1 780 mm不銹鋼熱軋連鑄坯熱送輥道電機功率計算及校核

李　海　波

(中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院，河北 秦皇島，066004)

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1 780 mm不銹鋼熱軋連鑄坯熱送輥道電機功率計算及校核

李海波

(中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院，河北 秦皇島，066004)

對1 780 mm不銹鋼熱軋連鑄坯熱送輥道的負載參數進行了詳細分析，對輥道電機功率進行了計算、校核。關鍵詞： 熱送輥道；電機功率；輥道間距；計算及校核

1 780 mm不銹鋼熱連軋機生產線設備技術先進、自動化水平高、裝備水平可達21世紀初世界先進水平[5]，目前全線裝備國產化率已達100%。本次研究的印尼瑞浦不銹鋼有限公司年產200萬t的1 780 mm熱軋項目，其中的連鑄坯熱送輥道部分，是由中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院設計并供貨。熱送輥道作為熱軋車間的重要設備組成之一，負責將連鑄車間的熱坯運送至熱軋車間的上料輥道上，連鑄坯熱送技術的應用不僅進一步發揮了連鑄生產節約金屬(減少鑄坯氧化量約0.92 kg/m2)的優越性，而且減少了軋鋼工序，縮短了生產周期，大幅降低軋鋼的能源消耗。據測算,節約能源達到68%以上，伴隨世界能源的日漸匱乏，連鑄坯熱送技術必然成為冶金工業普遍采用的節能生產技術[7]。

1　熱送輥道設計特點

熱送輥道在運轉時最大靜力矩是在連鑄坯遇到阻礙物而突然停止時出現，一般為連鑄坯輸送中與前面連鑄坯相遇或與輥道邊板、擋板相撞時，連鑄坯停止運動，而為保證輥道還可以旋轉，使輥子與連鑄坯之間的滾動摩擦變成了滑動摩擦，此時的靜力矩為最大，也稱為打滑力矩。所以，電機最大力矩一定要大于打滑力矩，從而防止電機堵轉[4]，避免電機過熱而發生損害。

熱送輥道也是起動工作制的輥道，由于連鑄坯輸送速度由0加速到2 m/s，所以除連鑄坯穩定運行時的靜力矩外，還要考慮輥子和連鑄坯的動力矩。電機最大過載力矩一定要大于連鑄坯勻速運行的輥道靜力矩與起動時的動力矩之和。

2　輥道電機功率計算

2.1熱送輥道的主要技術參數

1 780 mm不銹鋼熱連軋機熱送輥道的傳動方式為單獨傳動(圖1)，由一臺減速電機帶一組輥道，輥面最大輥徑350 mm，輥道之間間距2 400 mm，連鑄坯運輸速度2 m/s。熱送輥道采用臥式安裝,鑄坯對輥子的沖擊力絕大部分由聯軸器吸收，輥子只承受較小的沖擊力矩[6]，在電機功率計算中可以不考慮。

2.2輥道負荷參數計算

運輸連鑄坯規格：厚度180，200，220 mm；寬度800～1 550 mm；長度6 000～12 000 mm；最大坯質量：25 000 kg；標準連鑄坯200×1 250×11 000 mm(常用)。輸送輥道輥間距2 400 mm。

輥距取決于軋件的長度與厚度,運輸短軋件時,輥距不能大于最短軋件長度的一半,以便軋件可以同時放在兩個輥子上[8]。連鑄坯最短規格6 000 mm, 輸送輥道輥間距取2 400 mm, 比較以往1 780 mm不銹鋼熱軋線輥道設計常采用的1 200 mm輥間距取值加大1倍,但仍可以滿足運輸最短規格連鑄坯。

本次熱送輥道設計的輥間距取值比較以往1 780 mm不銹鋼熱軋線輥道的間距取值要大1倍,增大了單個輥道的受力,增加了單個電機的傳動負荷。但輥道間距加大1倍,使得輥道數量較以往的設計減少了一半。

綜合連鑄坯規格和輥距的情況，由于最大坯質量25 000 kg的限制，連鑄坯厚度最大220 mm，寬度最寬1 550 mm，長度6 000 mm的連鑄坯為輥道最惡劣負載計算條件。圖2為輥間距2 400 mm，連鑄坯運行時，連鑄坯與輥道的接觸情況。

圖1　1 780 mm不銹鋼熱軋加熱爐前連鑄坯熱送輥道輥子及傳動機構外形

圖2　鋼坯在熱送輥道上的運輸狀況

表1　熱送輥道每根輥子的支反力　　t

6 m長的連鑄坯(6 m×1.55 m×0.22 m，質量16.061 t)在理想狀態下可與3根輥子接觸(圖2a)；而當連鑄坯運送到圖2b時，6 000 mm長的連鑄坯只有2根輥子接觸。2種狀態下每根輥子的支反力R有很大差別(表1)。

熱送輥道最大負荷出現在R2，12.045 t，取該值為連鑄坯對單個輥道重力最大負荷值計算輥道傳動力矩。

2.3輥道電機功率計算

首先計算連鑄坯在輥道上穩定運行時的靜力矩Mj[1]：

(1)

Mj——輥道穩定運行時的靜力矩，單位N·m。

Q——在該組輥道上作用的連鑄坯質量，120 450 N。

G1——一個輥子的質量，803 kg。

μ——滾子軸承的摩擦系數，對于滾動軸承，μ=0.005。

d——輥子軸承內徑，180 mm。

C——由一臺電機所驅動的輥子數目，單獨傳動取1。

f——連鑄坯的輥子上的滾動摩擦系數，對于熱鋼錠0.002 m。

Mj=299.007 N·m

由于連鑄坯由0加速到2 m/s，所以除連鑄坯穩定運行時的靜力矩外，還要考慮輥子和連鑄坯的動力矩Md[1]。

(2)

Md——輥道穩定運行時的動力矩，單位N·m。

D——輥子直徑，350 mm。

μ1——輥子在連鑄坯打滑時的摩擦系數，對于熱連鑄坯為0.3。

C——由一臺電機所驅動的輥子數目，單獨傳動取1。

Md=6 534 N·m

所以輥道在啟動時所需的力矩為：

M=Mj+Md

(3)

M=6 883 N·m

當連鑄坯在輥道遇到阻止物時而停止時，驅動輥道的靜力矩達到最大值。例如，連鑄坯在移動時碰撞到了輥道側面導板，或受到前面連鑄坯或擋板的阻礙，連鑄坯停止移動，而輥子還在繼續轉動，輥子與連鑄坯間產生了打滑現象。此時，輥子與連鑄坯間的滾動摩擦變成了滑動摩擦，其靜力矩為最大。此最大靜力矩Mmax也稱為打滑力矩Mdh。

(4)

μ——輥子在連鑄坯打滑時的摩擦系數，對于熱連鑄坯為0.3。

D——輥子直徑，350 mm。

Mdh=6 382 N·m

M>Mdh

在輥道啟動時，為了保證連鑄坯能在輥道上移動，所選擇的電動機啟動轉矩M應滿足以下條件：

(5)

Mmax——電機最大轉矩。

i——減速比。

η——傳動效率對單獨傳動輥道0.96～0.98，在此取0.96。

Mmax=K·Me

Me——電機的額定轉矩，單位N·m。

K——電機最大過載倍數，不變頻小于2.5。

電機初選YGP250M2-4， 37 kW，轉速1 480 r/min，輥道轉速n=109.19 r/min，i=13.554，Me=240 N·m。

(6)

K=2.03<2.5。

初選電機型號滿足在最惡劣負載計算條件的輥道打滑力矩要求和起動時的負載力矩要求，所以初選電機型號YGP250M2-4通過負載計算后是合適的。

3　輥道電機功率校核

熱送輥道電機的功率主要以轉矩和速度的方式體現在輸送連鑄坯上，電機工作在基頻50 Hz，可以認為轉矩始終近似地與電流成正比，因此等效轉矩法能夠適用。所以把輥道輥身上的負載轉矩折合到電機軸上，再分別計算出這些折合到電機軸上的負載轉矩的持續時間，根據后面的公式(19)就可以得出電機軸上的等效轉矩，如等效轉矩小于電機額定轉矩，則初選電機功率通過等效轉矩法校核。

首先計算輥道空轉時，把輥身上的轉矩換算到電機軸上的空轉力矩Mk[3]：

(7)

ηk=0.5η，Mk=0.555 N·m。

同上，運輸連鑄坯時的靜力矩Mj[3]為：

(8)

Mj=23.234 N·m。

同上，打滑力矩Mh為：

(9)

Mh=491.072 N·m。

同上，啟動轉矩Mq為：

(10)

∑GD2=6.853 2 kg·m2折合到電機軸上的飛輪矩Mq=52.6 N·m。

同上，制動力矩Mz為：

(11)

Mz=6.132 N·m。

啟動時間tq為[2]：

(12)

nd——電機轉速，1 480 r/min。

tq=0.92 s。

制動時間tz為[2]：

(13)

tz=0.92 s。

運輸連鑄坯之實際速度VH=2 m/s。

啟動行程Sq為：

(14)

Sq=0.92 m。

制動行程Sz為：

(15)

Sz=0.92 m。

等速行程SH為：

SH=H-(Sq+Sz)

(16)

H——全行程430 m。

SH=428.16 m。

等速運行時間tH為：

(17)

tH=214.08 s。

全行程時間t為：

t=tq+tz+tH

(18)

t=215.92 s。

如果電機實際負載持續時間>60%(實際運行時小于60%)和沒有強迫通風時，則必須用長期不均勻負荷的方法計算均方根力矩[2]：

(19)

t0——間歇時間，假定為60 s。

Mju=17.058 N·m。

Mju

所以輥道電機功率校核通過。

4　結　　論

從以上計算可以看到，熱送輥道電機在電機工作在基頻50Hz條件工作時，用最惡劣的負載條件進行計算，輥道電機通過了打滑力矩要求和起動時的負載力矩要求；而且能夠保證起動、制動的時間又不會由于起動、制動而引起輥道電機過熱，電機功率通過等效轉矩法校核，選型電機完全滿足設計要求。本次設計對輥道間距這個計算參數進行了優化取值，雖然加大了單個輥道的負荷，但在客觀上減少了熱送輥道的輥子數量和相應的減速電機數量(單獨傳動)，使得該熱送輥道項目從整體的機械加工、土建基礎、電氣元件上的投資都相應減少，降低了成本，從而使經濟效益有一定的提高。

[1]鄒家祥.軋鋼機械[M].北京:冶金工業出版社,2006.

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[7]邊建學,楊彬,張杰哲,等.長壽命連鑄機鑄坯熱送輥道的研制[C]// 中國機械制造工藝協會,廈工機械股份有限公司,《金屬加工》雜志社,等.2009全國機電企業工藝年會<廈工杯>工藝征文論文集,廈門：2009.

[8]朱曉瓊.軋鋼車間輥道設計的研究與應用[J].機械,2010，37(8)：56-58.

(責任編輯：朱寶昌)

Calculation and Proofreading of Feed Roller Motor Power of 1 780 mm Stainless Steel Hot Continuous Casting Billet

LI Haibo

(BERIS Engineering And Research (Qinhuangdao)Corporation，Qinhuangdao Hebei,066004,China)

The loading parameters of 1 780 mm stainless steel hot continuous casting billet were analyzed in details. The power of feed roller motor was calculated and examined.

hot feed roller; motor power; roller spacing; calculation

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.01.010

2015-12-14

TG333.17

A

1672-7983(2016)01-0057-05

李海波(1972-),男，碩士，工程師。主要研究方向：機械設計與制造工藝。