在線感應(yīng)加熱爐鋼坯在輸送過程中的防滑處理

張 勇，劉喜龍，張晶晶

（1.西安電爐研究所有限公司，陜西西安710061；2.陜西省電爐工程技術(shù)研究中心，陜西西安710061；3.西安中冶新材料有限公司，陜西西安710061）

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的迅速發(fā)展以及裝備業(yè)技術(shù)水平不斷提高，對高品質(zhì)型材的需求越來越大，對特殊用途型材的需求也急劇增加。特種金屬在一些特殊的領(lǐng)域應(yīng)用較為頻繁，經(jīng)常因特殊的需求而被加熱軋制成各種型材，金屬軋制前需要進(jìn)行加熱或補(bǔ)溫[1]。當(dāng)采用在線感應(yīng)加熱爐對金屬坯料進(jìn)行加熱或補(bǔ)溫時(shí)坯料需要由輸送輥道進(jìn)行輸送，但是設(shè)備長時(shí)間的使用及坯料與輸送輥之間的溫度差異會(huì)造成輸送輥產(chǎn)生較大的磨損。基于坯料在輸送過程中輸送輥的磨損問題，通過對實(shí)際使用情況的分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化，大大提高了輸送輥的使用壽命，減少了設(shè)備的維護(hù)，為企業(yè)節(jié)約了設(shè)備運(yùn)行成本。

1 方型坯料輸送輥道的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了一套坯料傳送系統(tǒng)，由變頻電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)固定于傳動(dòng)軸上的輥?zhàn)印Ｆ渑髁陷斔土鞒倘缦拢赫麠l線分為進(jìn)料段、低溫段、高溫段、保溫段、出料段。各段速度設(shè)定如下：給定進(jìn)料段一個(gè)頻率，則低溫段、高溫段及保溫段的輸出頻率會(huì)自動(dòng)調(diào)整。例如：設(shè)定進(jìn)料段40 Hz，則低溫段是42 Hz，高溫段是44 Hz，保溫段45 Hz 左右。

輥?zhàn)硬捎肰 型結(jié)構(gòu)，選取V 型輥材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。方型坯料可以放置在V 型輥?zhàn)又希M(jìn)而使得方型坯料的兩個(gè)面與V 型輥?zhàn)舆M(jìn)行線接觸。根據(jù)坯料的長短及感應(yīng)加熱設(shè)備的外形尺寸，對輸送輥進(jìn)行布置，布置距離為1.2 m，保證任何時(shí)刻至少方型坯料至少與兩對輸送輥道接觸，保證坯料穩(wěn)定運(yùn)行。具體布置方式如圖1，單個(gè)輸送輥的外形如圖2 所示。

圖1 輸送布置形式

圖2 單個(gè)輸送輥外形圖

2 初始使用情況及分析

在設(shè)備初期運(yùn)行時(shí)，測量坯料運(yùn)行速度穩(wěn)定。但在坯料溫度升高之后且連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)坯料運(yùn)行時(shí)間不穩(wěn)定。具體表現(xiàn)如下：每一根坯料進(jìn)入低溫段第一個(gè)感應(yīng)體約450 mm之后，暫停20～35 s，之后再前進(jìn)，直至熱鋼采用撥叉機(jī)構(gòu)撥下加熱爐生產(chǎn)線。當(dāng)連續(xù)上料時(shí)，如果運(yùn)行平穩(wěn)，無“打滑”情況的發(fā)生，則第一根料與第二根料的間隔距離（第一根料與第二根料上料的間隔距離+每一根料暫停時(shí)間+速度的時(shí)間差）會(huì)越來越大。而現(xiàn)場實(shí)際情況是第二根料與第一根料的距離越來越近。將走在前面的一根料的速度慢的情況稱之為“打滑”。速度慢的料在感應(yīng)體里面的時(shí)間變長，加熱時(shí)間變長，因此溫度升高，超出工藝要求范圍。

鑒于此情況，對初始設(shè)計(jì)的V 型輥進(jìn)行了熱場及受力時(shí)的分析，分別如圖3～圖6所示；并且對坯料的運(yùn)行速度進(jìn)行了計(jì)算機(jī)與人工的測量，結(jié)果如圖7所示。

圖3 輥?zhàn)訜釄鱿蚂o態(tài)位移

為了增加料輥的摩擦力，使用電焊機(jī)將V 型輥道的兩個(gè)V 面進(jìn)行打焊點(diǎn)處理之后，料的行進(jìn)速度有明顯的好轉(zhuǎn)。但是由于不銹鋼焊條與輥?zhàn)雍附又蟮娜诤闲圆睿诮?jīng)過生產(chǎn)300～350根料之后，焊點(diǎn)就基本上消失，回復(fù)到之前的使用狀態(tài)下。具體可以參考現(xiàn)場所測量的數(shù)據(jù)（見圖7）。

結(jié)合實(shí)際使用的情況及現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)（不完全統(tǒng)計(jì)）進(jìn)行分析，認(rèn)為產(chǎn)生“打滑”的可能原因有以下幾點(diǎn)：

圖4 輥?zhàn)訜釄鱿蚂o態(tài)應(yīng)變

圖5 輥?zhàn)訜釄鱿蚂o應(yīng)變

圖6 輥?zhàn)訜釄鱿略O(shè)計(jì)漏洞檢查

（1）輥道電機(jī)的變頻器輸出不穩(wěn)定。

（2）摩擦力在低溫段與高溫段不統(tǒng)一。

（3）V 型輥的V 面上線速度不一致導(dǎo)致鋼坯接觸同一輥面的不同點(diǎn)后出現(xiàn)線速度不一致。

3 改進(jìn)措施

針對以上情況，采用如下的改進(jìn)措施：

（1）對V型輥進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，減小鋼坯與V型輥的接觸面積，固定其接觸點(diǎn)，使其V型輥的線速度輸出相對穩(wěn)定。

（2）將其材質(zhì)由原來的1Cr18Ni9Ti 不銹鋼改為2520耐高溫不銹鋼，以增加輥?zhàn)拥哪湍バ浴?/p>

針對所做的更改，結(jié)合實(shí)際使用的環(huán)境，通過三維的模擬，對輸送輥的受力及受熱進(jìn)行疊加分析，分別如圖8～圖11所示。

圖7 坯料運(yùn)行速度測量記錄

圖8 新V型輥?zhàn)訜釄鱿略O(shè)計(jì)漏洞檢查

圖9 新V型輥?zhàn)訜釄鱿蚂o應(yīng)變

圖10 新V型輥?zhàn)訜釄鱿蚂o形變

由以上模擬分析可以看出，新設(shè)計(jì)的V 型輥?zhàn)佑捎谠黾恿伺髁吓c輥?zhàn)又g的距離，熱輻射對輥?zhàn)拥挠绊懘蟠笙魅酰慌髁吓c輥?zhàn)又g接觸面積的減少，增加了輥?zhàn)拥木植繅簭?qiáng)，提升了摩擦力，使得坯料運(yùn)行穩(wěn)定。

圖11 新V型輥?zhàn)訜釄鱿聭?yīng)力

4 分析結(jié)論及實(shí)際運(yùn)行效果

通過對輥?zhàn)幼陨響?yīng)力、形變的模擬及對測量記錄的分析，得出如下結(jié)論：

（1）V型輥的設(shè)計(jì)是合理的，這種結(jié)構(gòu)形式能有效的保證其對坯料產(chǎn)生良好的夾持力，促使坯料隨著輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)而向前運(yùn)轉(zhuǎn)；

（2）當(dāng)設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間之后，V型輥持續(xù)在熱場的作用下，表面溫度升高，表面摩擦力減小，出現(xiàn)坯料速度不穩(wěn)定；

（3）V 型輥材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，雖然具有較高的高溫強(qiáng)度及抗氧化性，但是在受熱之后，表面摩擦系數(shù)降低，應(yīng)選擇耐磨性更好的材料替代。

（4）由于此輸送輥安裝在兩個(gè)電磁感應(yīng)加熱器之間，電磁感應(yīng)使得輥?zhàn)颖砻娣e攢了電流，當(dāng)坯料與輥?zhàn)咏佑|的瞬間，由于電勢差的存在，導(dǎo)致輥?zhàn)优c坯料之間放電打火，因此對輥?zhàn)釉斐梢稽c(diǎn)的損傷，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間越長，造成輥?zhàn)拥哪p越嚴(yán)重。

將新設(shè)計(jì)的V 型輥?zhàn)油度胧褂弥螅髁线\(yùn)行速度運(yùn)行穩(wěn)定，滿足了設(shè)備的使用要求。且V型輥?zhàn)邮褂脮r(shí)間加長，磨損減少，超過了預(yù)期的效果。V 型輥運(yùn)行10個(gè)月以后的照片見圖12。

圖12 運(yùn)行10個(gè)月以后的輥?zhàn)?/p>