西昌2050熱軋加熱爐裝鋼機推鋼能力研究

楊海君

（攀鋼集團西昌鋼釩有限公司板材廠，四川 西昌 615032）

為開發利用攀西地區豐富的釩鈦磁鐵礦資源，同時實現攀鋼鋼鐵釩鈦產業技術升級和結構調整，攀鋼集團西昌鋼釩有限公司在西昌市新建一條釩鈦資源綜合利用項目熱軋生產線。該生產線中加熱爐采用國內先進雙蓄熱式加熱爐，可提高火焰輻射強度，強化輻射傳熱，提高爐子產量。但自2011年12月投產以來，加熱爐裝鋼機表現為裝重板坯能力不足，制約了裝鋼節奏，嚴重影響正常生產。

1 加熱爐裝鋼機簡介

1.1 概述

該生產線設置有三座加熱爐，每座加熱爐配備2臺裝鋼機，裝鋼機位于加熱爐入爐側正前方，用于將需要加熱的板坯從入爐輥道托起并平穩地放在加熱爐內水梁上。裝鋼機共2臺對稱分布在加熱爐中心線兩側。

1.2 裝鋼機設備組成及工作原理

裝鋼機由完全相同的2套傳動機構、4套齒輪機座和裝鋼臂部件等構成，裝鋼臂頭部設有4個耐熱鋼鞍座，動作時裝鋼機上擋頭將輥道上的板坯推正、升起、前進、落下，各有1套傳動和升降裝置，2套設備可以單動，也可以同時動作，同時動作時，2套設備之間用聯軸器連接，使之同步動作。

平移機構：裝鋼臂前進-后退動作，采用交流變頻電動機-制動器-圓柱齒輪減速箱-齒輪軸等驅動裝鋼臂下部的齒條來實現。

升降機構：裝料桿上升或下降動作，采用液壓缸驅動搖桿使軸轉動，迫使同軸上的帶動帶托輪擺桿來抬起裝鋼臂。

齒輪機座：主要由分段的箱體、軸承和軸承座、齒輪軸、軸套、壓輥以及安裝在齒輪軸兩端的滾輪等零部件組成。箱體均為焊接件，一對壓輥安裝在箱體上部，用以限制鋼臂在垂直平面內自由傾倒，并保證裝鋼臂下部的齒條與齒輪軸的正確嚙合，將電動機的旋轉運動變為裝鋼臂的直線移動。

2 裝鋼機裝鋼能力問題分析

加熱爐裝鋼機設計裝鋼能力為最大板坯重量38.1噸（兩臺裝鋼機同時工作），但在對33.5噸左右的板坯進行裝鋼時出現推不動的現象；為分析判斷問題，對裝鋼機進行了測試。

2.1裝鋼機裝鋼能力測試

由于連鑄無法生產出38.1噸的板坯，采用兩塊鋼坯疊加的方式對裝鋼機裝鋼能力進行測試，測試數據見下表1。

表1 裝鋼機測試數據表

2.2 原因分析

通過對裝鋼機裝鋼能力測試，發現其實際裝鋼能力達不到設計要求，經過對現場實際生產及設備運行情況進行深入調查分析，初步得出以下幾點原因。

（1）裝鋼機平移裝置中電機在設計選型時存在問題，即電機功率偏小，不能滿足裝鋼要求。

（2）裝鋼機裝料桿安裝位置存在誤差，裝料桿傾斜角度大于設計值，使裝料桿和板坯沿裝料桿回退的方向分立增大，從而減小裝鋼機的驅動力，削弱推鋼能力。

（3）裝鋼機托輥轉動不靈活，導致裝料桿與托輥摩擦系數增大，阻礙裝鋼動作，從而削弱推鋼能力。

2.3 裝鋼機功率校核

已知：電機功率P=55kW，最大板坯重量M1=38100kg，裝鋼機推鋼正速度V1=0.15m/s，推正距離S1=0.75m，裝鋼機裝剛速度V2=0.3m/s，裝剛行程S2=5.2m，裝料桿傾斜角α=1.66°，單件裝料桿重M2=12536kg。

由于裝鋼機動作為裝鋼機上擋頭將輥道上的板坯推正、升起、前進、落下、退回，在推正和托起板坯前進的過程中消耗的能量較大；因此只需校驗推正和前進過程中所需電機功率，即可得知其是否能夠滿足要求。

（1）推正過程。電機輸出的能量用于驅動裝料桿動作和克服板坯在輥道上摩擦所做的功。根據能量守恒定律可得：

式中：F驅為裝鋼機驅動力；f為板坯與輥道間的摩擦力。

根據機械設計手冊得熱鋼在輥道上摩擦因數為0.3。

代入公式計算得：F驅=113337.66N。

考慮到傳動效率，則在推正過程中單臺裝鋼機所需電機功率為：

P=8.5/（0.95×0.99×0.95×0.99）=9.6kW＜55kW（設計功率）。

（2）前進過程。

圖1

裝鋼桿托起板坯在裝鋼過程中的受力進行分析見圖1，根據力矩平衡原理可以得出：

其中，N－托輥給裝料桿的正壓力；G1－裝料桿受到板坯的重力；G2－裝料桿的重力；f1－托輥與裝料桿間的摩擦力；f2－壓輥與裝料桿間的摩擦力；F－驅動力。

鑒于裝鋼機的四個裝料桿參數相同，因此只對單個裝料桿進行分析。根據能量守恒定律可得：

由于壓輥在裝剛過程中起限位作用正壓力較小，且是滾動摩擦，f2可忽略不計，可得驅動力F為：

代入得：

計算得F=28480N。

因此單個裝料桿的驅動功率P驅=F×V=8544W。

考慮到在能量傳遞過程中的有損失，則每臺裝鋼機 電 機 的 最 小 功 率 Pmin=2KP驅/η=2×1.5×8544/（0.95×0.99×0.95×0.99）=28.977kW＜55kW。

綜合對推正及前進過程的理論分析可知加熱爐裝鋼機現有電機功率滿足生產要求。

2.4 制約裝鋼機裝剛能力的因素分析

根據驅動力

可知以下結論。

（1）當傾斜角度α在0°～45°范圍內時，驅動力F為以α為變量的增函數，隨著α的增大而增大，因此當裝料桿傾斜角度大于設計值時，將會增大裝鋼機實際所需驅動力。

（2）當托輥出現轉動不靈活等異常情況時，將會導致托輥與托料桿間的摩擦系數μ增大，從而使得所需驅動力增大。

因此實際生產過程中，一旦出現上述兩種情況，將會削弱裝鋼機推鋼能力（電機能力），使其不能滿足設計要求。

3 結語

裝鋼機在生產過程中起著至關重要的作用，它的運行情況直接影響整條生產線的生產節奏和產量。綜合上述論證分析得出，制約裝鋼機裝剛能力的主要因素是裝料桿的傾斜角和托輥卡阻情況。如果裝料桿的傾斜角過大或托輥卡阻將削弱電機的能力，使其不能滿足生產要求。

參考文獻：

[1]機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社,2008.

[2]機械傳動[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3]理論力學[M].上海：同濟大學出版社，2005.