论棒材初轧机潜能的发挥和安全性改进

　　机械设备论棒材初轧机潜能的发挥和安全性改进扶志刚，孙一峰（湘潭钢铁集团有限公司，湖南湘潭）系统分析，对650轧机潜能的发挥和安全性改进有针对性地提出了解决对策。

　　湘钢棒材厂原名湘钢中型轧钢厂， 1994年7月投产，工艺布置为三架650横列式轧机，生产管坯和方坯产品。1999年7月，公司对原生产线进行了半连轧改造，保留650三辊轧机一架，取消另外二架轧机，采用 m连铸坯半连轧生产工艺，年设计生产优质棒材23　10目前棒材厂历史最高年产为4　10 t，超设计能力37167，投产几年来，在进一步挖掘设备潜能的过程中发现加热炉及650轧机逐渐成为制约整个生产线产能进一步提升的瓶颈。由于加热炉设计能力偏小，在产量增加的过程中， 650轧机存在低温钢的轧制及频繁的咬入冲击，造成650轧机负载加大，安全销剪断、安全臼碎裂、轧机断辊、电机或变压器跳闸等现象发生较多， 2004年1月甚至出现了中辊万向接轴虎口配合松动现象，给设备的安全运行带来很大的威胁，引起了对650轧机潜能的发挥和安全性改进的系统性思考。

　　1提高650轧机产能的对策分析相关工艺及设备性能参数650轧机工艺流程如图1所示。

　　为了便于对捧材厂650轧机进行系统分析，现将设计时的有关参数介绍如下，主要设备性能参数列于表1、主要机械部件工艺要求列于表2、电机电气系统有关参数列于表3.

　　计算数据按棒材厂目前轧制工艺条件设计： 140CrNiMo半钢150方轧制69方， 12辊缝值，考虑同时轧制两根钢时最大负载情况为K1、K3孔同时轧制，按S1艾克隆德法计算可得钢坯均匀加热条件下的K 700 e温度下的轧制力与轧制力矩以及最大轧制冲击电流等数据列于表4.

　　设备性能参数参数值电机额定功率/ kW额定电流/A额定转速/rmin减速机速比轧辊转速/rmin设计轧制力/MN设计辊径系统额定力矩/ t1m湖南有色金属主要零部件名称设计允许承载转矩/t1m对应电机电流值/ A 1800减速机CL19联轴器钢正火）万向接轴虎口（按设计最小过盈计算）（对应系统为87158）名称参数电机定子电流： 572 A定子电压： 3 000 V变压器二次电压： 3 000 V系统整定参数2003年整定值轧制力、轧制力矩和最大轧制冲击电流数据辊径/ mm轧制温度轧制力/ t轧制力矩/ tm合计对应轧制电流/ A扭矩放大系数K最大轧制冲击电流/ A挖掘设备潜能的制约因素11万向接轴设计的虎口和扁头材质采用40 Cr，无热处理要求，联接滑块为铸青铜耐磨铜合金。为增加轧辊强度及轧槽单槽轧制吨位，使用轧辊直径为？650 ？690，万向接轴正常使用倾角为0b 0192b，并且在使用？690轧辊时已接近万向接轴允许最大倾角1b b，在一定程度上造成了铜滑块与扁头、虎口的磨损不均，虎口和扁头的配合间隙增大，造成铜滑块的磨损周期缩短，特别是中辊，由于650轧机为三辊不可逆轧机，中辊承受冲击负荷次数是上、下辊的两倍，现中辊铜滑块使用只有30 d左右，从而增加了检修换铜滑块的时间，而每次更换两付铜滑块需6 h，若更换3付需8 9 h，严重制约了轧机作业率的提高。

　　21人字齿轮轴材质问题。现人字齿轮轴严重磨损，主要原因是原设计中对40 Cr材质的齿轮轴没有合适的热处理要求，软齿面设计，其综合机械性能差，齿面在长期的大应力作用下，产生疲劳磨损、点蚀、剥落，安全性难以保障。现人字齿齿厚为28160 mm，为原齿厚的9 ，造成了运行工况的恶化。

　　31主减速机与人字齿轮座之间采用CL19安全联轴器联接，存在以下制约因素： （ 1）联轴器其允许倾角只有1b 2b，而减速机与人字齿轮座采用巴氏合金轴瓦，这样两边轴的标高，水平位移偏斜难以达到轴线对中要求，在运转过程中由于两轴线的不对中，且联轴器的倾角影响，经常出现联轴器侧压盖螺栓拉断，包括后焊的止退板都经常撕裂 （ 2）由于原设计该650机列传动薄弱环节为1 800减速机，设计允许承载转矩为65 t1m，为保护1 800减速机， CL19安全联轴器设计脱开力矩为60 t1m，由于存在低温轧制现象及频繁的咬入冲击，造成650轧机负载加大，安全销产生塑性变形甚至剪断， 2002年处理此安全联轴器上的月修时间便达48 h以上，严重影响了轧机作业率的提高。

　　41此外在650轧机产能进一步提高的过程中，由于原有设计与产能不匹配，加上工艺操作性不规范，造成安全臼碎裂、轧机断辊、电机甚至变压器跳闸，对设备的安全运行危害相当大。

　　2 650轧机系统的改善和安全性对策设备安全系统分析由于加热炉加热能力所限制，钢坯内外加热不均匀现象较严重，靠人为经验或高温计对低温钢的判断均很难把握准确，特别是钢坯与水梁接触部位钢坯温度低（严重时甚至低于700 e ） ， 700 e黑水印现象相当明显，轧制时黑水印部位对轧机设备造成的冲击影响相当大，如不采取科学合理措施加以监控极易发生重大事故。

　　由表4可知：轧制辊径690 mm，轧制温度1 050 e ，孔同时轧制时最大轧制冲击电流可达1 279 A，已达1 800减速机设计允许承载电流值要求扶志刚，等：论棒材初轧机潜能的发挥和安全性改进轴虎口设计允许承载电流值要求（ 1 724 A） ，为1 800减速机设计允许承载电流值的8倍。

　　目前设备承载薄弱环节为1 800减速机，其次为万向轴虎口部件，所以机械传动件不安全性很大，在进一步挖潜的同时，必须规范工艺操作，对轧制温度进行限制，对电机电流进行控制。

　　进一步挖掘设备潜能及安全保障措施11通过以上计算数据列表及分析，为尽最大能力发挥设备潜能为生产服务，又要确保设备的运行安全保障，棒材厂除了继续进一步规范工艺操作，严格规范轧制钢温在1 050 e以上，严禁进三根钢同时轧制，严禁轧制低温钢、黑头钢，实行/三二一0先进操作法进钢操作等外，采用了对650轧机实行轧制电流监控措施，利用无纸记录仪对轧制过程中轧制负载及轧制冲击负载进行全过程监控，及时报警提醒岗位人员采取相应措施避免过负荷轧制。兼顾原有设计及设备挖潜要求， 650轧机电流监测系统报警电流选定在1 250 A较合适。

　　21提高万向接轴铜滑块使用寿命。根据磨损理论，在保证合理润滑的前提下： （ 1）合理选择摩擦副表面粗糙度，一般地说表面粗糙度愈小，疲劳寿命愈高，因此提高虎口，扁头与铜滑块摩擦面的光洁度，有利于提高铜滑块的使用寿命，将虎口，扁头与铜滑块摩擦面的光洁度由原¨5改为Ra （ 2）合理选择表面硬度。为保证虎口、扁头摩擦表面的使用寿命，要保证铜滑块与虎口、扁头之间的装配间隙值正常。一般金属材料的硬度至少比磨粒硬度大30 ，即虎口、扁头的摩擦表面硬度至少比铜滑块的表面硬度高30，现使用的铜滑块表面硬度为HB180左右，因此，应使虎口、扁头的磨擦表面硬度31改进人字齿轮轴材质，针对该处人字齿轮轴重载及频繁冲击工况，设计热处理要求为：锻件经正火处理，将人字齿轮轴进行调质到HB229 269，轮齿经感应加热表面淬火及低温回火后硬度应达到HB430 450，淬硬层深度在2 4 mm范围内，提高其综合机械性能及耐磨性，提高生产使用寿命。

　　41由于1 800减速机输出轴安全联轴器原为CL19型齿式安全联轴器，允许摆角小，而与它相连的减速机和人字齿轴的同心轴度难以保证，使其安全销易松动，侧压板螺栓易蹦断，难以保证生产要求，因此，建议用QL型滚柱联轴器取代原CL型齿式联轴器。QL型滚柱联轴器与CL型齿式联轴器相比具有以下优点： （ 1）调心作用好，可弥补轴不对中而产生的机械损害 （ 2）承载的扭矩大，原使用的CL型齿式联轴器的许用扭矩为100 t1m，而同规格的QL型设计允许承载转矩将提高16.

　　51增大安全联轴器的保护力矩，提高轧机作业率。原安全联轴器设计的安全销孔为12个，销颈直钢正火。现将主联轴器安全销销颈尺寸全部加大至？30，材质改进为45钢调质，可以保证系统在允许承载力矩76 t1m，电机电流1 495A下运行正常。在严格坚持轧制电流监控报警的情况下，在正常生产运行中主电机工作电流在800 1 400 A范围内，未发生安全销剪断事故，较好地满足了生产要求。对1 800减速机做了详细检查，齿轮和轴瓦等均使用正常，由于1 800减速机设计的安全系数为510，根据设计许可以及实际情况有进一步挖掘潜能的空间，如将安全系数适当减少至，这样可提高允许负载至85 t1m，仍大于改进后安全销允许承载力矩，使得安全销仍能起到保护1 800减速机系统作用。

　　61合理设定电气系统保护整定值： （ 1）根据交流异步电机的特性，允许2 3倍短时过载。因此，原2 500 kW电机过流设置倍，反时限28 s，此参数起不到保护作用，现根据现场实际情况（坯料短，轧制时间不长） ，将此参数改小，与1 800减速机提高后允许负载相匹配 （ 2）根据交流异步电机的特性及所配变压器情况， 1999年轧制240方时，将电机保护放开到2 900 A，导致越级跳闸，将3 200 kVA变压器顶跳，现为保证大电机安全运行，将保护值调整低，这样既保护了大电机又兼顾到了机列系统的安全运行，保证了轧制过程的稳定顺行。

　　3结论针对产能提升过程中出现的棒材650初轧机制约因素，棒材厂从工艺、机械、电气等角度出发进行系统分析，对650轧机潜能的发挥和安全性改进有针对性地提出了一系列行之有效的解决对策，包括规范工艺操作，实行电流监控报警，设定电气系统保护，改进机械系统设计等，在保障设备安全性前提下进一步挖掘设备潜能。目前棒材厂今年年产已突破t，创历史新高，达原设计能力改进后各主要机械零部件设计允许承载能力与对应电机电流、潜能比较汇总列于表5.

　　湖南有色金属主要零部件名称设计允许承载转矩/ t1m对应电机电流值/ A改进后潜能提高比较/　1 800减速机（安全系数由510挖潜至）CL19联轴器改进为QL19联轴器安全销改进为530，钢调质潘慧勤1轧钢车间机械设备[M]1北京：冶金工业出版社， 20031小型型钢连轧生产工艺与设备编写组1小型型钢连轧生产工艺与设备[M]1北京：冶金工业出版社， 19991邹家祥1轧钢机械（修订版） [M]1北京：冶金工业出版社， 1993.

　　可返回浸出工序。

　　4结论S作浸出剂，在强碱性环境下浸出高砷、锑烟灰，砷的浸出率98，锑的浸出率94，铅、银、铜等有价金属进入浸出渣而可以得到回收。

　　21往浸出液中加入氧化剂，分别生成砷酸钠和锑酸钠，该过程可实现砷、锑分离。

　　31将氧化渣进行酸洗与中和，可得产品焦锑酸钠。

　　41浓缩结晶氧化后液，可得产品砷酸钠。

　　51该工艺适应性广，操作方便，生产过程基本上不造成二次污染。

　　扶志刚，等：论棒材初轧机潜能的发挥和安全性改进