加热炉炉门升降系统的设计改进和应用

成 明

中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，河北 秦皇岛 066004

加热炉炉门升降系统的设计改进和应用

成 明

中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院，河北 秦皇岛 066004

在加热炉炉门升降系统在某轧钢厂的改进和应用，解决了原来的电机传动中存在的平稳性差，故障率高，容易断链等问题，使用中收到良好效果。

炉门升降系统；改进；液压；板式链条

引言

随着国家对节能减排的要求逐渐深化，华北某轧钢厂为了合理使用现有的能源资源，加上原有加热炉已到需要彻底大修阶段，为不影响生产，需要再建一座新的蓄热式加热炉接替。原有加热炉经过多年的使用，虽然整体效果不错，但在某些方面也暴露出一些问题。例如:1）炉门升降机构的机械传动平稳性较差，炉门开启频繁，减速机，电机故障率高；2）吊挂炉门用的链条偶尔会发生断链的情况，影响生产，并且有安全隐患。因此，新加热炉在设计上着力针对上述问题进行改进。

1 改进措施

1.1 驱动方式的改进

首先，在原来的加热炉炉门升降系统中，传动平稳性差，电机故障率高等问题，这是电机传动应用于此的固有症结，要想完全解决,最好是另辟蹊径：采用液压驱动。

1.1.1 液压升降炉门的结构

在新的加热炉设计中，由于两个炉门既要能够单动，又要能联动，所以采用双侧液压缸驱动，每个液压缸既可以单独驱动一个炉门，又可以在主控室的操作下一起工作。为了防止液压缸活塞在运动到两极限位置时，对缸体顶部或底部的冲击，液压缸采用可调双向缓冲缸，使活塞运动到极限位置附近时，降低活塞的运动速度，以减小对缸体的冲击。

为了保证悬挂炉门的链条受力均匀，且在每条吊挂炉门的链条端部都设有索具螺旋扣，用来调整每个链条，链轮的受力。为了便于安装调整，液压缸与链条连接处也增设了索具螺旋扣。

1.1.2 液压升降机构的工作原理炉口的辐射热逐渐聚集，使得链环摩擦面局部产生高温进而发生塑性变形，当负载的拉应力超过链环材料的屈服强度时，链环发生断裂。考虑到前面的因素，在这次新加热炉的设计改进中，采用板式链替代焊接链。板式链传动是依靠链轮轮齿拨动板式链上的销轴实现的，因此链板本身不会受到交变载荷。并且链轮轮齿与销轴传动时相对摩擦很小，每节板式链都是由6~8片链板和销轴组成。因此在这种恶劣的工况下，板式链要比焊接链可靠的多。

按公式P=P1*n(P-计算载荷，P1-最大工作载荷，n-安全系数)，按照计算载荷P选择板式链型号。最大工作载荷根据炉门重量，并综合考虑动载荷确定。根据板式链要求的安全系数,n取6。经过计算,最终确定与液压缸连接的主链条选择某链条厂的型号B121的链条,直接吊挂炉门的链条选用型号B141的链条。

1.3 改进后的效果

该新建加热炉2011年8月投产以来，改进的炉门升降系统一直运转平稳，断链情况没有再发生过；并与加热炉的炉底机械和出钢机紧密配合，使加热好的钢坯按照合理的生产节奏出炉，既满足了生产工艺的要求，又很好地保持了炉温，降低了炉温的波动范围，较大程度上节约了能源。

2 结语

如图，当炉门需要打开时，电磁方向阀DTB得电，液压站输出的压力油进入电磁换向阀的B口，经液控单向阀，单向节流阀（通过调节此阀的开度控制炉门升降的速度到适当的数值），然后经过液压缸上液压锁（液压锁的作用是当炉门上升时，如果供油软管爆裂，炉门依然可保持在当前位置，不会坠落），最后进入液压缸的有杆腔，无杆腔的低压油通过A路流回油箱，活塞杆向下运动，炉门升起；当炉门需要关闭时，电磁方向阀DTB得电，液压站输出的压力油进入换向阀A口，经液控单向阀，单向节流阀，进入液压缸无杆腔，同时压力油进入液压锁的控制油路x，使液压锁上的A,B口连通，有杆腔的液压油顺利通过B路流回油箱。同时，液压缸上还配有调定好压力的溢流阀，当炉门升降过程中发生卡死等情况时，保护液压缸不会因为超压而损坏。该设计使炉门在上升还是下降的过程中，可以停在任意位置。

由于加热炉炉底机械也是液压驱动的，设计上配有一个专门的液压站，因此可以把炉门升降的阀台设计在液压站里，只需从液压站里的阀台引出进，回，泄油三个油管接到现场的液压缸上，即可实现炉门的启闭。该液压站的工作介质选用46号抗磨液压油，系统的清洁度等级不低于NAS1638的7级，该液压站还设有油压过载报警，回油堵塞报警，油液过低报警，油温过低报警等。油温高于45度启动冷却循环系统，油温低于20度启动电加热器，确保油温在20～45度之间，另外还设有超高温停机。

1.2 传动链条的改进

原来的加热炉在生产过程中每几个月会发生断链事故，仔细观察发生断裂的链环及其茬口，分析其原因在于：一方面，长期在高温环境工作的情况下该焊接链的链环易被拉长，且抗拉强度明显降低，极易产生断裂，因长期高温影响会使链条表面产生氧化物，降低链条表面质量，影响了链条的强度，使链条的磨损增加，降低了链条的使用寿命；另一方面，在升降过程中，经过链轮的焊接链环频繁受到交变弯曲应力，链环之间咬合处不断产生相对摩擦，产生的热量与

相比较而言，改进的炉门升降系统由于采用的液压缸作为动力源，因此无论是启动还是停止都比电机传动的炉门升降系统要平稳的多，对传动链条和链轮而言，动载荷较小，使设备的使用寿命有效延长；另一方面，由于板式链相对于焊接链的上文所述的优势，使得炉门运行的可靠性大大提升，安全隐患降到较低，虽然一次性投资较焊接链多些，但后期维护成本较低。综上所述，这种炉门升降系统在蓄热式加热炉上有其应用和推广价值。

[1] 王秉铨编.工业炉设计手册,第三版.机械工业出版社,2010

[2] 成大先编.机械设计手册.第五版化学工业出版社,2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.079

成明（1977—），男，学士，工程师，主要从事工业炉机械设备方面设计研究工作。