EAF爐輔助電纜車輛電纜接入系統存在問題及改造設計

(馬鋼特鋼公司，安徽馬鞍山24300）

1 概述

某鋼鐵公司高速車輪用鋼生產線技術改造工程新建1座120 t EAF電爐，2座雙工位120 t LF精煉爐，1座單工位120 t LF 精煉爐。年處理的鋼水量為110 萬t，其中80%提供給圓坯連鑄，20%提供給模鑄及鑄件。EAF 輔助車輛包括渣罐車、兌鐵水溜槽車、料籃車等車輛，車輛動力均來源于電機，動力電纜和信號電纜通過電纜車輛側面一個簡易的孔插入到車體內部，連接到電機上，統稱為電纜車輛。在生產中，電纜車輛需要有序、高效地完成加料、出渣、兌鐵水、出鋼等各項工作，配合電爐完成生產任務。

2 存在問題

在實際生產中電纜車電纜損毀的一部分原因：鋼包車、兌鐵水溜槽車中的鋼液、鐵水滴濺，廢鋼料籃車中的廢鋼掉落。電纜在靠近電纜車輛周圍3 m距離內存在被損毀的危險，此距離被定義為“不可靠距離”。電纜損毀的另一部分原因：電纜車的往復移動相當于對靠近地面車輛部位的電纜做“彎折”運動，造成的電纜根部的斷裂。

一些電纜車輛電纜不止一種，一般分為強電電纜（如：動力電纜）和弱電電纜（如：稱重信號電纜），強電電纜和弱電電纜在一起會造成電信號干擾。

另外一些電纜車輛除了多件電纜，還包括多件氬氣軟管。由于電纜和氬氣軟管所在的卷筒位置不同，造成對電纜或者氬氣軟管的扭拉。

由于電纜車輛電纜接入裝置結構設計缺陷，經常出現電纜被意外損壞的情況，缺陷導致電纜消耗大，詳見表1。

3 原因分析

（1）對于料籃車電纜接入系統結構設計過于簡單（如圖1所示），單純槽口朝向正上方的，槽口上方對電纜無有效的防護；連接槽口的鋼結構過于簡單，僅通過一件槽鋼焊接在車體側面，若有重型廢鋼掉落砸壞或者砸變形，不易恢復。

表1 電纜車輛電纜消耗費用統計

圖1 料籃車電纜接入系統結構圖

圖2 渣罐車電纜接入系統圖

圖3 渣罐車電纜接入系統結構圖

（2）對于渣罐車、鋼包車也存在（1）所述的電纜接入系統暴露在外面，上方無有效防護的問題（以渣罐車為例），該系統（如圖3所示）由鋼板簡單焊接而成，電纜槽口向上，容易被重型廢鋼掉落砸壞或者砸變形，且不易恢復。結構設計過于簡單，缺少對不同電纜線進行區分和減少電纜運動過程中的疲勞損傷的設計。

4 改造具體要求

（1）防止電纜因外界損傷和疲勞而斷裂。

（2）保障不同類別的電纜（如強電、弱電電纜）和介質軟管（如鋼包底吹氬氣）分開。

（3）保障電纜車輛正常運行不影響生產工作，節約地面車輛維修費用。

5 改造方案

5.1 單電纜接入

對于渣罐車這類單電纜接入的地面車輛設計單電纜防折斷電纜接入系統如圖4所示。

圖4 單電纜防折斷電纜接入三視圖

（1）對于外界損傷利用如下方案來解決：

首先根據電纜總質量與電纜橫截面積以及預估電纜防折斷裝置本體質量，選擇軸承；再根據軸承設計空心軸、電纜鋼管、圓筒及空心軸等相關部件。電纜經過穿電纜鋼管、圓筒及空心軸內部穿過，相當于在在電纜接入地面車輛位置給電纜做一層“金屬防護”。

（2）對于疲勞斷裂用如下方案來解決：

在軸上加裝軸承，軸承上面加裝軸承座，軸承座上面焊接支撐板，支撐板上面焊接圓筒，這樣圓筒內會保證有較大空間，多放入一定長度的電纜；

圖4（b）中電纜壓緊固定螺栓旋入產生的力會擠壓固定板，固定板將電纜固定在穿電纜鋼管內，在擺動過程中，圓筒內多余的電纜并不是沒有用處的，由于軸的內孔大于電纜的直徑，這部分電纜可以在定修時作為測量用，即定時打開防塵蓋測量內部電纜長度來判斷螺栓是不是松動，保證內部電纜不至于被拉斷；

除了原電纜表面含有一層耐磨材料外，軸本體內徑所有和電纜接觸的棱角處均作倒圓角處理，保證與電纜接觸的位置均為平滑表面，此機構中的電纜的運動方式是電纜在軸內部沿著軸內經滑動，而不是像以前電纜在固定端因受頻繁往復彎折動作對電纜造成疲勞損壞。

（3）為使電纜在“不可靠距離”內受到有效保護，我們可以根據現場實際情況通過調整所設計的軸和穿電纜鋼管的長度來解決。

（4）現場使用的電纜大部分截面為圓形，但也存在截面為其他形狀的電纜，如扁電纜，鑒于固定電纜方面的考慮，即防止電纜在軸內部沿著軸向竄動，為適應不同截面形狀電纜的需求，可以在軸內部加裝電纜固定框架來解決。此處以扁電纜為例：在軸內部安裝固定框架（如圖5，6 所示），框架周圍填充物為耐高溫材料。

圖5 扁電纜在軸內安裝固定框架圖

圖6 固定框架三視圖

（5）對于穿電纜線管其內部均設計成電纜形狀：如果電纜截面為圓形，則固定板按半圓設計，穿電纜線管按圓形設計；如果電纜為扁電纜，則固定板可用扁鋼代替，穿電纜線管用鋼板焊接成扁電纜形狀。

（6）考慮到有時機構中靠近線管部分如果受到不可抗拒因素損壞無法修復時候，就需要將整件機構割除更換，這樣會花費較多時間和浪費部分材料，所以將靠近外側電纜線管以法蘭形式連接（如圖7 所示），法蘭之間用密封件密封，這樣即使外部線管損壞，只要在法蘭處將外部線管部分更換即可，省去了再次向車體上焊接的環節，進而節省了時間和部分材料。

圖7 與車體連接方式

（7）防折斷電纜接入系統自身重力及電纜的重力和拉力最終會作用在軸上，對軸產生的主要是扭矩和彎矩，故選擇強度較高的材料如40Cr；通過設計安裝油杯可以對軸承進行加油，延長軸承使用壽命。

（8）在軸與軸承座、端蓋之間加裝氈圈油封進行密封，圓筒外面安裝防塵板防止濺出的高溫液體流進圓筒內燒壞電纜，同時在環境比較惡劣時起到防灰的作用。

5.2 多線電纜接入

對于廢鋼料籃車、鋼包車這類含有兩根以上的接入裝置比如動力電纜、稱重電纜、氬氣軟管等，這樣對應地面車輛的卷筒數量也在兩件以上，比如鋼包車包括氬氣卷筒、電纜卷筒。這種地面車輛設計安裝多電纜接入裝置（如圖8，9所示）。

圖8 多線電纜車輛電纜接入系統主視圖

圖9 多線電纜防折斷電纜接入系統左視圖

（1）多件電纜線管設計可以將電纜分開而不至于都捆綁在一起，電纜線管數目可以根據電纜數量設計，總數目不少于兩件，當然還可以更多;另外在空心軸內部的弱電電纜做屏蔽處理。

（2）線管之間連接采用套筒連接方式，線管一套在線管二上，安裝帶有滾珠的圓形滑軌，或者設計安裝軸承，由線管定位環定位，中間加裝密封圈；這樣卷筒二與卷筒定位環組成圓軌道，實現線管一與線管二之間的相對滑動。

（3）使用過程中（如圖10所示）可以保證電纜與對應的卷筒，不同的電纜之間運行相互獨立。

圖10 運行使用效果圖

5.3 裝置裝配使用

首先將電纜從軸穿入，經圓筒、穿電纜鋼管穿出，然后安裝防塵板、旋緊電纜壓緊固定螺栓，最后與電纜車體連接。在運動過程中，由于地面電纜車通常在平面上沿著鋼軌做直線往復運動，在整個過程中電纜防折斷機構轉動部分包括軸承座、透蓋、支撐板、圓筒、穿電纜鋼管等，該部分均繞著軸做轉動，其擺動的角度小于180°。電纜在軸內部沿著軸內徑周向滑動，避免了電纜在地面車輛運行過程中往復“彎折”的工作狀態，進而不會出現電纜根部斷裂的情況；系統整體更換時，只要更換法蘭處以外部分，節省了時間和部分材料。

6 改造效果

從生產過程中的實際使用效果來看，使用此種系統后，故障率降低了98%，完全滿足生產要求。

改造后的一年時間，僅預防性更換了40 m 單價363 元∕m 的電纜，經計算每年可為公司至少節約：

1197160-363×40＝1177240 元

120 t EAF 爐地面車輛電纜接入系統選擇電纜防折斷接入系統設計，能較好解決生產過程中電纜因外界損傷和疲勞斷裂、維修費用高等問題，提高電纜車輛可靠性，對保證公司120 t EAF爐生產順行起到積極作用。