臥式退火爐穿帶方式的研究及改進(jìn)方法

李韋強，馬長龍，宋東何，李二軍，劉中華

（首鋼智新遷安電磁材料有限公司，河北 遷安 064400）

為了保持生產(chǎn)的連續(xù)性，在臥式退火爐穿帶過程中使用穿帶棒牽引帶頭的方式進(jìn)行穿帶，使用鐵鏈固定帶頭的方式進(jìn)行穿帶作業(yè)，由于爐內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間狹小，穿帶過程中帶頭在輥組之間受重力影響帶頭下垂，經(jīng)過輥組過程中阻力較大，易發(fā)生穿帶過程中跑偏，以及固定鐵鏈卡在爐底縫隙等異常情況，從而導(dǎo)致穿帶棒卡到退火爐爐內(nèi)，穿帶失敗情況發(fā)生。此種情況嚴(yán)重影響退火機組正常連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，嚴(yán)重的將會造成生產(chǎn)事故。本文重點對臥式退火爐不同的帶頭連接形式進(jìn)行分析對比，并進(jìn)行實驗驗證，選出最優(yōu)帶頭連接形式。以解決穿帶過程易產(chǎn)生跑偏、卡帶、卡鏈、剮蹭等技術(shù)問題。

1 穿帶過程

臥式退火爐穿帶步驟主要包括：（1）穿帶前退火爐條件確認(rèn)，主要包括穿帶輥組的投入和測試，入、出口密封以及隔斷裝置位置確認(rèn)，退火爐輥組設(shè)備運轉(zhuǎn)正常并進(jìn)行測試，爐溫條件以及氣氛條件確認(rèn)；（2）其他條件確認(rèn)，主要包括退火爐前帶鋼質(zhì)量情況，制作帶頭等確認(rèn)步驟；（3）完成帶頭制作后，牽引帶鋼完成穿帶。退火爐穿帶前條件的確認(rèn)是退火爐穿帶成功的重要環(huán)節(jié)，同樣帶頭形式的選擇和連接形式是退火爐穿帶過程成功的重要組成部分。

退火爐穿帶過程主要包括：冷態(tài)穿帶和熱態(tài)穿帶。冷態(tài)穿帶多用于停爐后穿帶作業(yè)過程。熱態(tài)穿帶過程退火爐處于保溫狀態(tài)下，穿帶過程工作溫度較高（600℃左右），工況復(fù)雜，爐內(nèi)包含保護(hù)氣體。因此對穿帶工具的要求，必須滿足以上工況條件。

1.1 穿帶過程示意圖

穿帶過程如圖1所示。

圖1 穿帶過程示意圖

1.2 帶頭連接形式一

帶頭連接形式一如圖2所示。

圖2 帶頭連接形式一示意圖

1.3 穿帶過程問題分析

退火爐穿帶過程，主要包括穿帶牽引裝置（爐體所有輥組）、穿帶棒以及穿帶接頭；所述穿帶棒通過爐體輥組提供動力，帶頭通過鐵鏈與穿帶棒相連；穿帶接頭包括：可套嵌折疊帶鋼內(nèi)部的加強管；鐵鏈貫穿加強管后與穿帶棒末端相連。

圖1為使用鐵鏈連接帶頭的形式，此種通過鐵鏈將帶頭和穿帶棒連接的形式，稱為鐵鏈連接。

鐵鏈連接形式在穿帶過程主要問題分析：在穿帶過程中，鐵鏈?zhǔn)苤亓洼伣M向前驅(qū)動力的影響，將會出現(xiàn)下垂現(xiàn)象。由于臥式退火爐爐內(nèi)為箱體結(jié)構(gòu)，輥組下方多存在加熱和冷卻裝置，如電加熱帶和循環(huán)風(fēng)箱等裝置。輥組上下空間較小。其中冷卻段，上風(fēng)箱與輥組上表面距離最大為120 mm，下風(fēng)箱與輥組下表面距離最大為50 mm，輥組直徑為150 mm。而鐵鏈的最大下垂高度超過200 mm。在穿帶過程中，下垂帶頭與下部設(shè)備易發(fā)生剮蹭，輕則引起穿帶棒跑偏，重則穿帶棒跑偏撞到爐墻或帶頭卡到下風(fēng)箱與爐體結(jié)構(gòu)的間隙，造成穿帶失敗。尤其在熱狀態(tài)下，穿帶失敗后，存在組織和處理的難度大，將會造成被迫停產(chǎn)事故。

鐵鏈連接形式通過多次冷態(tài)和熱態(tài)穿帶實驗，鐵鏈連接方式穿帶過程存在的主要問題：①受熱后鐵鏈變軟斷裂，造成穿帶失敗；②鐵鏈貫穿的加強管壁厚不宜過厚，否則下垂情況嚴(yán)重，壁厚較薄時，受熱狀態(tài)易變彎，導(dǎo)致帶頭開裂，造成穿帶失??；③鐵鏈與爐體設(shè)備剮蹭，帶頭受力后造成穿帶棒在爐內(nèi)跑偏，撞到爐墻；④帶頭部分包括：帶頭、加強管、鐵鏈，帶頭部分重量較大，在穿帶過程中，鐵鏈和加強管部位呈下垂?fàn)顟B(tài)，鐵鏈易卡到爐體設(shè)備縫隙，與爐內(nèi)設(shè)備剮蹭，造成穿帶棒無法正常運行，穿帶失敗。

綜上，通過鐵鏈將帶頭和穿帶棒連接的方式，進(jìn)行穿帶過程易造成帶頭卡阻、穿帶棒跑偏，穿帶失敗，嚴(yán)重情況將會被迫停產(chǎn)。

2 解決措施

通過對鐵鏈連接形式帶頭穿帶過程中優(yōu)缺點進(jìn)行對比，選擇一種能夠保留鐵鏈連接形式的優(yōu)點，又能有效避免其缺點的帶頭連接形式。通過考慮熱態(tài)環(huán)境，帶頭連接形式需耐熱、連接部位強度足夠、重量不宜過重且穿帶過程避免下垂并能保持帶頭和穿帶棒之間存在有效間隙，能夠防止穿帶棒穿帶過程發(fā)生跑偏等情況。

基于上述存在問題，研究一種用于臥式退火爐的穿帶裝置，實現(xiàn)臥式退火爐穿帶過程的穩(wěn)定，提高退火爐穿帶成功率。通過設(shè)置一個穿帶帶頭與穿帶棒的尾端樞轉(zhuǎn)相連結(jié)構(gòu)，從而能夠在一定幅度內(nèi)保證帶頭的穩(wěn)定晃動，從而使得帶鋼在移動過程中通過左右晃動調(diào)整姿態(tài)，同時，也能夠適應(yīng)由于輥組設(shè)備運行過程造成穿帶棒的跳動，通過帶頭的左右晃動吸收跳動導(dǎo)致的帶頭振動能量，削弱振幅，避免帶鋼穿帶過程跑偏、卡阻、剮蹭等異常情況出現(xiàn)。同時，樞轉(zhuǎn)連接的方式使得帶頭的固定狀態(tài)穩(wěn)定可靠，保持穩(wěn)定的前進(jìn)方向，避免跑偏。相對于鐵鏈連接方式，采用樞轉(zhuǎn)連接的連接頭姿態(tài)穩(wěn)定性、抗跳動能力、防卡鋼及剮蹭的能力大幅提升。

帶頭連接形式二如圖3所示。通過連接裝置連接，連接裝置還包括：連接頭加強筋；通過連接筋板固定在穿帶棒上，與所述穿帶棒連接的形式為銷軸固定連接；穿帶棒的尾端設(shè)有銷孔以及相配合的緊固銷軸，第一銷孔以及穿帶棒第二銷孔通過緊固銷軸緊固。穿帶過程中，通過銷軸實現(xiàn)帶頭和穿帶棒靈活的左右晃動，并且能夠?qū)崿F(xiàn)帶頭和穿帶棒連接可靠緊固，穿帶棒的尾端設(shè)置有連接筋板，將穿帶棒和帶頭緊固成一個整體，且滿足帶頭左右晃動的靈活性。

圖3 帶頭連接形式二示意圖

通過圖4可以看出，帶頭通過連接裝置后，在穿帶過程中，未發(fā)生下垂現(xiàn)象，有效保持帶頭和穿帶棒的一致性和同步性。

圖4 改進(jìn)成帶頭連接形式二后的穿帶過程示意圖

基于此種帶頭連接形式和加強筋形式，在同等冷態(tài)和熱態(tài)條件下組織穿帶實驗，穿帶過程與設(shè)計思路一致。主要優(yōu)點：①加強筋強度明顯強于加強管，多次熱態(tài)情況下實驗，未出現(xiàn)變形情況，其強度足夠承受熱態(tài)環(huán)境；②由于加強筋的穩(wěn)定不變形，帶頭形式在整個穿帶過程中，未發(fā)生變形或開裂等異常情況；③通過樞轉(zhuǎn)連接的方式使帶頭和穿帶棒連接更加緊密可靠，穿帶過程運行穩(wěn)定，且連接部位采用緊固銷軸緊固，不存在下垂情況，完全消除了帶頭卡到爐體設(shè)備縫隙情況。

基于此種帶頭連接形式和加強筋形式，在兩種不同結(jié)構(gòu)的臥式退火爐進(jìn)行測試：①需要穿帶輥輔助退火爐，穿帶輥控制精度較差，僅用于輔助穿帶，穿帶過程中穿帶棒跳動較大，運行精度差，易發(fā)生跑偏，空間較大；②爐輥精度較高退火爐，爐輥運行控制精度較高，穿帶過程中穿帶棒運行狀態(tài)良好，不易發(fā)生跑偏，空間狹小。通過對兩種不同結(jié)構(gòu)的臥式退火爐進(jìn)行測試，測試結(jié)果與設(shè)計思路一致，且與上述優(yōu)點一致。

通過多次不同爐況和不同結(jié)構(gòu)臥式退火爐的測試，發(fā)現(xiàn)主要問題在于加強筋長度和直徑的選擇。長度選擇不易太短或太長，太短會造成牽引力過度集中，無法在熱態(tài)下有效牽引帶頭；太長將會造成帶頭與爐內(nèi)狹小空間剮蹭等，造成穿帶失敗。而且直徑的選擇直接決定冷態(tài)和熱態(tài)穿帶過程能否承受牽引力。通過試驗確定，加強筋長度選擇大于帶鋼寬度的1/2且小于3/4長度范圍，直徑選擇10 mm為最佳。

3 結(jié)論

如圖5所示，加強筋嵌于帶頭環(huán)扣內(nèi)（一般在穿帶時，帶頭向上翻折卷曲，焊接在帶頭后方的帶身上，形成一個環(huán)扣），實現(xiàn)剛性連接，而后通過連接筋板連接的方式與穿帶棒的尾部活動相連，從而使得帶頭始終限制在穿帶棒尾端，保證前行的方向和姿態(tài)的可靠性，避免帶頭的卡帶、跑偏等問題；通過多次試驗選出最優(yōu)帶頭連接方式，即帶頭的連接方式由鏈?zhǔn)竭B接改為硬連接的方式，完全避免了卡鏈?zhǔn)鹿省?/p>

圖5 帶頭連接裝置示意圖

同時，由于樞轉(zhuǎn)連接的活動連接方式，能夠通過加強筋的左右晃動，自適應(yīng)地調(diào)整帶頭的姿態(tài)，并吸收振動能量，保持姿態(tài)的穩(wěn)定性，從而避免剮蹭等姿態(tài)過度傾斜導(dǎo)致事故；同時，也能夠避免由于輥組運行過程中穿帶棒跳動導(dǎo)致的帶鋼姿態(tài)不穩(wěn)定，避免產(chǎn)生卡帶和跑偏的問題；通過加強筋材質(zhì)的選擇，能夠同時實現(xiàn)冷態(tài)和熱態(tài)下使用，提高退火爐穿帶的成功率，降低事故隱患。

通過將帶頭連接方式改變成帶頭連接形式二，能夠有效避免帶頭卡阻、穿帶棒跑偏，穿帶失敗進(jìn)而停爐停產(chǎn)事故發(fā)生。

此種帶頭及穿帶方式主要適用于爐內(nèi)空間狹窄、高度有限、長度普遍大于100 m的連續(xù)臥式退火爐，打破傳統(tǒng)常規(guī)的爐內(nèi)穿帶方法，在連續(xù)臥式退火爐穿帶過程中作用明顯，提高退火爐穿帶成功率和機組運行效率。