側進側出加熱爐出鋼卡阻原因和斷軸分析及改造

朱清行

（邢臺鋼鐵有限責任公司，河北 邢臺 054602）

在冶金行業生產中，加熱爐用于軋鋼工序將原料鋼坯加熱至一定溫度，實現軋制時按照工藝要求內部組織進行變化，達到產品質量的性能。原料鋼坯通過懸臂輥輥道順利進入、移出加熱爐動作關系到整個軋鋼產線的生產效率。

1 加熱爐實施改造前的狀態

1）原料鋼坯在從步進梁移動至出爐懸臂輥道時，出現鋼坯卡在步進梁和懸臂輥道之間，無法順利運送出加熱爐情況，偶爾還會出現步進梁端部耐磨塊掉落問題。造成整條產線生產作業率降低，直接影響了產量的發揮和訂單的交付。根據卡鋼發生頻率統計，2019年卡鋼頻率達到了30%，卡鋼時出鋼時間為2 min/根，正常出鋼時間為0.16 s/根。卡鋼時每根出鋼時間延長了119.84 s。按照年產54萬t計算，年影響產量5.4萬t。

2）在實際生產過程中懸臂輥道出現輥軸斷裂，導致無法繼續生產，影響整體產能的發揮，同時由于懸臂輥道使用壽命沒有達到設計壽命，輥軸斷裂而下機更換，造成了設備維護費用的浪費。加熱爐懸臂輥道裝機量20根，正常使用壽命1.5年時間，斷軸比例占30%，斷軸壽命只達到正常壽命的50%，每根懸臂輥3萬元計算，年費用浪費18萬元。

2 加熱爐出鋼卡阻及斷軸的原因分析

2.1 改造前加熱爐卡鋼原因分析

加熱爐步進梁由4根動梁和5根靜梁間隔布置構成，通過靜梁的步進運動實現鋼坯按照設定距離向前移動，同時在動梁和靜梁上固定有耐高溫材質的耐磨塊，避免鋼坯與水梁接觸導致水梁損壞漏水。懸臂輥輥道分別布置與步進梁的兩端，分入爐輥道和出爐輥道，鋼坯通過步進梁的步進運動將已經到達出爐側定梁端部的鋼坯移動到懸臂輥道上，再由懸臂輥輥道旋轉實現將鋼坯運送出加熱爐，然后由軋機進行軋制。

經過查詢步進梁的步距155 mm，當鋼坯從步進梁端部移動至輥子上時，會有約70 mm部分懸空至輥外部，在輥子旋轉時，有可能會掉落卡到步進梁和輥子之間，造成卡鋼，從而影響鋼坯的正常出爐。因此如何縮小輥道與步進梁之間的距離或增加步距是解決卡鋼問題的關鍵，但是鋼坯尺寸為155 mm2，如果改變步距，將會造成爐內鋼坯之間距離增大，減少裝鋼量，影響整體的生產節奏，同時爐底、框架、液壓缸驅動等機械件的尺寸會產生干涉，改造難度較大。因此縮小輥道與步進梁之間間距是解決此問題的可行方法。

2.2 懸臂輥斷軸原因分析

對懸臂輥結構及承受力進行分析，懸臂輥結構為懸臂結構，在承受向下的4 t鋼坯質量和自身質量的同時，還要負責傳遞轉矩給輥子來輸送鋼坯，因此懸臂輥承受了旋轉扭矩和彎矩。

懸臂輥斷裂位置輥軸直徑140 mm，斷裂位置距離輥頭承載鋼坯位置1 280 mm，輥軸為空心水冷輥軸。利用如下受力公式對輥軸強度進行校核：

實心圓軸

空心圓軸

式中：σ為軸計算截面上的工作應力，MPa；d為軸的直徑，mm；M為軸計算截面上的合成彎矩，N·mm；T為軸計算截面上的轉矩，N·mm；α為根據轉奕力變化性質而定的校正系數：轉應力對稱循環變化時，α=1；轉應力脈動循環變化時，α=（σ-1）/（σ0）≈0.7；轉應力不變時，α=（σ-1）/（σ+1）≈0.65；V為空心軸內徑d0與外徑d之比，v=d0/d，數值；（σ-1）為許用疲蓮應力（MPa）

經過校核計算，支撐點輥軸直徑d>177.14 mm，才能滿足目前工況強度要求，因此目前輥軸直徑140 mm，明顯強度小于安全強度要求尺寸，所以才會頻繁出現輥軸斷裂問題。需要將輥軸軸承部位直徑加大，重新選擇軸承。

3 改進措施

針對上述原因分析，采取如下措施進行改進：

3.1 卡鋼問題措施

通過上述分析出爐輥道處卡鋼，主要原因為懸臂輥輥頭與步進梁之間距離過大，導致鋼坯上輥后翻落卡阻在輥頭和步進梁之間，形成卡阻。因此對步進梁加長和懸臂輥輥頭加長兩項措施，來縮短其間的距離避免鋼坯翻落后卡阻。

對步進梁結構進行分析，由步進梁和耐磨塊組成，如果對步進梁進行整體加長，難度較大，不容易實現，但是選擇加長耐磨塊相對容易實現。因此設計將耐磨塊加長20 mm，改造前后見圖1。

圖1 步進梁改進（mm）

對于懸臂輥輥頭加長設計，直徑不變，只是對輥頭有效輥面尺寸進行加長20 mm，改造前后對比見圖2。

圖2 懸臂輥輥頭改進

改造前后布置情況對比：

改造后步進梁與懸臂輥輥頭之間距離將縮短為40 mm，超過鋼坯截面的60%在輥道上，可以有效避免鋼坯翻落導致的卡鋼問題。

3.2 懸臂輥輥軸斷裂問題措施

根據上述校核數據，支撐點輥軸直徑d>177.14 mm時，可以滿足現場使用要求，承載4 t鋼坯的質量及運輸帶來的沖擊力。因此參照現有輥道輥子使用軸承情況，選擇24038軸承，即可以滿足懸臂輥軸支撐點受力，也可以實現備件的統一。選擇此軸承改造后，支撐點輥軸直徑為Φ190.00 mm，大于177.14 mm；軸承型號與二開坯輥道軸承相同，便于備件管理和備件統一。

4 效果分析

通過上述改進措施的實施，解決了五線加熱爐輥道卡鋼和輥軸斷裂問題，自2020年3月初改造至今1年時間沒有出現卡鋼及輥軸斷裂問題，徹底解決了加熱爐卡鋼和輥軸斷裂故障。提高了軋鋼產線的生產效率，延長了備件的使用壽命（見圖3和圖4）。

圖3 改造后卡鋼情況統計

圖4 斷軸下機與正常下機對比