浅谈炉区坯料跑偏的分析与改进

       浅谈炉区坯料跑偏的分析与改进

陈伟

 江阴兴澄特种钢铁有限公司

摘要：本文主要针对江阴兴澄特种钢铁有限公司4300厚板分厂坯料在生产过程中加热炉钢坯跑偏的问题，通过对步进炉炉前和炉底设备的故障原因深入研究与分析，提出造成钢坯跑偏的各种因素，确定完善改进钢坯跑偏现象的措施，降低钢坯跑偏对生产造成影响，提高生产节奏，确保生产安全高效稳定.

关键词：步进式加热炉 跑偏 控制 循坏

前言：由于钢铁企业市场的激烈的竞争和精益生产趋势，根据公司高效率，低成本，快节奏，优服务的理念，现代化的热轧机应配备大型化，高度自动化的加热炉来满足现场配套设备的串联。保证可靠的设备运行率，以提高产品质量，增强产品的市场竞争力。

一、设备功能与介绍

江阴兴澄特种钢铁有限公司宽厚板设计3座加热炉，以满足年产量165万吨宽厚板的要求。坯料厚度规格150mm，370mm，450mm等，装钢形式分为热装和冷装，通过坯料库行车夹钳吊运至入炉辊道，通过对中装置，板坯横移链输送至装料炉门口如图1所示，坯料在加热炉内的运动是通过炉内步进梁实现的，步进梁的步距是600mm，板坯一步一步地由装料端循坏步向出料端。在传输过程中，根据坯料升温工艺的要求，采用蓄热式燃烧系统对坯料进行加热到轧制工艺温度。板坯传输到出料端，被出料端的激光检测点检测到后停止，等待操作出钢命令。得到出钢指令后，加热炉出了端炉门打开，出钢机根据PLC计算的行程进入炉内，到达设定行程后上升，托起板坯后退，板坯出炉，并将板坯放置在加热炉出料辊道上。出炉的板坯由炉外辊道经过电机联轴器连接输送，经除磷箱除鳞后送往粗轧机进行轧制。

图1 步进式加热炉

炉子的步进机械采用双层框架、双轮斜轨式结构，框架设有提升和平移定心机构。步进机械提升框架采用并联4支液压缸驱动，提升框架沿11°斜轨道运行。步进机械平移水平框架采用1支液压缸驱动，水平框架沿水平方向运行。大跨距布局连接成支撑轮组，提升框架装有两列20对上下装有SKF轴承的滚轮，运行过程中机械式刮渣、自动排放干渣的水封槽清渣机构，定期排运清渣。炉底步进机械主要由以下几部分组成：（1）框架提升装置。（2）整体运行机构。

步进梁的运动：步进梁的运行轨迹是一个矩形运动轨迹即升/进/降/退。动力执行机构全部都由4个升降液压缸（行程200mm）和1个水平液压缸（600mm）完成。正常情况下步进式加热炉在炉底液压升降液压缸和横移液压缸的作用下实现炉底机械的循环动作。动作顺序是上升-前进-下降-后退。循环步进。详见图2

二、加热炉钢坯跑偏的表现及危害

步进式加热炉的钢坯跑偏问题，是指坯料在步进梁式加热炉内从输入辊道运送至输出辊道的理想工作位置的偏差。横向跑偏现象在步进梁和加热炉生产中普遍存在，坯料输送过程中在横移链板上脱落，斜跨在固定格栅上，导致传动失效。造成上料停滞。横向跑偏过大时会损坏炉墙，可能导致钢坯在出料侧无法出炉，有时还会使坯料从水梁脱落造成停产事故。

三、坯料跑偏的原因分析

1 、入炉辊道线速度不同

入炉辊道存在自由辊或卡死现象，在传输坯料的时候，由于辊道线速度不一样造成坯料的跑斜。分析总结存在以下问题：

（1）电机联轴器齿磨损较为严重。轴器螺栓断裂，松脱，电机传动空载。

（2）辊道轴承转动困难，转动时摩擦助力较大。

（3）辊道辊径存在偏差，在同等转速的情况下，运行一周的线速度不同，因而产生累积误差。

2、板坯横移链条速度不同步

由于设计布局的原因，需要通过炉区的板坯横移链（如图3）转跨，四根横移链条的同步精度也至关重要，坯料在链条输送使会产生偏斜，略微扭转现象。分析原因，存在以下几方面缺陷

（1）链板缺失，链轮脱落，造成坯料倾斜。

（2）张紧装置调整不到位，造成4根链条速度不同步。

图3 板坯横移链条

3、升降缸的位移不同步

根据炉底机械的运动轨迹可知，步进机械提升框架采用并联4支液压缸驱动，提升框架沿11°斜轨道运行。产生对坯料跑偏的原因：

（1）两边升降油缸活塞杆的伸出量不一致，升降框架的左右两边就会有偏差，与水平面产生一定的角度，钢坯在步进循环前进的过程中就会向低的一面跑偏。

（2）油缸动作是产生爬行现象，出现跳跃式的时停时走的运动状态。

4、水平定心轮和定心板的误差

水平定心轮是步进炉运行时的执行机构，滚轮调质后需要表面淬火，表面硬度为HRC4550，定心轨道板应选用强度不低于GB699中45钢材料。在生产过程中造成坯料跑偏的状况，存在以下原因：

（1）定心轮和定心板的安装误差

（2）定心轮和定心板的磨损误差

四、解决措施与改进

1.输入辊道故障的解决措施

（1）在安装联轴器时，保证两轴的同轴度。安装误差不得大于许用补充量的1/2.如图4所示：径向圆跳动量a最大值不超过0.06mm，端面圆跳动量最大值b不超过0.05mm，减少相对位移量，定期检查润滑油的油量，质量以及密封状况，必要时应予补充和更换，原先8.8级的的螺栓改为10.9级，增加强度，螺母更换为自锁螺母或者增加垫片防松。可有效延长联轴器的使用寿命

图4 联轴器调整示意图

（2）辊道轴承一般多为轴旋转，因此，在安装的时候，需要过盈配合轴承的安装是否正确，影响着精度、寿命、性能。为了高标准的完成组装，特制订了标准作业卡：

①清洗轴承及轴承关连部件

②检查关连部件的尺寸及精加工情况

③安装

④安装好轴承后的检查

⑤供给润滑剂

为了使轴承很好的发挥机能，除了精确安装外，还离不开轴承的日常维护保养，轴承的保养关键在于轴承的润滑。

①滑脂的填充量

坯料输入辊道一般是低速运行，为了防护异物侵入，我们现场一般填充只2/3-1/2，但是考虑到现场运输的是热送坯，温度达到400-500度，我们的加油量标准改为微量溢出。

②滑脂的补充与更换 

润滑脂的补充与更换同润滑方式有密切的关系，无论采用何种方式，都必须使用清洁的润滑脂。补充的润滑脂为同一个品牌号。补充润滑脂尤为重要的是应保证新润滑脂确实进入到轴承内部，确认的方法就是看溢流孔流出的的旧油脂。

因此，在基础工作中，可以加强五感点检，判断声音的异常，温度的高低，振动的大小来判别轴承故障。

（3）辊道辊径的磨损致使跑偏的，一般坯料4米长度，炉区输送辊道直径是400mm辊道转动一周3.14*400=1256mm，运输一块坯料轨道运转4周左右。所以误差也会成倍累积。通过考虑增加耐磨层材料堆焊恢复原始直径，选用stoody224.3GrB-NIMo,Gr含量达到15%，同时又含有2%的Ni含量，耐冲击磨损有好处，因其表面受冲击后变硬，耐磨性提高，其内部仍呈韧性。磨损量只是原来的1/10.

2、板坯横移链不同步的解决措施

在生产过程中，经常发生坯料造板坯横移链运输的过程中跑偏掉落在固定格栅上，造成横移链传动空转。需要行车吊装来纠正坯料位置，耗时耗力。还影响了炉子的装钢，造成炉子空步，对整个生产线的吨钢能耗增加，产量都减少。在对设备本身的运行状况分析结论：

（1）链板连接的螺丝松动，或者断裂，增强螺栓连接的强度，6.8级改成8.8级,螺母做防松，电焊加固。对于链条滚轮出现掉落现象，经过现场工况与图对比，主要原因是轴上卡槽窄，卡簧太单薄。运行过程中经常出现卡簧轴向移出，轮子脱落。无链轮与轨道板滚动，形成滑动，对安装轮子的轴与卡簧进行改造。如下图5所示安装销轴槽口加深加宽，图6卡簧加厚到2.5mm，卡簧被挤出现象大大减少，链板，滚轮安装改造后脱落现象较以前大幅度减少。      

     图5 销轴改进                                图6卡簧改进

（2）四条链条的在使用一段时间后，由于拉伸等情况，需要定期调整张紧轮装置，尽量以一条链条为基准。通过拉杆收紧度调节同步。另外，在链条转动到张紧轮处，由于链板缺失，由于无接触，会使张紧轮与链板瞬间松开，造成瞬间不同步。因此，保证链板的完整率是至关重要的。

3.升降液压缸位移不同步的解决措施

如图7所示，为了尽量避免此类故障发生，设备维护人员应从以下几方面着手来减低故障率：

（1）检查液压油缸是否存在内泄漏，从表面上看，多为密封件失效，损坏，挤出或密封表面被拉伤造成。主要原因是油液污染，密封件表面粗糙度不当，定期对油液进行检测，使用软质密封圈。检查油管接头是否存在跑冒滴漏现象，保证液压系统压力180bar。

（2）无杆腔上的溢流阀是否溢流，如溢流，应及时调整溢流压力。溢流回路应畅通，否则排油不畅会导致2个升降油缸运行时抖动，影响炉底机械同步。

（3）查看油缸的活塞杆杠头螺纹是否有松脱现象，销子的磨损情况，底板固定的螺栓等紧固状况，避免松脱，定期点检，检测。

（4）炉底设备的执行机构就是液压缸，避免油液中混入空气，造成爬行现象而产生振动。为了使液压缸运行稳定，已在液压缸端部上设置了排气阀。对于液压油的要求相当严格，若液压油污染度超过NAS7级，就会导致系统运行部稳定，严重时污染物会堵塞升降液压缸安全阀上的液控单向阀的阻尼孔，造成工作时液控单向阀控制的插装阀打开及关闭不一致，使两边液压缸的动作不一致，造成系统跑偏，此类故障在处理时需要打开液压缸安全阀块的液控单向阀及插装阀，用煤油仔细清洗液压阀块的每个部位，再回装，故障现象基本可以解除。

图7 升降液压缸

4.水平定心轮与定心板误差的解决措施

由于每个轮子现场安装和使用磨损的情况不同，为了保证可靠的运行，经过现场多次更换调整得出：

（1）在安装时必须调整定心板间距在0.2-0.4mm之间，假如定心间隙过小，则会导致定心轮滚动时的阻力过大甚至产生卡死现象，假如间隙过大，则会导致整个框架运行过程中偏斜范围过大，或者框架无法按照定心板导向运行，从而导致整体跑偏，因此在步进炉定心轮更换后，调试前一定要测量调整好定心板与定心轮的间隙，最后定心轮的螺栓拧紧，电焊加固烧挡块，确保定位尺寸不发生位移。 相同，水平定心板的安装误差导致水平定心板的偏斜。而且偏斜方式多种形式，有平行四边形偏斜，内八字偏斜，外八字偏斜等。调整轨道安装面和水平面的平行公差：纵向0.6mm，横向0.2mm

                            图8炉底框架走轮

（2） 如图8所示，图中整个步进框架是靠液压缸带动滚轮动作的，在日常点检时，应该周期性的测量记录每个轮子的外径和轨道板磨损情况，由于步进梁整体的负荷大，承载重，步进框架行走走轮与滑板接触面会有磨损，加上炉底漏水比较严重，各行走轮轮面均有不同程度的腐蚀和磨损，尤其是紧贴装料端和出料端的平移框架的四组滚动走轮的轮面更是磨损严重，轮子踏面出现很深的压痕，其深度控制在深度偏差1mm以内，根据周期和点检检修标准更换轨道滑板。周期性的给每个轮子点检，测温，轴承加油，防止缺油卡死现象，导致摩擦阻力增大，框架本体产生振动，钢板不规则发生位移。

五、结论

通过上面几个方面调整与改进，近几年基本没有出现严重跑偏掉坯停产现象，降低了设备维护费用20%左右，提高了生产效率。

总之，造成加热炉钢坯跑偏的原因有多方面，我们只有在实际工作中进一步的跟踪好设备的运行情况，及时更换易磨损件，在保证紧固，润滑的前提下，在理论知识和实际维修工作经验的积累相结合，有效的调整、改进，控制坯料在加热炉区域的跑偏，满足生产需要。

注释：

溢流阀：一种液压压力控制阀，在液压设备中主要起定压溢流作用，稳压，系统卸荷和安全保护作用。

线速度：物体上任意一点对定轴作圆周运动时的速度成为“线速度”。

NAS7是只指油品的清纯度标准等级，数字越小说明油品的清纯度越高，在使用过程中对设备越有利。

HRC是洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度的指标，以0.002毫米作为一个硬度单位。

参考文献：

（1）王秉铨.工业炉设计手册【M】.3版.北京：机械工业出版社.2010

 （2）毕仕辉.步进梁式加热炉坯料跑偏原因的探讨与控制【J】.鞍钢技术.2006(4):36-38

 （3）马毅，王红云.步进梁式加热炉跑偏分析【J】.江苏冶金，2000（4）：66-68

（4）杨光龙 气动与液压技术——北京：机械工业出版社

（5）栾贻民 步进梁式加热炉入门与提高——北京：冶金工业出版社