棒线材车间热送热装设备的优化设计

棒、线材车间热送热装设备的优化设计

摘要：连铸坯热送热装技术成为棒、线材生产线节能减排的重要措施。原有的部分上料设备，是按加热炉冷装设计的，无法完全满足热送工艺要求。还有一些设备结构和功能上存在着若干不足。本文针对设备使用过程中出现的问题，进行了优化设计，使其能够很好的满足生产工艺需要。 关键词：热送热装 上料 优化设计

1 前言

连铸坯热送热装是20世纪70年代发展的一种技术。该工艺是把连铸机生产出的热铸坯割成定尺

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后，在高温状态下，直接进入加热炉加热后轧制的一种生产工艺。该技术1985年传入我国，武钢首

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先将该项技术用于生产。近年来，随着连铸技术的迅速发展，该技术在各钢厂得到了广泛应用。对于中小型生产线，如棒、线材生产线，热送热装技术成为生产线节能减排、降低运输成本的重要措施。棒、线材加热炉采用热送热装工艺，可有效地减少钢坯表面的氧化层深度，降低燃料消耗，显

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著提高加热炉的产量和加热质量，减少连铸坯的烧损，节省了成本。

棒、线材车间的部分上料设备，是按加热炉冷装设计的，在冷坯上料时可以满足使用要求。但采用热送热装技术后，由于钢坯的温度达到600～700℃，在输送过程中直接将热量传导给设备或对设备产生热辐射，使设备受热变形，运行不稳定，事故率高，影响了此工艺的普及和推广。而还有一些上料设备，结构和功能上存在着若干不足，也需要进行改造。因此，有必要对棒、线材车间的上料设备进行优化设计，使之满足热送热装及生产工艺要求。

2 上料工艺流程

随着技术的进步，考虑到钢种及现场实际情况，棒、线材车间多采用以热送热装为主，冷装为辅的进料方式，冷坯和热坯生产的工艺流程如图1所示。当采用冷坯生产时，天车将坯料从料架上取出，放于上料台架上。上料台架逐根将坯料送到入炉辊道上。钢坯在辊道上经称重和测长后，将弯曲过大、超长或超短的坯料使用剔除装置剔出。合格钢坯由辊道送入加热炉内加热。

连铸坯步进冷床平车 天车钢坯跨 天车冷坯上料台架热送辊道热送移钢台架分钢机构提升机不合格入炉辊道 合格加热炉暂存剔除装置

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图1 棒、线材车间上料工艺流程

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当采用热坯生产时，连铸车间下料装置将连铸坯拨至热送辊道上。坯料经热送辊道送至移钢台架，台架将坯料运至分钢装置处。由分钢装置将钢坯分开，逐根将坯料拨至提升机下方，提升机将单根坯料提升至平台上的入炉辊道上。经测长、称重后送至加热炉内加热。

3 热送热装设备改进

3.1 热送移钢台架

移钢台架用来解决热送线和轧制线的节奏偏差，是热送工艺不可缺少的设备。原有的移钢装置多采用链条拨爪结构。移钢装置由电机驱动，将钢坯从热送辊道上输送至分钢装置处，然后拨爪返回继续输送下一根坯料。当钢坯输送的距离较长时，拨爪返回占用时间长、节奏慢，无法满足生产要求。同时由于电机布置于分钢机构前，当热坯停留在分钢机构上时，电机受到热坯的辐射热作用，电机及电气元件易损坏。

改进后的移钢台架结构如图2所示。移钢台架采用液压缸驱动小车在轨道上行走推动钢坯。小车上均匀的布置着不倒翁推头。所有推头能同时往前移送钢坯一步距，再退回一步距推下一钢坯向前移送，经过多个步距将钢坯准确送至分钢机构的滑槽中。

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图2 移钢台架和分钢机构示意图

(1)热送辊道（2）移钢台架（3）台架推头（4）分钢机构 （5）分钢机构摆杆头（6）分钢机构主轴（7）提升机

新移钢台架的优点是：（a）节奏快，正常生产时只需一个步距即可完成钢坯的输送；（b）液压缸布置于热送辊道后侧，且位于热送辊道下方，远离热坯，避免液压元件及密封件受热。液压缸密封件选用耐高温氟橡胶，延长了工作寿命；（c）设备重量较链式移钢机减轻了1/3，降低了制造成本；（d）推头及小车行走车轮均采用耐高温自润滑轴承。由于热坯直接将热量传导给推头和车轮，使轴承的工作温度升高，润滑脂在此高温环境下极易变干挥发，无法起到润滑作用。采用耐高温自润滑轴承在高温下无须添加润滑脂，轴承的密封较好，保证其良好的工作性能。

3.2 分钢机构

分钢机构采用液压驱动，作用是把移钢台架输送来的钢坯暂存于滑槽中，然后将其一支一支地拨至提升机下方，等待提升机提升。

原分钢装置结构如图3所示。其摆杆为扇形结构，扇形的上表面为拨钢的工作面。当摆杆拨动滑槽最下方的那根钢坯时，其余钢坯沿着滑槽滑下，压在摆杆的圆弧面上。此时摆杆的受力如图4

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所示。摆杆运动时既要克服自身的重力G；也要克服滑槽上钢坯与其的摩擦力f1及钢坯对其的压力N，合力为F1；还要克服拨动的钢坯对其的摩擦力和压力，合力为F2。根据有固定转动轴的物体的平衡条件，可得：

FL?F1L1?F2L2?GL3 （1）

其中F为液压缸拉力，L、L1、L2、L3分别为拉力F、阻力F1、阻力F2、阻力G的力臂。根据公式(1)可知，当摆杆重力G较大、所受阻力F1、F2较大时，液压缸的拉力F及缸径也随之加大。而在摆杆拨钢及收回时，弧形面与滑槽上的钢坯的下表面之间一直存在摩擦。由于此时钢坯温度高，表面较软，易在钢坯表面形成划痕，降低钢坯的表面质量，摆杆的圆弧面也易磨损。

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图3 旧分钢装置示意图 图4 摆杆受力示意图

（1） 扇形摆杆收回位（2）扇形摆杆拨钢位

改进后的分钢装置如图2所示。此结构的特点：（a）摆杆改由摆杆臂和摆杆头组成，取消大扇形摆杆，减小摆杆与热坯的接触面积，使其热变形量减少；（b）摆杆头采用不倒翁形式，当摆杆收回碰到滑槽上的钢坯后，摆杆头自动向后倒下直至过了钢坯，在重力的作用下摆杆头又重新立起。采用此结构避免了摆杆运动时与热坯间的摩擦，提高了钢坯的表面质量；（c）摆杆本身的重力G减小，运动时只克服拨动钢坯对其的作用力F2，根据公式(1)可知，液压缸受力及缸径可大为减小；（d）液压缸位置降低，与热坯间的距离加大，减少密封件所受的热辐射；（e）主传动轴改用空心轴，原分钢装置采用的是实心轴。衡量不同截面的刚性度可用抗弯截面模数表示，实心圆与空心圆的抗弯

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截面模数可由下式计算得出：

实心圆 W=

?33d1?0.0982d1 （2） 32?(D4?d4)D4?d4?0.0982 空心圆 W? （3）

32DD式中，d1代表实心圆的直径，D、d分别表示空心圆的外、内径。通过公式(2)(3)可以计算出改进后

分钢装置与原有分钢装置的主轴刚度对比，如表1所示。从表中可以看出，与实心轴相比，新分钢装置的主轴刚性得到了提高，且质量减轻了约17%。

表1 新旧分钢装置主轴性能对比

旧分钢装置 新分钢装置 主轴直径/mm φ190 φ219/φ135 总长度/m 12 12 主轴抗弯截面模数 6.7x105 8.8x105 主轴重量/kg 2670 2200

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3.3 接料装置

对于冷装车间，坯料从上料台架到入炉辊道一般采用以下方式：采用液压驱动的卸料机械手，做往复“回”字轨迹运动，将坯料从上料台架上轻拿轻放至辊道上，避免了坯料从台架滑下时对辊道的冲击。但对于采用热送热装工艺的车间，上料台架和提升机面对面布置，原有的机械手无法满足既能从台架上卸料，又能从提升机上卸料的要求。

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图4 气动接料装置示意图

（1） 上料台架（2）提升机（3）气动接料装置（4）接料装置接料臂

基于此种情况，设计了气动缓冲接料装置，将其设于提升机和上料台架中间。其结构如图4所示，由气缸通过主轴驱动接料臂。该装置可承接从提升机或上料台架上滑下的钢坯，工作原理为：接料臂平时处于高位，顶面略高于上料辊道辊面。当钢坯从提升机或上料台架滑下后，先由接料臂承接，利用气体的可压缩性，对钢坯的冲击起到一定缓冲作用。然后延时适当时间后，气缸驱动接料臂下降，将钢坯轻放到上料辊道上。辊道起动向前输送钢坯后，气缸驱动接料臂升至高位，完成一个工作循环。该装置避免了坯料滑下时砸伤辊道，对热坯和冷坯上料均能起到缓冲作用。

3.4 上料辊道

上料辊道位于上料台架和提升机之间，用于承接台架及提升机送来的冷坯或热坯，并将其输送至下一段辊道。由于空间受限，辊道电机只能布置于上料台架下方。在采用热坯上料的过程中，如遇到事故造成停产时，上料台架须作为热坯的缓存台架。此时辊道电机位于热坯正下方，受到热坯的辐射热作用，易引起电机损坏或故障。

改进后的上料辊道结构如图5所示，将辊道和电机由联轴器传动改为链轮链条传动。电机下移，加大电机至台架上热坯间的距离。电机处增设装有耐热陶瓷纤维的保温罩，有效隔离了电机所受的热辐射，延长了电机寿命。同时为降低辊子轴承的工作温度，轴承座通水冷却。

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图5 上料辊道示意图

（1）上料台架（2）气动接料臂（3）上料辊道

4 结论

通过对热送热装设备进行优化设计，解决了设备在实际应用中出现的问题，降低了上料系统的

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