一種活動(dòng)式表面淬火裝置的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

韓長(zhǎng)儀 陳 魁

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司 北京100176)

1 前言

近年來，噴淋淬火裝置作為一種快速冷卻鑄坯表面的工藝處理設(shè)備廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)連鑄機(jī)生產(chǎn)線中。其布置于拉矯機(jī)后一次切割工序前，對(duì)鑄坯表面進(jìn)行噴水，溫度快速下降，可以使鑄坯表面粒晶化、組織致密化，并減少鋼相變及再結(jié)晶過程中Al-N化物的析出，可以補(bǔ)償鑄坯坯殼熱應(yīng)力，從而提高鑄坯的強(qiáng)度和韌性。

圖1 固定式淬火裝置

常規(guī)連鑄生產(chǎn)線中的淬火裝置也稱淬火箱多為固定式，即固定安裝于輥道上，如圖1所示，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)成本低的優(yōu)點(diǎn)，但無需淬火時(shí)仍長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境下，故易損壞故障，使用壽命降低，噴嘴等更換困難，維修工作量大。

針對(duì)常規(guī)淬火裝置的問題，本文介紹了一種活動(dòng)式在線表面淬火裝置，不使用時(shí)可以移動(dòng)至生產(chǎn)線外，具有結(jié)實(shí)耐用、更換簡(jiǎn)單和維修量小等優(yōu)點(diǎn)。本文僅對(duì)該裝置的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹，可為同類設(shè)計(jì)和研究提供一定程度的思路和參考［1-3］。

2 主要設(shè)備參數(shù)

主要設(shè)備參數(shù)如下:

澆鑄半徑:16.5m

流數(shù):3流

斷面:370×300、500×400、φ600mm

行走速度:2～11m/min

最大行走行程:9m

齒輪模數(shù):4，齒數(shù):23

齒條齒數(shù):715

行走減速電機(jī)功率:2.2kWVVVF

提升速度:0.5m/min

最大提升行程:650mm

提升減速電機(jī)功率:2.2kW

渦輪絲桿升降機(jī)最大提升力:100kN

液壓缸:φ80×φ45/180mm

工作壓力:16MPa

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

淬火裝置設(shè)置于拉矯機(jī)后的切割前輥道上，主要包括活動(dòng)小車行走、噴淋裝置升降、噴淋架擺動(dòng)3套動(dòng)作機(jī)構(gòu)［4］。

3.1 結(jié)構(gòu)組成

如圖2所示，淬火裝置主要包括以下部件:主框架、活動(dòng)小車、噴淋裝置和蒸汽收集罩。

圖2 淬火裝置正視圖

3.2 主框架設(shè)計(jì)

主框架主要包括導(dǎo)軌、齒條、立柱、橫梁和蒸汽收集罩支架。立柱固定于連鑄機(jī)旁地坪和輥道梁上，橫梁和收集罩支架用于固定收集罩和拖鏈等零部件，支撐整個(gè)淬火裝置，見圖3。2根導(dǎo)軌吊掛于各個(gè)橫梁下，用于支撐導(dǎo)向活動(dòng)小車移動(dòng)。2個(gè)齒條分別固定于導(dǎo)軌下側(cè)，采用齒條固定齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)小車移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式。

圖3主框架三維圖

3.3 活動(dòng)小車設(shè)計(jì)

活動(dòng)小車整體上設(shè)計(jì)分為前后兩個(gè)部分，可實(shí)現(xiàn)行走和升降兩個(gè)功能。如圖4，前后車架由鋼板和型鋼拼焊而成，中間用銷軸連接，8個(gè)采用復(fù)合滾輪軸承的導(dǎo)輪分別固定布置在車架兩側(cè)。后車架四角處以垂直成對(duì)的布置形式共設(shè)計(jì)有8塊自潤(rùn)滑的滑板用于導(dǎo)向噴淋裝置。

行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖5所示，倒掛安裝于前車架下方，主要包括變頻減速電機(jī)、聯(lián)軸器、驅(qū)動(dòng)軸、軸承座、齒輪和拖鏈等零部件。減速電機(jī)雙輸出旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)齒輪在固定的齒條上移動(dòng)，采用變頻控制其行走速度，距離工作位遠(yuǎn)時(shí)高速行走，接近工作位時(shí)低速運(yùn)行，縮短工作周期并保證活動(dòng)小車停位的準(zhǔn)確性。提升減速電機(jī)倒掛安裝于前車架下方，通過連接軸將2臺(tái)固定于車架上的渦輪絲桿升降機(jī)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步帶動(dòng)噴淋裝置上下移動(dòng)，其中噴淋裝置通過活動(dòng)螺母與升降機(jī)的絲桿相連。整個(gè)活動(dòng)小車上的電纜、信號(hào)線、液壓軟管和水用金屬軟管等通過拖鏈實(shí)現(xiàn)活動(dòng)連接。

圖4 活動(dòng)小車三維圖

圖5 行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

3.4 噴淋裝置設(shè)計(jì)

噴淋裝置主要包括集水架、導(dǎo)板、液壓缸、連桿機(jī)構(gòu)、淬火箱、同步軸、軸承座和旋轉(zhuǎn)接頭等零部件。導(dǎo)板采用自潤(rùn)滑材料，與后車架上的滑板緊貼起到噴淋裝置升降時(shí)導(dǎo)向的作用。同步軸與連桿機(jī)構(gòu)相連接，連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)通過同步軸帶動(dòng)三流淬火箱中的所有擺動(dòng)噴淋架一起擺動(dòng)。由于噴淋裝置位于鑄坯上方，環(huán)境溫度較高，為防止旋轉(zhuǎn)副卡死，同步軸設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)接頭與集水架相連進(jìn)行通水冷卻。

圖6 噴淋裝置三維圖

集水架如圖7所示，由鋼板和鋼管等焊接而成，將主水路分流到各個(gè)冷卻點(diǎn)和淬火箱。冷卻水由進(jìn)水口標(biāo)號(hào)1進(jìn)入，按數(shù)字順序從標(biāo)號(hào)18流出，閉環(huán)循環(huán)冷卻。噴淋水由進(jìn)水口進(jìn)入分到各個(gè)淬火箱進(jìn)行噴淋。

圖7 集水架水路示意圖

該工程項(xiàng)目為3流連鑄機(jī)，每流沿鑄流方向設(shè)置3個(gè)不同的淬火箱，每個(gè)淬火箱有獨(dú)立的ON/OFF(開/關(guān))控制回路，整體組成3×3布置，如圖8所示?？赏ㄟ^控制流量及調(diào)整噴嘴類型規(guī)格來匹配對(duì)應(yīng)不同斷面不同鋼種鑄坯的淬火要求。

不同斷面鑄坯所設(shè)計(jì)的淬火箱結(jié)構(gòu)不同，其中噴淋架相同，噴淋條和噴嘴不同。如圖9為三種斷面鑄坯對(duì)應(yīng)的淬火箱主視圖。其中固定噴淋架固定不動(dòng)，擺動(dòng)噴淋架隨連桿機(jī)構(gòu)繞同步軸擺動(dòng)。

為方便更換，噴淋條與噴淋架連接處采用快速連接結(jié)構(gòu)，如圖10所示，僅需插入噴淋條然后將卡箍穿上即可實(shí)現(xiàn)連接不泄露。

圖8 3×3淬火箱布置

圖9 三種鑄坯對(duì)應(yīng)淬火箱主視圖

圖10 噴淋條快裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖11 液壓系統(tǒng)原理圖

連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力由液壓系統(tǒng)提供，如圖11原理圖所示。該部分系統(tǒng)與其它設(shè)備共用連鑄機(jī)液壓站驅(qū)動(dòng)液壓缸伸縮動(dòng)作，配有一個(gè)液控單向閥鎖定液壓缸位置。

見圖12的示意圖，液壓缸驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)構(gòu)通過同步軸同時(shí)帶動(dòng)所有擺動(dòng)噴淋架擺動(dòng)，將鑄坯下側(cè)的噴淋條旋轉(zhuǎn)至側(cè)面，以便有空間將整個(gè)噴淋裝置提升后移動(dòng)。

圖12 連桿機(jī)構(gòu)示意圖

3.4 蒸汽收集罩設(shè)計(jì)

蒸汽收集罩由鋼板和型鋼拼焊而成，靠重力安裝落于輥道上方支架上，四周設(shè)計(jì)擋塊限制其周向移動(dòng)，無螺栓等固定連接，當(dāng)需要維修下方輥道時(shí)，可以整體吊離。收集罩圓管一端固定于主框架橫梁上，與通風(fēng)系統(tǒng)相連，當(dāng)噴淋裝置運(yùn)行時(shí)將大量的蒸汽煙塵抽出排放。

圖13 蒸汽收集罩三維圖

4 工作流程

初始狀態(tài)淬火裝置位于等待/維修位。待接到淬火處理指令時(shí)，首先液壓缸活塞桿伸出帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)將噴淋裝置中所有擺動(dòng)噴淋架擺動(dòng)至側(cè)面，接著提升電機(jī)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)升降機(jī)提起噴淋裝置至高位，行走電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)小車行走至工作位，然后升降機(jī)反向動(dòng)作放下噴淋裝置到指定工作高度，液壓缸縮回驅(qū)使擺動(dòng)噴淋架擺至鑄坯的正下方，接通水路開始進(jìn)行設(shè)備冷卻和噴淋淬火處理，通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)抽出排放掉蒸汽煙塵。淬火結(jié)束后依上述步驟反方向操作至等待/維修位。通過限位開關(guān)和編碼器等檢測(cè)措施可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制。

5 結(jié)語

本活動(dòng)式在線表面淬火裝置布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊，可升降和移動(dòng)，不但解決了傳統(tǒng)固定式淬火箱長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境下易損壞難維護(hù)的問題，相對(duì)延長(zhǎng)了噴淋裝置的壽命，還可離線對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)、離線更換不同斷面對(duì)應(yīng)的噴淋條和噴嘴，作業(yè)環(huán)境和空間有所改善。即使連鑄機(jī)發(fā)生故障輥道上停有鑄坯時(shí)，淬火裝置也可以移出離線，不影響手動(dòng)切割鑄坯和維修連鑄機(jī)。

［1］徐向紅，楊立坤，祖家樂.無縫鋼管水淬火設(shè)備的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.冶金設(shè)備，2010(2):50-53.

［2］劉國(guó)勇，張少軍，朱冬梅等.中厚板控冷及淬火冷卻形式選用分析［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2008(11):59-62.

［3］蔡暢，戚文軍，周楠等.鋁型材的在線淬火設(shè)備［J］.冶金設(shè)備，2010(3):213-216.

［4］中國(guó)重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)主編.重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)［S］.昆明:云南科技出版社，2007.