南钢炉卷轧机支撑辊吊具改造

2020-12-13芮建权章玉张继

冶金设备 2020年3期

芮建权章玉张继

（1：南京钢铁集团股份有限公司江苏南京 230001；2：泰尔重工股份有限公司安徽马鞍山 243001；3：巨力索具股份有限公司河北保定 071000）

1 前言

支撑辊更换在轧钢生产过程中是比较频繁而又非常重要的工作，南钢炉卷轧机由奥钢联公司设计制造，为单机架四辊可逆式炉卷轧机，最大机架轧制力80000kN，支承辊规格φ1950／1800×3400mm，更换支撑辊吊装重量达到200吨以上，吊装重量比较大，而且吊装过程中，人员需要到2m以上的高空进行耳轴插装和钢丝绳悬挂作业，危险系数比较大，更换操作时间比较长，因此必须对支撑辊吊装方式进行改造，提高人员操作安全性，降低作业时间，才能提高生产效率、节约成本。

2 原来支撑辊吊具缺点

在轧钢使用过程中，根据轧辊工艺和辊形匹配要求，每轧制8-10万吨时，要定期对支撑辊进行更换，将使用后的支撑辊和轴承座整体吊出，将重新磨削装配好的新支撑辊吊人更换。以前的吊具在支撑辊更换吊装过程中，主要存在以下几方面的问题。

（1）人员操作危险，安全隐患大。在支撑辊吊装作业过程中，将支撑辊从轧机牌坊里面拉出来，现场人员上到2米以上的高空，通过行车将耳轴插在支撑辊轴承座的吊装孔内，再将吊具钢丝绳悬挂在耳轴上，将旧支撑辊吊开。吊装过程中需要人员在高空与行车进行配合，危险系数较大。

（2）劳动强度大，操作不便。现场操作人员首先将每根4耳轴查在支撑辊轴承座吊装孔内，将旧支撑辊吊开。再把4个耳轴抽出来，插入新装配的支撑辊轴承座孔内。把新支撑辊吊上换辊平台，再将耳轴从新支撑辊轴承座内通过行车拔出，用换辊小车把新支撑辊推入轧机牌坊内。

（3）操作更换时间长，影响生产。整个操作过程复杂，首先把旧的上支撑辊吊出，将新装配的支撑辊吊入换辊平台，再将支撑辊推入轧机牌坊，再重新吊入下支撑辊，整个过程中需要连续作业三个半小时以上。

（4）吊具结构设计缺陷大，效率低。当初设计时采用的是在吊具上悬挂钢丝绳，轴承座加工耳轴孔，更换支撑辊辊时插入耳轴，将钢丝绳悬挂在耳轴上进行吊装，需要操作人员和行车协助操作，不能自动吊装，严重影响生产节奏。

3 专用吊具改造

为了方便操作，降低安全系数，减少支撑辊更换时间，实现支撑辊自动吊装提高操作效率。根据现场工矿条件，对支撑辊专用吊具进行改造。

3.1 吊具改造主要参数

1）吊具额定载荷：232t

2）吊具使用环境要求：常温

3）吊具总体重量：＜30t

3.2 吊具改造方案

根据现有的设备条件制定了两套设计改造方案，保持轴承座的尺寸不动，利用原先轴承座耳轴圆形孔，将吊具改造成电动模式，吊装前通过电机将悬臂打开，行车下落到轴承座吊装孔位置时，通过电机对吊钩进行合拢夹紧，进行吊装作业。把支撑辊吊起转运到指定位置后落下吊具，再通过电机把吊具内的吊钩移出，完成吊运过程。

其次考虑到吊具现场维护保养工作，减少吊具本身故障率。设计了机械式的吊具改造方案，利用吊钩在重力作用下自动旋转方式，将吊钩悬挂在轴承座孔内实现吊装作业。根据吊钩尺寸和旋转空间，对轴承座本体圆形吊装孔改造加工成方形吊装孔［1］。吊装前，吊具先置于支撑辊上方，通过下落吊具，在降落到轴承座吊装孔高度位置时，在重力作用下，内部吊钩自动旋转落入轧辊座的相应的吊装内，通过行车起升吊具，支撑辊被吊起。当支撑辊被吊起转运到指定的位置后落下吊具，吊具内吊钩自动恢复，移出吊具，完成自动吊运过程。如图1所示。

图1 机械结构支撑辊吊具

经现场分析，在保证吊具设备安全、实现自动吊装的前提下，减少吊具设备本身故障率，机械结构支撑辊吊具改造费用更低，在吊运时吊钩自动旋转进行起吊，无需人为操作，更适合现场使用条件。

4 吊具及支撑辊轴承座改造后强度校核

为了方便操作，首先利用Solidworks的3D模块绘图，以stp格式导入ABAQUS软件进行后续分析。在ABAQUS软件中建立支撑辊吊具分析计算模型，以一对内力等效加载到吊具模型中。

4.1 吊具及轴承座的材料主要参数

具体选用材料：

材料参数表［2］

4.2 载荷与边界条件有限元分析

支撑辊吊具计算：约束吊钩运动，并整体施加向下的重力，9.8m／s2。经测试吊臂以下总重约232.8吨，根据几何结构，采用四面体单元对块体、圆轴等部件进行有限元网格划分，并进行网格稳定和敏感性测试，最终选择2cm作为单元网格基本尺寸。在前述计算输入条件的基础上，对各工况进行有限元计算分析［3］，如图2所示。