特殊钢锭翻转装置的结构设计与应用

2014-11-30张建国尹海元中冶京诚工程技术有限公司100176

装备机械 2014年2期

张建国尹海元中冶京诚工程技术有限公司（100176）

张建国（1966年~），男，硕士，高级工程师，主要从事冶金方面的技术研发设计工作。

0 概述

进入21世纪后，特别是最近几年，随着核能、军工、造船业、火力发电、桥梁建设、油气开发输送、汽车和工程机械等行业的迅猛发展，对各种不同规格、性能的中厚板需求日益旺盛，所需的原料钢锭规格也越来越大，钢铁企业因此也迅速筹建高产量的中厚板生产线。均热炉是生产特厚钢板的必备设备之一，是用于钢铁行业中厚板、宽厚板生产线上的一种关键设备，而钢锭的翻转装置安装于炉前与炉后，方便特殊超大钢锭的装炉与出炉。因此，钢锭翻转装置作为均热炉出入料的配套设备也成为关键的设备，开发研制特殊超大钢锭的翻转装置已成必然。

钢锭入炉时需要由翻转装置把水平状态的钢锭翻转为立式，然后由夹钳钳住装入炉内；加热完毕，钢锭出炉时，由夹钳从炉内钳住立式的钢锭放置于翻转装置上，由翻转装置把钢锭翻转为水平状态并放置于接收辊道上，依次输送入轧制生产线。

过去一般均热炉加热的钢锭都较小，钢锭的规格均在30～40t以下，其上料方式之一是配套能力相当的翻锭车上料。目前国内已经淘汰或处于停产、半停产的钢厂大多配套该翻锭车，其技术是建国初期从前苏联引进，翻锭装置安装于有固定轨道的电车上，该装置存在以下问题：

(1) 其传动部分采用直流电机拖动蜗轮-蜗杆减速器，控制上采用了落后的直流控制技术；

(2) 在重载作用下的蜗轮-蜗杆减速器齿廓磨损严重，频繁更换备件。当载荷成倍增加后，这类减速器的承载能力远远不能满足要求；

(3) 体积庞大的翻斗采用了整体铸造，这对于一般的制造厂来说，难度很大，铸造成本较高。

对于30~40t以下的加热钢锭，另外一种目前多用的上料方式是采取夹钳夹持直接上料，即夹钳夹持加热后的钢锭，直接缓慢放置于接收辊道，由于钢锭的不断冲击，易造成辊道的过度损坏；而且对吊车的操作人员的技术水平要求较高，不仅放置时间较长，而且难以对准接收辊道中心放置，加大了后续轧机前推床的工作强度，影响后续进入轧机的正常轧制。

笔者介绍的翻转装置彻底解决了以上问题，不仅能够完成40t以下钢锭的翻转上线，而且可完成特殊超大钢锭的翻转上线。随着中厚板市场的产品规格向超宽超厚超长方向发展，新建厚板、特厚板轧线和改扩建项目的增多，特殊钢锭的翻转装置的需求相应也会同步增长。

1 翻转装置的结构设计

翻转装置的结构图如图1所示，该翻转装置安装于均热炉后主轧线前端，用于把从均热炉夹持而来的加热钢锭翻转放置于轧线的接收辊道上。结构包括翻板、翻板支座、曲柄拉杆机构、电机减速器驱动系统、制动系统等部件。其配套设备有钢锭接收辊道，这里不对接收辊道进行论述。

图1 特殊钢锭翻转装置结构

翻转装置采用变频调速交流驱动电机(件2)通过带制动盘的联轴器(件3)与减速器(件1)相连接而进行动力传递。减速器要耐高温、抗冲击、采用双端输出轴型，输出轴不仅要传递扭矩而且可承载加大的径向力和弯矩作用。旋转曲柄(件4)通过双键、过盈配合的方式和减速器(件1)输出轴连接，双键不仅传递一部分扭矩而且在曲柄的装配中可以起导向作用，避免左右两曲柄间形成夹角而使得左右拉杆(件5)受力不均，从而影响翻板(件9)的正常翻转。

拉杆(件5)通过转轴一端和旋转曲柄连接，另一端和翻板连接，拉杆和曲柄及翻板之间的连接采用转轴、耐磨衬套的形式，适用于重载低速的运转。转轴和曲柄、转轴和翻板之间采用过盈配合连接，转轴通过耐磨衬套和拉杆间采用间隙配合连接，实现转动。

为避免钢锭的辐射热传递到传动系统，在翻板(件9)的侧梁上焊接设置有加强隔热罩(件7)，同时加强隔热罩还可防止钢锭在放落翻板时，意外倾斜而向减速器方向倒去；而且在放落钢锭过程中，加强隔热罩还可起到一定的导向作用，方便吊车人员对钢锭的入位操作，从而顺利放落入翻板。

在减速机输入轴的联轴节的制动盘上，设置有4组气动钳盘式制动器(件12)，在翻转过程中如出现意外事故，立即提供制动力矩，牢牢钳住制动盘，使设备停止运转并留在相关位置；同时根据工艺要求，在翻板直立和水平时，提供制动，保证钢锭平稳落入翻板及钢锭落在接收辊道后顺利输送入轧制线。

为防止或减轻钢锭落入翻板(件9)时对设备的冲击，在基础上设计有固定梁(件6)，设置于翻板立起状态时的翻板底板的下部，在翻板直立时，固定梁通过翻板底板的豁口，高出翻板底板一定高度，使得落入翻板的钢锭底部不是直接接触到翻板底板，而是先接触到基础上的固定梁，然后在松开夹钳的过程中钢锭逐步靠向翻板。

翻板(件9)通过转轴安装在翻板支座(件10)上，翻板直立接收夹钳送来的钢锭时，并非90°直立，而是80°，倾向于接收辊道侧10°，这样不仅可以避免钢锭意外倒向传动系统侧，而且也可以使钢锭重心靠近翻板转轴中心，减小翻板的启动驱动力矩。

接收辊道(件11)独立安装于翻板下部，其辊道面要高出翻板水平时横梁上顶面一定高度，以保证钢锭全落于辊道时与翻板横梁完全脱开，实现钢锭的顺利输送。

为保证钢锭落到接收辊道后能够顺利输送入轧制线，载着钢锭的翻板旋转到位（旋转到水平位）时，翻板横梁的上顶面低于接收辊道一定距离，以保证辊道旋转移动钢锭时，钢锭底面与翻板已经完全脱离，从而顺利完成输送。

2 翻转装置的工作原理

图1所示为特殊钢锭翻转装置结构，包括减速器(件1)、驱动电机(件2)、带制动盘联轴器(件3)、旋转曲柄(件4)、拉杆(件5)、固定梁(件6)、隔热罩(件7)、特殊钢锭(件8)、翻板(件9)、翻板支座(件10)、接收辊道(件11)、气动制动器(件12)等。

翻转装置工作开始时，翻板处于直立态，制动器处于制动状态，此时夹钳夹持加热后的钢锭顺着隔热罩缓慢落下，钢锭底部接触到固定梁后，钢锭逐渐倾向翻板横梁，此时松开夹钳并移走，完成钢锭的吊运。然后，根据生产工艺安排，松开制动器，启动电机，旋转曲柄开始转动，通过拉杆推动翻板开始翻转，当钢锭重心转过翻板支座中心后，拉杆给翻板的力由推力变为拉力，而且随着翻板与水平面的角度越来越小，拉力也越来越大。翻转速度可以根据生产节拍通过调整电机的变频频率而实现；当翻板翻转到快接近水平时，钢锭开始接触到接收辊道辊面，当翻板翻转到水平时，钢锭已完全落于接收辊道上，此时制动驱动电机，接收辊道电机开始启动，钢锭随着辊子的转动输送出翻板，送入轧制线，接着松开制动器，驱动电机继续开始工作，曲柄继续旋转，翻板在拉杆的拉升下，开始翻转升起，当翻转到直立位置时，翻板刚好坐于固定梁座体上，此时制动电机，重新开始下一块出炉钢锭的吊装、翻转、输送。

旋转曲柄每转动一周，翻板完成一个翻转周期，也就是完成直立—水平—直立的过程，翻板翻转角度(翻板与水平线的夹角)由80°转到0°，再转到80°。翻转装置非工作状态时，处于直立状态，此时翻板刚好坐于固定梁的座体上，可以避免拉杆、旋转曲柄、转轴长时间的受力。

该特殊超大钢锭翻转装置具有以下特点：

翻转钢锭最大重量可达65t；

翻转钢锭尺寸规格：

1 770mm×850mm×2 630mm～2 100mm×1 000 mm×4 000mm；

钢锭翻转周期：<15s；

翻转周期：1～4次/min；

翻转钢锭最大温度：1 200℃；

制动器制动力矩：4×2 100Nm。

3 翻转装置的实际应用

江阴兴澄特钢的4 300mm宽厚板轧钢工程中，将建设从加热、轧制、冷却到剪切的完整的生产线，同时还将建设与产品配套的精整和热处理设施。原料方面除正常连铸板坯料外还将要开发65t的电渣钢锭，原料坯的重量也将由40t增加到65t，铸锭规格最大达1 000mm×2 100mm×4 000mm(厚×宽×长)。

本工程完成后，产品在品种、质量上都将具有很强竞争力。在本工程中，首次设计使用了本文论述的特殊钢锭的翻转装置，用于均热炉加热钢锭的出炉上线，如图3、图4所示。