步进式炉炉底机械设备：梁与底及其步进机构.pdf

步进式炉炉底机械设备 一 粱与底及其步进机构 杨钳 1 前 步进式加热炉的一次投资和 日常维修费用虽擒比连续式加热炉要高 但它优点明显 首先 在步进妒内坯料可三面加热 或上下加热 钢坯徘度葳均匀 滑道黑 印 较 窄 产 量也较高I其次 坯料在炉内有间隔 不会发生搀锕武婶构拱钢现象 也不会出现粘钢状 况 并可缩短钢坯在高温区内的停留时 间而减小脯碳层掾度J再者 炉子的产量可以和轧 机的需要灵活地进行匹配 炉长不受 限制 并能及时地 改变加热钢坯的品种和规格 以及 例料出空炉内钢坯 还有 炉内钢坯的运行和步进机构的运动都可以进行计算机跟踪和控 制 也可 采用微机 控制 使操作 生产过程 自动化 步进式加热炉 作为一个有前途 有潜力的炉型出现于3 0 年代初 从6 0 年代开始在世界 各国和我国的冶金工厂内迅速地被广泛采用 擒院是国内最早开展步进炉设计的单位 早在1 9 5 8 年我院设计了第一座机械传动的步 进式加热 妒 用于薄板车 间板坯加热 1 9 6 3 年 设计 了机械传 动的小型 车间试验 用 步进武加 热萨 i e e l t s s s 年设计了几座禳压传动的步进底式加热炉 用于薄板车阉 直至目前这几 座液压步进炉仍在生产运行 此外 我院还参加了从日本引进的液压传动单层结构步进静 式加热炉帮西箍引进的钢管再加热炉的旖工服务以及消化武钢1 7 0 0 热连辛 L 步进式炉 宝钢 1 4 0 无缝步进式再姗热炉 7 O 年代我院设计 了数座用于窄带和小型车间的步进式炉 8 0年 代至夸我院又设计了数座用于线材 小型和无缝等车间的步进式炉 我院对新建 技术改造 及国外设备迁建的各种步进式炉及其机械设备的设计都有一定的实践经验 近年又开展与 国外联合设计业务 因而对步进炉有丰富的设计经验 迄夸 我院每年都有步 进 妒 在 设 计 施工和投产 2 步进底式炉的步进底 步进 底式妒是 最早采用的步进 式炉妒型 步进 底分为耐火砖 砌筑 和耐 火混凝土 捣制 两 种 早期多 用轻质 高铝砖 或轻质粘土砖砌 筑 后来 多用矾土 水泥 或磷 酸盐水泥捣制 新设 备 建造 酎多采用混凝土 预制块 维 修时多采 用现场捣制 为 了提高炉子使用 寿命 延长大 修间隔时间 步进底的头部多装有水冷炉头梁 然后再用大块耐火混凝土预制块 砌筑 并 4 2 l 0 鞋瓿 维普资讯 葵合理留膨胀缝 还应将炉温控制不高于1 2 0 0 由砌砖座 也有称做边板的 固定耐火 砖或耐火混凝土预制块 砌砖座多用耐热铸铁 装在顺炉长方向布置的 纵向钢梁上 钢梁 上多带有 水冷 结构 特剐是 高温段 的梁其水冷更不 可少 为了便于运输 步进 底纵向梁 多 分段 制造 每段 长7 8 m 然后 到现场组 装 步进底 的种类很多 现分类叙述如下 2 1按层数分 步进底上部支承砌砖座 下部安装步进运动的轨道 对于砌砖座与轨道安装在同一个 纵向梁上且有进退和升降滚轮装在一个轴上的提升梁 这种步进底称为单层结构 而瑚砖 座 与轨道 分别安 装在 两个不 同的纵 向梁上 上下两纵 向粱间用立柱 焊为一整体 且有进退 与升降滚 轮不在 同一个轴上的提升架 这种步进底称为双层结 构 2 2按刚度分 由于炉 内负荷比步进 底的 自重小很多 负载加上以后纵梁的变形甚微 因此可把痨进 底看作是刚性的 在负荷较大的情况下 步进底纵梁设计成 柔性 的 即在负荷的怍用 下有一定的弹性变形 可以改善滚轮与轨道的接触状况 多用于单层结构的步进底或负荷 较 大的步进炉上 2 8 按连 接方式分 步 进底的 纵向梁有整体 式 分段式 分段 铰接式 滑块 接头 式等几 种 整体式是纵梁 制造成一整体 或制造时分段 在施工安装时采用螺栓连接或焊接成一整体 这时蠢采用 砌砖座在纵梁上浮动 初期建 成的单 双层 结构的步进底多为整体式 由于整休粱铅 垂方 向 上 下温差太 大 或者步进 底上 砌砖 膨胀缝留得不 当 都会使纵向梁变形加大而成为 弓 形 有的弓形弦高 4 0 mm 而且由于焊接产生的内应力经过时效后也会使纵梁变 形 在 水平 方 向上成为 弓形 而 使轨道 与滚轮 的凸 肩相磨 损 造 成啃道 为了减 少上述情 通 常 双层 绪构的步进 底采用分段 式梁 上 部纵梁分段 分段 梁与砌砖座 同时采用浮动结 构 减 少了双层梁的上 下 温差 大大减 轻了 弓形变形 对于单层结 构韵 步进底多 采用分髓铰 接方式或滑块接头方式 每段梁仅支持在提升机构的两点上 它也可以大大减小弓形变形 井可 改善步进机 构运转 中的托轮啃道现象 2 4 按纵 粱在炉内段敢分 一 般多为单段式步进炉 纵梁在全炉长上用一套步进机构完成桨的升降与进退动怍 结 构简单 能够 满足一般 品种的要 求 对于防 止脱碳的 步进炉 其步进底的纵向梁 在炉 内分为两段 两段之 间采用水封 而 步进机构中共用一个进退机构或者共用一个升降机掏 而另一个机构删 分别单独传动 艘 两段炉 底分段控 制 对 于加 热连 铸坯 的步进炉 其步进底有多段 式的 以便一次全部装入一炉连 铸坯 并连 续麓炉 而按 轧制周期节奏 出钢的多段式控制 2 5 按步 进底 个敢分 单底的步进炉 多用于坯 料在2 5 m以下的车 间 传动结构简单 控制 灵活 实践 时 间 最 长 3 维普资讯 i 双底的步进炉多用于加热6 m左右的坯料 传动采用同步机构 两底间炉下空阃 的 道 l风很重要 应予 足够重视 多底式步进炉多用于8 m以上的坯料 由于步 进底 数量多 同步要求更高 对 炉 下环 境温度和通风条伴更应仔细考虑 要合理布置设备帮钢结构 充分利用空间改善 自然通风 豢件 对于设在车间端侧的步进炉 设计中不能单纯追求厂房的外形美 其 工 艺 通 风 和土建都应重视炉子区域 的通 风 以提高机 电和液压 设备的 寿命 通 风问题在我国南方她 l区显稃尤其重要 笔者认为 必要时可加机械通风来改善多底式步进炉下环境状况 2 e 全活劝底式 蠢 称双步进熏式 没有固定底 由两组步进底或步进梁构成 两组传动系统分别控制各自的步进机构 或采用一个 传动 系统分别控制两个步进机构来进行上升 前进 下降 后退的步进动作 周期循环往 复 此种 型式多用于热处理炉 步进底采 用水封 结构 3 步进梁式炉的步进梁 步 进梁 根据粱 的结构 材 质分为水管包扎的水冷梁 耐热钢的金属粱 陶瓷型 的步进 荷 架粱 整 体组 台粱 以及粱 底结合 的结 构 其中常用的为水冷粱 耐热 钢金 属槊 以及 粱底 结合的 步进粱三种 现 分述如下 I 1 水 包扎 的水冷鬃 这种结构的步进炉水管上采用可塑料包扎 也有采用可塑耐火混凝土与高温陶 瓷纤维 双重包扎 为了防止可塑料脱落 在钢管上焊有加强筋 在水管上直接接触钢坯处装有骑 卡蛰 有的采用金属垫 有的采用陶质垫 两种垫对钢坯的黑印影响无大差异 主要是因 为 糕槊澹蔽作用而l影响了钢坯的加热 国外曾做过三角形或方形梁试验 试图改善滤藏 作 用 产 生的黑 印 但 未取得 明显效 果 水冷榘由支承管支撵 支承管穿过炉底后固定在整 体的步进框架上 初期是采用门型支撑管结构 后期为整体通长梁或分段粱来减少中间支 捧 3 2耐 热钢的金属熏或 瓷蟹 的鬃 这种型式的步进炉多用于钢管再加热或热处理炉上 或者为了防止脱硫而带中间隔墙 的两段式加热炉上 或用于加热段需使方坯在炉内翻转的这部分粱上 金属粱或陶瓷型榘 有工字形 箱形 锯齿形 燃料多用天燃气 煤气和轻质油等 金属梁长期处于高温下工 作 对其材质要求热强和蠕变性能 特别是梁的立柱 工作温度变化范围大 从2 0 0 左右直 到1 0 5 0 在选择材质 时也要考虑金属 的热 稳定性 陶瓷 型的榘在 国内尚没有 实践 经验 童 I步进 熏与步进 底掘 结合的鬃 根据不同用造 分为水管包 扎的水冷梁 与步进底相结合 的炉 型和 金属 粱 与步 进 底 相 结合 的炉型 第一 种炉型 在预热段 加热段为水冷梁 用于下加热 均热段为步 进底 以 藏少黑印 有的还增加一段实炉底作为出钢槽 这种结构多用于线材步进炉o 0 金属粱与步进底相结合的炉型 在装料端约占炉长的一半为金属粱 是为了在预热段 4 4 岳 p 斯 一番 酝 瞎 维普资讯 与加热段内翻转钢坯 均热段采用步进底式 多用于要求钢坯温度比较均匀斌者防止脱酸 的钢 种的步进 式加热炉上 此外 步进梁与步进底相结台的方式还有顶梁为金属梁 中间托粱为步进底式 金属 梁用于接触和托送钢板 步进底 用于密封炉 底 并取代固定炉底 底粱为 刚性同步梁 此 种结构多用于垒步进式钢板热处 理炉 上 3 桁架粱 桁架结构分为两种 一种是在炉外 即炉下部分为桁架结构 多用于两段式步进炉的 步进桨上 井 用于韶转方 钢钢坯 的炉型 上 意大利有此种 炉型 另一种是在炉 内采用桁 槊 槊 使 粱各处醛胀一 致 减小应力 集中 跨度为6 7 5 m 炉 内没有支撑点 桁 架梁全 部为 恬动 梁 投有 固定梁 只是把升降与进退动作分别由两部分梁 各自单 独完 成 两组 梁交替 动作 桁架的 端设计成允许砖胀后产生纵向位移的形式 这种炉内桁架式步进炉国外在 1 9 7 1 年 开始试验 但 并未得到推广使用 3 5蔓体组合桑 整体组合粱式步进炉是美国洛弗图斯工程公司1 9 7 3 年至1 9 7 5 年间提出的一种炉型 只 是 一种 专利 目前仍未见使用 它的特 点是 t 1 炉内穿过几根纵向的整体组合梁 梁的步进机构设在粱内 由配置在炉子两端 的液压传动设备分别对梁内的升降和进退机构控制 炉子下面没有传动设备 2 组合 粱为活动粱 固 定梁为矩形 无缝 管的水冷粱 3 炉底没有孔和水封 严密性好 热损失 少 4 对燃 料没有特殊要 求 煤 气 天然 气 轻油 重 油均可 4 步进梁的定心 步进梁的定心装置是为了减少钢坯在炉 内的跑偏 以避免在炉内运动的钢坯碰撞到悄 炉 墙 或者严重 影响装 出钢位置 钢坯跑偏 其躁 因之一是出 于步进 粱中心绒 的运 动平面轨 迹与炉子中心线的铅垂平面成一夹角而造成的 定心装置可使此夹角减到最小 且在步进 架运动中不发生夹角变化 而不是为了防止由于步进梁的变形面造成的滚轮轮肩啃道 因 为步进梁的焊接内应力在长时间的时效以后 或者因步进槊上下部温差而产生的热应力 都 会使步进粱发生变形 这 种变形用小小的定 心装置是无法阻挡的 必须采 用其它 措柏 此 外 由于步进梁轨座安装标高误差太大 造成步进槊运动不平稳及液压系统发生冲击也会 使步进梁在运动中发生颤动而造成钢坯在炉内运动中发生跑偏 对于防止跑偏 定心装置有 明显 作用 定心装置 或方法 分述如下 I 1轮 隙 定心 最初采用的简单定心方法是在步进梁的前 后滚轮上采取减小壤轮与轨道闯的闭藤的 措施来选 到定心作 用 步进梁多为整体式 若 步进 梁发 生弓形变 形就更容 易造成滚 轮轮肩 啃 轨道 而形 成磨 损 i 量 i i 毒 谓i 疆 漫 菩 i 目 i j 薏 I l 蔼 维普资讯 4 2 奄心轮童心 在杠杆托轮升降机构上 在头尾托轮处增加一定心轮 由四连杆机构保持定心轮处于 近I饭水平位置 由轨道与定心轮的间隙来达到定心作用 4 1I轮 擅定心 多用在整体框式的步进梁上 采用杠杆托轮升降的机构中 其托轮为不带轮肩的平轮 而轨道一佣为平轨道 轴向移动不受限制 使步进梁因温差变化而有膨胀的余地 而另 翻为带稽轨道 托轮的轮缘置于轨道槽中 轨道槽与炉子中心线平行安装 因而托轮与轨 邋稽盼闻酸可超到定心作用 4 4囊蜜建心 辊武定心是在炉前 后各设一组由水平辊与铅垂辊或斜辊组成的定心装置 来保持步 粱在矩形运动轨迹上运动的自由度 水平辊与铅垂辊 备有单独的支座 水平辊支座安装 在步进粱上 射垂辊可装在炉子钢结构上或炉底基础上 水平辊长度 大 于步距 铅垂辊长 度大于步进粱总升降高度 由水平辊与铅垂辊的间隙来起到定心作用 4 1轮武童心 F 糟式定心装置需成对安装 装置由定心辖与导轨组成 分别控制开降与避邂 导孰的 长 度由液压缸扦程或机构的行程决定 导轨的安装角度由定心轮的实际运动轨迹决定 由 轮与导轨的橱隙来起到定心作用 4 B 球式 定心 球式定心装置为偶数安装 此装置由定心球与定心板组成 定心扳大于步进檠的运动 轨迹 井依铅垂方向安装在步进梁上 定心球由弹簧压紧在定心板上 并由支座固定安装 在钢结 构或 基础 上 以限制 步进粱运动 中横 向自由度来达 到定心 目的 5 梁与底的密封 为 了防止冷风进入帮减少热羞损失 改善炉底设备的使用环境 对炉底的活动部分与 筒定部分的嚼隙必须加以密封 常用的是水封和托板封两种 5 承封 水封是由注满水的水封槽和擂入水槽水内的水封刀组成的水封结构对炉气形成密封 承封刀与l承封稽之间有相对运动 造成水封槽的水有潮汐式的运动 设计水封槽 时要考虑 越 个因素 根据水封槽的安装方式分述如下 塌定式水封槽是不运动的 安装在炉子锕结构上 步进槊或底上都带有水封刀l艟步进 桨或底一起运动 步进机构负荷小 活动式水封槽是将整个水封槽置于步进梁上 随同步进梁一起作矩形轨照运幼 步进 常 构负荷 I 但步进机构操作空间躺 设备客易布置 易于维修 歼降 式水封稽 的升降机 构为 液压 缸推动齿条 齿轮经 链轮传动 牵 引链使 水封槽 升降 平l时 承封刀运动 水封槽不动 除渣时则使用水封槽升降机构 降下水封槽 便于清渣 e i 鞯 维普资讯 r 一一 一 一 一l 炉底下设备较拥挤 因而操作空间小 不易撞修 5 2拖扳封 拄板 由步进 梁立 柱拖动 在滑槽 内往 复移动 由拖板 的萤力使其压在滑槽 内而选到密 封 这 种结构要 求炉子微正压 操作 和 维修 保养 制度相结合 也能满足密封要求 6 清 渣 钢坯在 炉内加热 不 可避 免地 要在氧化气氛中氧化而形成氧化铁皮 因而 在炉子均热 段 中有不 少氧 化铁皮脱落 到步进炉 水封槽 内或拖板密封处 在步进 炉中清除 氧化铁皮是一 件 很麻烦的事 但为 了保证炉 机械的 正常运行 必 须在3 6 个月中进行一次清渣 在炉 子 筑炉 或步进底 捣制过程 中 施工 中也可能有一 部分 散状筑炉 材料或生产中破碎的砌体掉 入 炉子密封 处 为了祷除 此部分渣 子 除前述升降水彭槽外 还有下述几种方 法 t 1清涪梧 在 水封槽外 锝特 设一 个渣槽 保证氧 化铁皮及其它各类渣子落入渣槽 内 水封外 翎 单 有刮渣板随步进梁一起动作 在步进粱下降位置后退时 把渣槽内的渣子刮到炉尾集渣槽 内 e 2一毫刮 涪板 在 水封 刀上带有 刮渣板 渣槽 与水封槽为一 体 刮渣板 在术封刀上的 间距小于 步进 梁 的步距 由水封刀带动刮渣板刮动水封槽底的渣子到炉尾的集渣槽内或冲渣管 内 由水力 将渣子冲走 0 s折页式刮渣板 刮 渣板 上部为固定式 装在水封刀上 下部为折 页式 用以保证 刮渣 板接 触到水封槽 底部 以将底部的渣子清除 当步进桨运动时 这种结构由于折页式刮渣板刮动水封槽底 都 而嗓音较大 0 拖链式 刮洼 板 刮板上部固定 下部拖着荷重链 由荷重链清除水封槽底部的渣子 因而步进粱运动 时 嗓音也较大 0 5带链式刮誊 进机的 c 封梧 固定式水封槽中有两个深度 深处被有链式刮板输进机 浅处布有水封刀 输送机定 期运转 用刮板将水封槽底部的渣子刮到枣渣槽内清除 此方式能及时将水封槽内渣子清 除掉而保证炉子密封性能 水封刀不易损坏 机械化水平较高 但要求水封榴较宽 深度 较大 链式刮板输送机所占空间较大 7 步进机构的传动方式及轨迹 坯科在步进炉 内一步一步 的前进 或等速前进 这是由步进底 或步进粱托送的 步 进底 或梁所作 的步进 动作是由步进机构产生 的 步进机 构分 全机 械传动 机械液压联合传 动和 村 维普资讯 全液压 传动三种 现分述如 下 7 1 全 机 械 传 动 最早采用的全机械传动步进机构是 由曲柄一播杆机构 完成进退 动作 凸 轮杠杆机 构完 成升降动作 上述两套机掏 由一 台交流 电动机 传动 使 步进底按近似平行 四边形的 轨迹运 动来完成步进动作 适 当改变凸轮安装角度 可 以得到近似矩形 的运 动轨迹 由于 电动机 长期运转 负载大 温 升高 步进机 构不灵活 不能改变步 进周 期 因而很快 被淘汰了 但在7 O 年代设计的全步进式热处理炉上 采用单个直 流电动机无级调速 传动 凸轮播杆机构 的全机械传动方式 国外仍有采 用 7 2改进后 的全机械传动 由于近 似平行四边形的运动轨迹使钢坯容易擦刮炉底 一 台 交流 电动机 传动步进机构 不 灵活 不 能改变步进周期 轨违 等缺 点 全机 械传动需 改进 改进后的 传动方式是把升 降动作与进退动作分为 两套系统 分 别由两台电动机 传动 运动轨进为矩形 升降机构有 斜面式 偏心凸轮 式 曲柄杠杆 式和 链轮杠杆式 进退机构为曲柄摇杆 式和 齿轮齿条式 上述这 些机 构 现在已很 少见 1 9 7 0 年左右美国 西欧投 产的步进 炉也 有采用全机械传动 的 轨迹为矩形 全活动底式步进炉也有用凸轮杠杆机构传琦的 轨迹为近似矩形 T 8机 械与液压联合传动 的步进机构 这种机 挑与液压联 台传动方 式 多崩予步进炉 发展 的中期 在7 O 年代 设计 的大型步进 炉上较为普遍 升降动作采用偏心凸轮机 构 升降行程为两倍偏心距 进 退动 作采用液压 传功 由液压 缸行程决定 液压 直接 或经 摇杆 连秆机 构 譬步进 梁连接 运动为矩形 轨莛 1 9 7 9 年左右 日本 黄国投严的步进炉多用此种机构 凸轮上有专门设计舵滚柱轴承 传动 效 率得 到提 高 我 的钢铁厂还没有采用这种联台传动方式的步进炉 7 4 全液 压传动 随着 液压技术 的普 及与发展 及其控 制的 灵活性 在 西欧和 我国后 期采用垒液压传 动的 步进炉较为普遍 其升降机 构卉斜轨 武和杠杆 托轮式 避退机 构为 液压 缸直 连式 杠 杆转 换受力方向式 及摇杆 一连杆式 斜轨式有单斜度 双斜度和三 斜寓三种方 式 步进槊运动 轨迹为矩形 步进机构型式 大致有如下几种t 1 单电动机凸轮杠杆一曲柄摇杆机构 为近似平行四边形轨迹 2 双电动机 双曲柄 摇杆机 构 为矩 形轨迹 3 双电动机 链轮 杠杆升降 齿轮 齿条机构 为矩形 轨迹 4 单直流电动机 凸轮杠杆一 连杆摇杆机 构 为近似矩 形轨迹 5 双 电动机凸 轮升降一 齿轮 齿条机构 为矩形轨 迹 6 双 电动机 斜面 升降一螺旋机构 为矩形轨迹 7 单直流 电动机 双偏心 轮机 拘 为 圆形轨迹 8 双电动机 偏心 轮升降一 曲柄连杆机扮 为矩形 轨迹 9 双电动机 曲柄 摇杆 升降一 曲柄连杆机 构 为矩 形轨 迹 I h 维普资讯 1 O 联合传动电动凸轮升降一液压进退机构 为矩形轨迹J I 1 全液压斜面升 降一 杠 杆进退机构 为矩形轨迹 1 2 全 液压 斜面 升降一 摇杆进退机构 为矩形轨迹 1 3 全液压 曲杆 托轮升降一 液压缸直联进退机构 为矩 形轨 迹 1 4 全液压 曲杆 托轮升降一 摇杆进退机构 为矩形轨迹 1 5 全液压 曲杆托 轮升降一 液压 马达 曲柄连