加热炉改造的优化设计

钟小平 唐 彬 陆大成 傅剑光

(中冶赛迪工业炉公司，重庆400013)

根据某钢铁集团公司的要求，在原1#加热炉旁新增一座产量为160 t/h的2#加热炉。加热钢种包含碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢、低碳及超低碳钢、管线钢等。车间所用原料全部来自连铸车间提供的合格连铸板坯。

新增加热炉的上料区辊道是将现有的连铸下线辊道改造成装钢辊道。下线辊道交叉布置在板坯横向提升装置台架的正前方，台架为连铸下线的过坯装置，台架南侧为现有1号加热炉，台架北侧为连铸辊道及喷印机操作室，加热炉侧为厂房柱线，整个下线辊道与下线台架之间布满了台架的固定梁和活动梁。下线辊道是高架辊道，其辊面高出台架基础面大约5 m，这给整个长行程装钢布置增加了非常大的难度。因此，如何布置和设计长行程装钢机和改造现有下线台架设备是整个改造工程的难点和重点。本文根据生产工艺和实测数据，就如何确定合理的装钢方案、设备设计方案进行了分析[1]。

1 设备的改造和设计方案

装钢平面非常紧凑，从板坯下线台架和下线辊道的边线至装料端砌体线为7.2 m。下线辊道主要是为连铸配套的，其设计方式与改造后的装炉辊道完全不同，而且改造该辊道是不能影响连铸生产的。因此，将下线辊道改造成装炉辊道时存在很多问题，例如生产的协调组织，花辊推钢的问题及解决措施，曲臂式推钢产生分力的设计措施，连铸和长行程装钢机实现互不干涉等。这些问题都需要及时给出方案，并与用户进行有效的沟通。因此，必须对下线辊道进行以下全方位的改造以适应装钢和连铸下线两方面的要求：首先在时序上就必须同时满足装钢和下线两个方面的要求；其次受安装条件的限制电机是正对炉门的，装钢时因炉门打开会对装钢辊道造成很大的热辐射，但是要求装钢辊道必须可靠工作。由于装炉辊道、板坯下线台架、长行程装钢机均为重叠设备，整个下线辊道与下线台架之间布满了台架的固定梁和活动梁，在这样一个非常复杂的平面中，要布置长行程装钢机、装钢辊道，并进行板坯横向提升装置和各种管线的改造，按常规平面布置是无法满足要求的。

基于以上分析，下线辊道改造成装钢辊道的过程中，首先必须要加固下线辊道，将现有电机改造成水冷电机并增设隔热装置；其次，下线辊道的改造不能影响现在连铸下线的生产；还要制订花辊推钢时需要采取的措施，合理布置装钢设备，布置下线台架的施工方案，装钢方案的动作时序控制优化要满足装钢周期控制在100 s以内。

2 长行程装钢机的改造

长行程装钢机位于加热炉入炉侧正前方，用于将装炉辊道上的板坯送到加热炉内，可以根据板坯长度尺寸的不同进行单排装料、双排装料。装钢机每根装钢臂上设有一个高出辊面的推头，当装钢臂缓慢前进时，推头将板坯向前推动一定行程，使运输过程中出现歪斜的板坯摆正，然后装钢臂退回到适当位置，再提升装钢臂把板坯托起送入加热炉内。

只有将长行程装钢机布置在改造后的装钢辊道、板坯横向提升装置下方的重叠区域，并采用提升轨道梁式曲臂式长行程装钢机的设计才能够满足装钢布置要求。如图1所示，长行程装钢机由完全相同的两套传动机构、四套齿轮机座和装钢臂部件等构成，分为左右两组。两组装钢机沿炉子中心线对称布置，各有一套传动装置独立驱动，两套平移机构同步动作，两套升降机构单独动作，通过液压同步实现不同长度的板坯在两组升降机构上同步动作。

装钢辊道、板坯下线台架的改造设计既要满足连铸板坯的正常下线，同时又要满足装钢辊道定位后长行程装钢机装钢时三者之间互不干涉，以及各种定尺的板坯在辊道上的正常布料。因此，长行程装钢机的结构设计非常关键，通过对现场的实际测量，决定采用提升轨道梁式曲臂式长行程装钢机上料，对下线辊道和下线台架作精细的改造。板坯下线时长行程装钢机的推头下降至下线小车梁的下方，装钢时推头伸出，在下线台架的上方进行推正作业。为了避免板坯下线时对长行程装钢机的热辐射，通过浮动支撑将传动装置布置在下线台架的外侧，并考虑能有效保护油缸及传动装置和装钢臂的隔热装置。

图1 长行程装钢机的结构Figure 1 Configuration of long-distance steel-charging machine

装钢机推钢、装钢、后退位置(行程)的控制由装在减速器高速轴上的旋转编码器发出信号进行控制。托杆的升降由液压装置来驱动，其位置的控制由液压缸内置的线性位移传感器来实现。

长行程装钢机运行时动作顺序如下：板坯炉前定位，接收辊道PLC允许装钢信号；进行装钢行程计算；在满足装钢有空位和运行条件的情况下，炉门打开至全开位置；装钢机抬升液压缸升至推钢面，装钢机前进并推正板坯，当板坯边缘距装炉辊道中心线一定距离(该距离需结合工程实际推算)时停止；装钢机后退， 当托杆前端至板坯边缘某位置时停止平移，再次向上抬升至规定位置，托起板坯；装钢机按装钢行程前进到位，延时1 s，装钢机下降到初始位，轻放坯料；装钢机返回，托杆退出炉门后炉门关闭；返回初始位置，等待下一次装钢信号[2]。

3 下线台架的改造

由于长行程装钢机设置在装钢辊道和板坯横向提升装置下方的重叠区域，台架固定梁和活动梁较多，板坯下线台架在改造时不能影响连铸生产。因此，决定对下线台架分部实施改造，以保证每个改造单元的周期控制在连铸检修时间之内。经与用户充分沟通后，对台架分成三个阶段进行改造：第一改造阶段，先设计固定台架用的支撑梁(共四组12根柱梁)，支撑梁的设计要满足改造后用户的安装维护及更换。第二改造阶段，拆掉现有的部分立柱(用于长行程装钢机的布置)并切割下线台架的相关固定梁(此时台架固定梁的改造设计已完成)。第三阶段是对长行程装钢机安装时下线台架的基础及排水安全梯道设施的处理，装钢辊道和各种管线的改造设计一起完成，在调试时对装钢辊道进行加固处理。

4 排水方案

由于采用提升轨道梁式曲臂式长行程装钢机，提升连杆基础布置高于现有的排水标高。加热炉南侧为1号炉原有排水挡墙，排水标高低于1号炉铁皮沟起点标高，无法实现与1号炉的对

接，因此考虑通过连铸设备排水。我们在设计中采用高位水槽的设计以实现下线辊道向连铸排水，下线台架和长行程装钢机的平面散水共用一个排水井，并将排水通过管线引至炉底积水井，同时在高位排水槽上进行装钢臂的活动空间设计。这样很好的解决了散水和装钢辊道的排水问题。

5 结语

由于平面布局的限制，改造设备的结构形式和布置方式与常规设计不同，各设备结构特点如下：长行程装钢机采用提升轨道梁式曲臂式设计；平移传动装置采用将浮动支承设计在下线台架的外侧并采用隔热包装；装钢辊道采用水冷电机，增设了隔热装置，设计形式为悬臂梁结构，对装炉辊道高架梁进行改造加固。投产以来设备运行正常，验证了设备布局和设计方案的合理性，提高了空间利用率，降低了生产成本，缩短了坯料上料时间和出料时间，提高了加热炉年产量。该加热炉设备的成功运用对于同类新建或改造项目也具有参考和借鉴价值。

[1] 邓建中.步进式加热炉机械设备探讨[J].江苏冶金，2004(2)：37-39.

[2] 宋德福.步进式加热炉控制技术应用研究.重庆大学，2002.