉力也越來越大。翻轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍通過調(diào)整電機的變頻頻率而實現(xiàn)；當翻板翻轉(zhuǎn)到快接近水平時，鋼錠開始接觸到接收輥道輥面，當翻板翻轉(zhuǎn)到水平時，鋼錠已完全落于接收輥道上，此時制動驅(qū)動電機，接收輥道電機開始啟動，鋼錠隨著輥子的轉(zhuǎn)動輸送出翻板，送入軋制線，接著松開制動器，驅(qū)動電機繼續(xù)開始工作，曲柄繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，翻板在拉桿的拉升下，開始翻轉(zhuǎn)升起，當翻轉(zhuǎn)到直立位置時，翻板剛好坐于固定梁座體上，此時制動電機，重新開始下一塊出爐鋼錠的吊裝、翻轉(zhuǎn)、輸送。

旋轉(zhuǎn)曲柄每轉(zhuǎn)動一周，翻板完成一個翻轉(zhuǎn)周期，也就是完成直立—水平—直立的過程，翻板翻轉(zhuǎn)角度(翻板與水平線的夾角)由80°轉(zhuǎn)到0°，再轉(zhuǎn)到80°。翻轉(zhuǎn)裝置非工作狀態(tài)時，處于直立狀態(tài)，此時翻板剛好坐于固定梁的座體上，可以避免拉桿、旋轉(zhuǎn)曲柄、轉(zhuǎn)軸長時間的受力。

該特殊超大鋼錠翻轉(zhuǎn)裝置具有以下特點：

翻轉(zhuǎn)鋼錠最大重量可達65t；

翻轉(zhuǎn)鋼錠尺寸規(guī)格：

1 770mm×850mm×2 630mm～2 100mm×1 000 mm×4 000mm；

鋼錠翻轉(zhuǎn)周期：<15s；

翻轉(zhuǎn)周期：1～4次/min；

翻轉(zhuǎn)鋼錠最大溫度：1 200℃；

制動器制動力矩：4×2 100Nm。

3 翻轉(zhuǎn)裝置的實際應用

江陰興澄特鋼的4 300mm寬厚板軋鋼工程中，將建設從加熱、軋制、冷卻到剪切的完整的生產(chǎn)線，同時還將建設與產(chǎn)品配套的精整和熱處理設施。原料方面除正常連鑄板坯料外還將要開發(fā)65t的電渣鋼錠，原料坯的重量也將由40t增加到65t，鑄錠規(guī)格最大達1 000mm×2 100mm×4 000mm(厚×寬×長)。

本工程完成后，產(chǎn)品在品種、質(zhì)量上都將具有很強競爭力。在本工程中，首次設計使用了本文論述的特殊鋼錠的翻轉(zhuǎn)裝置，用于均熱爐加熱鋼錠的出爐上線，如圖3、圖4所示。

圖3 特殊鋼錠翻轉(zhuǎn)裝置

圖4 該翻轉(zhuǎn)裝置在項目中的應用

4 結(jié)論

該翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、控制精確、可翻轉(zhuǎn)特殊超大規(guī)格的超大電渣鋼錠，最大翻轉(zhuǎn)重量可達65t，解決了傳統(tǒng)鋼錠上線方式中存在的上料周期長、上料節(jié)奏不便于控制、鋼錠放置偏斜、接收輥道易損等問題。隨著新建中厚板、厚板軋線和改擴建項目的增多，這種鋼錠的翻轉(zhuǎn)裝置的需求相應也會同步增長。

本翻轉(zhuǎn)裝置在江陰興澄特鋼三期項目的4 300mm寬厚板軋鋼工程中得到應用，經(jīng)過熱負載運行考核，其運行平穩(wěn)可靠、鋼錠的上線節(jié)奏控制調(diào)節(jié)方便、運行效果良好，得到用戶的肯定，值得推廣應用。

[1] 馬少飛. 寬厚板冷床的技術(shù)特點分析 [J].軋鋼，2009，26（6）：43-45.

[2] 成大先. 機械設計手冊 [M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[3] 吳德強. 一套典型寬厚板生產(chǎn)線的工藝及設備 [J]. 軋鋼，2008，25（1）：37-40.