一種清除圓坯切割瘤裝置的適應性分析

郝旭東

（太鋼煉鋼一廠， 山西 太原 030000）

引言

為了提高圓坯切割瘤去除效率，縮短切割瘤去除時間，節約人力物力成本，消除鑄坯物流鏈瓶頸，加快鑄坯發運速度，提高鑄機連續澆鑄能力，進而設計切割瘤裝置并進行實施應用。清瘤裝置提供了一種使圓坯切割瘤快速去除的方法，能夠使圓坯切割瘤在線快速去除，不需要下線后再由人工除瘤，這樣鑄坯就可以及時轉入緩冷坑，減少了鑄坯在環境中的溫降，保證了鑄坯內部組織結構的穩定，提高了鑄坯的發運效率。

1 切割瘤特性及清瘤裝置的可行性分析

高溫狀態下切割瘤與鑄坯附著力較小，清瘤裝置作用在鑄坯切割瘤的軸向力可將切割瘤快速刮掉[1]。鑄坯在切割完畢后，由切割輥道將鑄坯往出坯方向運送，火切機后部光柵檢測到鑄坯切割前端面信號后，清瘤裝置正轉，鑄坯切割前端面通過清瘤裝置后切割瘤被迅速清除干凈。光柵檢測到鑄坯切割后端面信號時，清瘤系統反轉，鑄坯切割后端面通過清瘤裝置后，切割瘤被迅速清理，見圖1。

清瘤裝置在設計時考慮到切割輥和運輸輥之間的距離有限，清瘤裝置清除切割瘤的運動方式不能是直線式，所以選擇圓周運動作為清瘤裝置清除切割瘤的運動方式。另外，如果選擇圓周運動作為清瘤裝置的動作方式，清瘤裝置運動過程中與前后兩個輸送輥保持200 mm 的安全距離。通過運輸輥道尺寸來計算清瘤裝置的回轉半徑，確定清瘤裝置最大回轉半徑為900 mm。

2 清瘤裝置各部件的選型分析

2.1 清瘤裝置刀具結構

圖1 圓坯切割瘤

清瘤裝置采用的是清瘤刀片刮除切割瘤，其工作原理就是利用旋轉的清瘤刀片對切割瘤施加軸向力將其除掉。清瘤裝置執行端清瘤刀片的設計尤為重要。

清瘤裝置首先構思的是清瘤刀片的結構形式，由于圓坯切割端面是圓形，所以清瘤刀片必須制作成弧形，且要與圓坯切割端面的尺寸相匹配，否則會與鑄坯干涉，將鑄坯本體切除，產生廢品。根據輥道輥子和鑄坯端面尺寸計算清瘤刀片的弧形半徑，Φ390 端面的鑄坯清瘤刀片半徑為197.5 mm，Φ690端面的鑄坯清瘤刀片半徑為347.5 mm。

為避免運動過程中兩清瘤刀片間接觸面積過大，摩擦力過大，將清瘤刀片之間設計2 mm 的隔離套，每把清瘤刀片設計成等寬度，清瘤裝置設計所需刀片數目為6 個。考慮到清瘤刀片安裝時中間有法蘭存在，選擇法蘭寬度為50 mm，所以選擇清瘤的刀片數量為5 個。

清瘤裝置回轉時的截面是長方形，根據清瘤裝置回轉半徑構建直角三角形進行計算，確定清瘤刀片的寬度為120 mm。此寬度為與回轉半徑匹配的最小寬度。其結構圖如下頁圖2 所示。

2.2 清瘤刀具布置

對于清瘤刀片的安裝布置，既要考慮全面覆蓋切割瘤的位置，又要盡量減少清瘤的數量。清瘤刀片沿圓周方向平行布置，并由焊接在主軸中間的法蘭2將其隔開，法蘭2 錯位焊接在主軸上，法蘭2、3 都焊接在清瘤裝置主軸中間軸段，四根長銷軸通過開口銷固定，以防止其軸向躥動。這樣的安裝方式可使清瘤刀片裝拆方便快捷，清瘤刀片的安裝分布如圖3所示。

圖2 清瘤裝置的結構圖（單位：mm）

圖3 清瘤裝置刀片分布示意圖

2.3 清瘤裝置動力傳輸系統的適應性分析

在設計分析了清瘤刀具的基礎上，將圓坯出坯輥道現有的電機減速機作為驅動清瘤裝置的動力源。電機型號為DRE160MC4，電機額定輸出功率為11 kW，額定轉速為1 475 r/min。去切割瘤刮刀裝置的動力是電機通過減速機傳遞的。由現場實際安裝位置可確定減速機和電機的安裝方向應為垂直安裝，且減速機輸出軸的方向與電機軸方向垂直，所以選定的減速機為蝸輪蝸桿減速機。考慮到刮刀裝置現場實際安裝位置以及工作過程的平穩性，由前文知，去切割瘤刮刀裝置工作轉速為25 r/min，根據電機的轉速可確定所選擇的減速機傳動比應該為70，型號為KA107DRE160MC4/TF 的斜齒輪- 錐齒輪減速機。該減速機大多用于煉鋼機械、礦山機械、工程機械、石油機械以及其他重型機械場合[2]。

為保證所選減速機的正常使用，需要校核其性能。已知電機輸出的功率為11 kW，減速機輸出轉速為25 r/min，可得減速機的轉矩：

式中：T為理論計算轉矩；P為電機輸出的功率，取值11 kW；n為減速機輸出轉速，取25 r/min。Tc為減速機的實際輸出轉矩，N·m；K為工況系數，可由機械設計手冊查出特重沖擊載荷下取1。

把已知量帶入式（1）（2）可得：Tc=4 202 N·m。

由減速機的技術參數可知，其公稱轉矩為Tn=5 220 N·m。則：Tc≤Tn。

因此本裝置選用KA107DRE160MC4/TF 型減速機降低了負載的慣量，而且降速同時提高了輸出扭矩，此減速機結構緊湊，熱交換性能好，散熱快，運行平穩、噪音小，良好的機械性能能夠滿足刮刀裝置工作要求。

2.4 清瘤裝置主軸結構的適應性分析

清瘤裝置的主軸利用現有出坯輥道的主軸進行加工，先依據軸向定位原則確定主軸的各段直徑和長度，因為主軸實際工作中幾乎不受軸向力，軸承選用調心滾子軸承，其型號為NSK24024，基本尺寸為內徑×外徑×厚度=180 mm×120 mm×60 mm，與其配合處的軸段直徑為120 mm，寬度為60 mm，兩端軸承處對應的主軸尺寸相同[2]。根據清瘤刀片總寬度和兩端法蘭的厚度確定主軸中間的軸段長度為442 mm，主軸的結構如圖4 所示。

圖4 主軸的結構（單位：mm）

3 清瘤裝置的應用情況

1）清瘤裝置安裝后，鑄坯在線即可將切割瘤清除干凈，下線后直接發運或者吊入緩冷坑，提高了生產效率，見圖5。

圖5 清瘤效果圖

2）人工清瘤一次約20 min，在線清瘤完成后無需線外人工清瘤，降低了鑄坯由于等待而產生的溫降，有利于保證鑄坯內部組織結構的成形。

3）用清瘤裝置在線清瘤后可節約人力清瘤成本342 000 元/年（鑄坯人工去切割瘤每噸鋼0.75 元，圓坯每月產鋼量約為38 000 t，每年人工費用可節約：0.75×38 000×12=342 000 元）。

4）清瘤裝置清瘤后，下線鑄坯可以及時發運至型材廠，消除了物流瓶頸。

5）鑄坯切割瘤在線清除后，保證了圓坯連鑄機的連澆能力，確保了太鋼煉鋼一廠拳頭產品輪軸鋼生產任務的達產達效。

6）消除了人工清瘤作業過程中存在的灼燙、中暑等安全隱患。

4 結論

安裝清瘤裝置后，鑄坯切割瘤在切割完成向后運輸過程中即可被清瘤裝置清除干凈，鑄坯切割產生的切割瘤無需下線后人工清理，鑄坯可以及時轉入緩冷坑，減少了鑄坯在環境中的溫降，保證了鑄坯內部組織結構的穩定，提高了鑄坯的發運效率。同時，清瘤作業不影響鑄坯在輥道上正常運送的時間，而且鑄坯下線后可直接發運，保證了下道工序對鑄坯冷卻溫度的要求。