板坯加热炉出钢装置优化改造

2021-01-07涂生安覃永国覃剑锋

工业炉 2020年6期

涂生安，覃永国，覃剑锋

（柳州钢铁中板厂，广西柳州545002）

柳钢中板厂有三座推钢式加热炉，采用推钢机装料，推钢机同时作为钢坯在炉内输送的唯一动力。加热炉为端进端出，炉尾推钢机把钢坯推至炉头，钢坯在重力作用下，沿炉头斜坡滑道下滑至出料辊道上，下滑时出现钢坯与斜坡滑道摩擦易造成板坯下表面刮伤，虽经轧机轧制，但部分钢板表面仍出现刮伤质量缺陷，严重影响钢板的表面质量。因此，对加热炉出钢装置进行改造，新建出钢机，对改善钢板表面质量具有重要意义。

1 出钢装置改造方案

1.1 确定出钢机形式

板坯加热炉出钢装置是用于将加热炉内加热好的板坯托出或推出到出炉辊道上的装置，其主要形式有[1-3]斜坡滑道出钢和出钢机出钢。斜坡滑道出钢因其只需设置合适的滑坡，结构简单，成为传统高位出钢的主要方式，但该出钢过程易造成板坯下表刮伤，为改善产品质量，正逐步被出钢机所取代。

国内各中厚板厂装配的出钢机，可以分为高位出钢机和卧式（低位）出钢机，具体采用何种形式，需要结合现场实际以及长远的改造考虑。针对本次改造，由于加热炉出钢面至辊道面有900 mm 的落差，卧式出钢机的提升行程有限，若采用，在不对加热炉进行改造的情况下，必须提高炉前辊道，并在轧机前对一组辊道改造，实现升降，从而与轧制线辊道连接。采用高位出钢机则不需要调整炉前辊道高度，且相对于卧式出钢机，其整体基础小，只需考虑立柱的基础支撑，土建工程量小。经过对比，决定采用高位出钢机形式。

1.2 技术参数

（1）原始条件

加热炉产量：90 t/h

加热炉内宽6 000 mm，沿炉子中心线对称布置4 条滑道，滑道中心间距1 000 mm

装料方式有单、双排混装，代表钢坯尺寸分别为：

单排料220 mm×（1 100～1 830） mm×（4 800～5 400） mm

双排料220 mm×（700～1 830）mm×（1 800～2 600） mm

出钢最大坯重：单排料，16.88 t；双排料，8.22 t

钢坯规格代表：220 mm×1 810 mm×2 560 mm

（2）主要设计参数

出料杆根数：2×2

料杆水平最大行程：4 000 mm

料杆升降最大行程：1 100 mm

出钢机水平位移误差：≤±50 mm

出钢周期：50 s

2 高位出钢机结构及工作原理

出钢机由轨道梁及其立柱、水平行走机构、提升机构、出料杆、润滑系统、缓冲器、电气控制系统等组成（见图1）。

图1 高位出钢机结构示意图

2.1 水平行走机构

水平行走机构的任务是使出料杆沿炉长方向来回移动。出钢机采用高架行车结构，两侧行车轨梁在炉长方向跨越出料辊道。出钢整体行车跨置在炉子出料端两侧的钢结构轨梁上，两侧钢梁上均安装有齿条，行车上的齿轮与之啮合。电机和减速机通过同步轴驱动行车两端的齿轮齿条机构，驱动行车沿炉长方向前进或后退以实现出料杆进、出炉动作，其行走速度由变频器控制。

2.2 提升机构

出钢机布置有四只提升料杆，分成两组，每组两只提升料杆，每组由一套电机和减速机通过同步轴驱动提升机构的齿轮齿条机构实现每组两只提升料杆同步升降的功能，实现托起及放下钢坯的动作。

2.3 出料杆

出料杆安装在提升料杆上，提升机构具有大行程以适应炉内出钢面与出料辊道面的标高高差。出钢机行车的进退动作与提升机构的升降动作配合实现装、出钢功能。

钢坯加热好并输送至合适位置后，出料杆插入钢坯下方，托起钢坯，退出并平稳放到出料辊道上。为使钢坯安全平稳托起，出料杆需要适应不同钢坯长度、炉内钢坯走偏等要求。出料杆间距过大，则短钢坯的装炉受到限制，若间距过小，则增加走偏钢坯托起安全风险，综合考虑，以出料杆紧贴炉内滑道外侧为宜。

2.4 控制系统

2.4.1 钢坯位置检测

加热炉炉内钢坯依靠炉后推钢机推动前进，一般的，待出炉钢坯的前沿按要求在固定的出料位停下，该位置由安装在左右炉墙激光检测器进行检测，当钢坯的前沿信号被激光检测器捕捉到，炉后推钢机停止动作。但生产中，随着推钢机工况的变化，从钢坯前沿信号被捕捉到推钢机停下，这一过程存在变化，因此，炉头钢坯前沿位置也会随时变动，为此，在推钢机上加装编码器。当推钢机推钢过程中，靠近炉头一块钢坯的前沿信号被激光检测器捕捉，推钢机上的编码器开始计数，钢坯停稳后停止计数，计数所得的距离就是钢坯头部超出激光检测器的距离L1（如图2 所示）。

图2 出钢机运行原理图

2.4.2 出料杆插入长度确定

由于钢坯宽度的变化，出料杆伸进炉内的长度也需要能根据料宽进行调整。需要指出，相对于步进式加热炉，前后两块钢坯之间有一定的距离，控制精度要求相对可低些，而推钢式加热炉，炉内钢坯相互紧贴，出料杆伸进炉内过长易带起后面一块钢坯，而出料杆伸进炉内过短，未过钢坯重心，两者均很危险。因此出料杆伸进炉内长度必须精确控制，要求达到±50 mm。

出钢机行程计算：

出钢机原始位（0）到激光器的距离为L0

钢坯的前沿超出激光检测器的距离为L1

钢坯的宽度为W

要求出料杆插到钢坯宽度的3/4 位置，因此，出料杆插入的长度L=L0-L1+3/4×W。

对于每块钢坯而言，其后沿位置、前沿位置都是一个随机数，坯宽也是不尽相同，所以，出钢机每次伸入长度是不同的，故是一个全动态过程。

2.4.3 出钢机控制设备

采用由变频器拖动的平移电机，拖动出钢装置。在电机传动轴的另一端安装一台编码器。正常情况下，由编码器、变频器、电机和出钢装置构成出钢机系统，在PLC 的控制下完成出钢机的平移功能。

升降分左右两侧，可联动也可单独动作。分别采用由变频驱动的电机实现升降控制，在电机传动轴的另一端，安装一台编码器，根据实际需要设定合理的升降高度，配合出钢机进退，把钢坯输送到出料辊道上。提升料杆设置高极限、低极限行程保护极限开关，在待机位设置一个接近开关消除编码器误差，同时待机位接近开关作为返回待机位停位检测。只有当出钢机返回待机位，辊道才可以运转。

2.4.4 出钢控制要求

出钢机能实现全自动、半自动、手动、检修等多种操作模式，正常情况下在主操作台操作、检修及事故状态可切换到就地操作。

自动控制要求：①炉后推钢机把钢坯推至指定位置→②抬升炉门至半开状态、4 根出料杆升高至指定高度→③4 根出料杆伸进炉内合适长度→④抬升炉门至全开状态→⑤出钢料杆升高托起钢坯（需根据单排出钢还是双排出钢确定4 根托杆是否同步升降）→⑥4 根出料杆退出至指定位置→⑦出料杆下降放下钢坯、炉门下降关闭炉门→⑧辊道把钢坯送往轧机，完成整个出钢过程。