側(cè)出推鋼式加熱爐出爐輥道的改進(jìn)與優(yōu)化

劉 超

（攀枝花金屬制品有限公司，四川 攀枝花 617000）

攀鋼集團(tuán)金屬制品有限公司側(cè)出推鋼式加熱爐，出爐輥道因其工作環(huán)境為高溫、高濕、高沖擊，且潤(rùn)滑條件惡劣，已成為故障頻發(fā)點(diǎn)，由于爐口環(huán)境溫度過(guò)高，導(dǎo)致故障處理時(shí)間偏長(zhǎng)，降低出爐輥道故障頻次已成為公司重點(diǎn)工作。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

結(jié)構(gòu)組成：出爐輥道的具體布置如圖1 所示，由出爐自由輥及9 組傳動(dòng)輥組成（其余4 組圖中未畫(huà)出），每?jī)山M輥?zhàn)由戏接休伒郎w板導(dǎo)向，鋼坯經(jīng)出鋼機(jī)全行程推出后到達(dá)5-6#傳動(dòng)輥?zhàn)娱g。

圖1 出爐輥道結(jié)構(gòu)組成

工作原理：端進(jìn)側(cè)出式加熱爐，在出料端采用出鋼機(jī)側(cè)部推出方式。推鋼桿以3m/s 的速度撞上鋼坯，將鋼坯推出至出爐輥道處，隨后出爐輥道將鋼坯運(yùn)送至軋線。

2 存在的故障及原因分析

（1）前段輥?zhàn)虞S承損壞嚴(yán)重。出爐時(shí)鋼坯以3m/s 的速度推出，由于鋼坯在1000℃以上高溫加熱后，存在變形及因自重而導(dǎo)致的向下彎曲，出鋼時(shí)鋼坯逐一對(duì)自由輥及前段5 根傳動(dòng)輥進(jìn)行撞擊，由于撞擊頻繁且沖擊過(guò)大，導(dǎo)致前段5 根傳動(dòng)輥在潤(rùn)滑良好的情況下，軸承、減速機(jī)依然頻繁損壞[1]。

（2）標(biāo)高難調(diào)整。因爐內(nèi)滑道標(biāo)高與出口輥道標(biāo)高設(shè)計(jì)一致，且建廠安裝時(shí)軸承座底部未留余量調(diào)節(jié)。出鋼輥道輥?zhàn)虞S承損壞后，新輥?zhàn)由暇€后標(biāo)高明顯超出在線輥?zhàn)蛹盃t內(nèi)滑道，只能通過(guò)墊高其余輥?zhàn)虞S承座、減速機(jī)來(lái)減少撞擊，導(dǎo)致標(biāo)高較難調(diào)整。且調(diào)高其余輥?zhàn)訕?biāo)高后，因爐內(nèi)滑道磨損且難處理，其余輥?zhàn)幼矒粢廊淮嬖凇Ｇ移綍r(shí)處理故障較匆忙，基本都是只更換一根輥?zhàn)樱溆噍佔(zhàn)訕?biāo)高待檢修或換規(guī)格處理，導(dǎo)致新輥?zhàn)釉诰€期間損壞幾率加大。

（3）更換輥?zhàn)訒r(shí)間較長(zhǎng)。由于在高溫、高濕環(huán)境下，軸承座孔與軸承座上端蓋孔與螺栓焊死在一起，且輥道蓋板變形吊出后再安裝容易與輥道發(fā)生擦掛，銷孔不易對(duì)正，吊裝需更謹(jǐn)慎。諸多因素導(dǎo)致拆裝不便，且工作環(huán)境溫度較高，人員無(wú)法做到快速維護(hù)，更換單根輥?zhàn)訒r(shí)間多長(zhǎng)達(dá)1 小時(shí)。

4 改進(jìn)與優(yōu)化

4.1 改進(jìn)

（1）將自由輥墊高、傳動(dòng)輥墊高。將爐口自由輥墊高，讓鋼坯在撞擊自由輥后，呈現(xiàn)蹺蹺板原理（如圖2 所示），推鋼機(jī)以3m/s 的速度將鋼坯推至5#-6#輥之間，再因紅鋼在推送過(guò)程中產(chǎn)生的自重彎曲與1-5#輥接觸后進(jìn)行輸送。因無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)查詢鋼坯在高溫下受自重的彎曲程度，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)量出鋼坯頭部大約有5mm 的向下彎曲，決定將爐口自由輥墊高5mm，1#傳動(dòng)輥墊高3mm，2-9#傳動(dòng)輥墊高2mm，同時(shí)考慮到此次改進(jìn)對(duì)爐口自由輥的沖擊加大，對(duì)爐口自由輥軸承座采取了加筋板等固定方式。

圖2 輥道標(biāo)高改進(jìn)示意圖

通過(guò)此次改進(jìn)，爐口輥道輥?zhàn)虞S承座底部都有至少2mm 的余量調(diào)節(jié)，便于更換完新輥?zhàn)雍笳{(diào)整其標(biāo)高；自由輥承受了絕大多數(shù)沖擊，鋼坯對(duì)1-5#傳動(dòng)輥的沖擊會(huì)明顯減少，保護(hù)了前段輥?zhàn)樱煌瑫r(shí)鋼坯在自由輥上呈現(xiàn)蹺蹺板狀態(tài)，自由輥前段鋼坯能減少自由輥后段鋼坯在爐內(nèi)的自重，降低了鋼坯與爐內(nèi)的摩擦，間接的降低了推鋼機(jī)的負(fù)荷，對(duì)推鋼機(jī)起到了有效的保護(hù)。

（2）輥?zhàn)釉黾訉?dǎo)向圓環(huán)、優(yōu)化更換流程。圖3 為更換一根傳動(dòng)輥的流程圖。拆卸、固定軸承上端蓋螺栓過(guò)程中，存在螺栓銹蝕、螺孔絲扣損壞等情況；更換輥?zhàn)舆^(guò)程中，需將悶蓋、端蓋等按配合間隙裝入軸承座。諸多因素都會(huì)耽誤故障處理時(shí)間。

圖3 更換傳動(dòng)輥流程

通過(guò)對(duì)流程的分析，決定通過(guò)改進(jìn)取消吊裝蓋板流程、并將更換輥?zhàn)拥牧鞒谈脑诰€下裝配。方式如下：

（1）因輥道蓋板起導(dǎo)向作用，通過(guò)制作與輥徑一致的帶坡口弧度的導(dǎo)向圓環(huán)焊接在輥?zhàn)觾蓚?cè)，代替輥道蓋板導(dǎo)向功能（圖4為改進(jìn)前后示意圖）。

圖4 改善前 改善后

（2）取消在線裝配輥?zhàn)迎h(huán)節(jié)，將輥?zhàn)优c兩側(cè)軸承座線下裝配好后成套更換。

圖5 為優(yōu)化后的更換流程，取消了吊裝輥道蓋板、減少在線安裝輥?zhàn)拥沫h(huán)節(jié)。將輥?zhàn)痈鼡Q時(shí)間從原先的1 小時(shí)壓縮至20 分鐘左右。

圖5 優(yōu)化后輥?zhàn)痈鼡Q流程

4.2 改進(jìn)現(xiàn)象

（1）對(duì)出爐自由輥的改造。1-5#傳動(dòng)輥沖擊肉眼可見(jiàn)的減少，但在一個(gè)規(guī)格軋制期間，自由輥的撞擊振動(dòng)明顯變大，軸承座上端蓋被撞翻多達(dá)5 次、軸承座底座螺栓絲口損壞松動(dòng)，補(bǔ)焊多次，但因自由輥卡在導(dǎo)向蓋板之間未掉出軸承座，未影響生產(chǎn)。軋制后期，自由輥傳動(dòng)側(cè)軸承損壞，輥?zhàn)诱w傾斜下陷，對(duì)1-5#輥的沖擊略微增加，但未損壞[2-4]。

（2）對(duì)傳動(dòng)輥的改造。因爐口導(dǎo)向裝置出口較窄，傳動(dòng)輥兩側(cè)擋板只是偶爾對(duì)傾斜鋼坯起到糾偏作用，未發(fā)生鋼坯撞擊輥?zhàn)舆吘壡闆r，完美的替代了輥道蓋板。

4.3 優(yōu)化

通過(guò)對(duì)出爐自由輥的改造得知，只要解決了出爐自由輥的傾翻問(wèn)題，將對(duì)1-5#傳動(dòng)輥起到良好的保護(hù)作用。因此對(duì)出爐自由輥進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分析，出爐自由輥數(shù)據(jù)如下：

表1 出爐自由輥數(shù)據(jù)

（輥?zhàn)庸逃修D(zhuǎn)動(dòng)慣量 1I 是剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性（回轉(zhuǎn)物體保持其勻速圓周運(yùn)動(dòng)或靜止的特性）的量度）

反推算在2t 鋼坯的撞擊下，0.10 秒內(nèi)達(dá)到1600r/min 時(shí)最高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I，質(zhì)量為m，半徑為r，力矩大小為M，角加速度大小為β

由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 21 II ＞ ，即輥?zhàn)釉?t 鋼坯的撞擊下（在自由輥蓋板、底座螺栓達(dá)到應(yīng)力等級(jí)要求的情況下），該φ300mm 自由輥無(wú)法瞬間達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)速，即無(wú)法承接傳動(dòng)作用，撞擊無(wú)法被旋轉(zhuǎn)傳遞，是導(dǎo)致頻繁被撞翻的一大原因，因此選取能承受大撞擊、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)較小的輥?zhàn)映蔀楦纳拼斯收系年P(guān)鍵。對(duì)此，選取了庫(kù)房重量相接近、直徑接近但相對(duì)較小的自由輥進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)算，該自由輥相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

表2 替代自由輥數(shù)據(jù)

通過(guò)計(jì)算φ254mm 自由輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量得知：

反推算在2t 鋼坯的撞擊下，0.10 秒內(nèi)達(dá)到2400r/min 時(shí)最高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I，質(zhì)量為m，半徑為r，力矩大小為M，角加速度大小為β

此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 21 II ＜ ，即輥?zhàn)釉?t鋼坯的撞擊下（在自由輥蓋板、底座螺栓達(dá)到應(yīng)力等級(jí)要求的情況下），該φ254mm自由輥瞬間可以達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)速，即可以承接傳動(dòng)作用。因此，我們對(duì)出爐輥道自由輥進(jìn)行了相關(guān)改造，將φ300mm自由輥替換為φ254mm自由輥。同時(shí)因φ254mm自由輥軸承座采用的是水冷一體式軸承座，與φ300mm自由輥軸承座有上端蓋結(jié)構(gòu)不同，軸承座本體更加結(jié)實(shí)，不再會(huì)發(fā)生上端蓋被撞翻等情況。改造前后示意圖如圖6。

圖6 自由輥改造前 自由輥改造后

4.4 優(yōu)化結(jié)果

自改造以來(lái)半年時(shí)間統(tǒng)計(jì)，自由輥未被撞翻，出口輥道1-5#輥軸承損壞更換1 次、減速機(jī)損壞1 臺(tái)。改造之前半年時(shí)間里1-5#輥軸承損壞更換18 余次、減速機(jī)損壞9 臺(tái)。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)側(cè)出推鋼式加熱爐出爐輥道的改進(jìn)與優(yōu)化，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，取得了良好的效果，不僅使設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行，事故大幅度減少，檢修維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，而且便于設(shè)備的周期性計(jì)劃維修，為加熱爐200 方改造提供了充足經(jīng)驗(yàn)。