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特殊钢锭翻转装置的结构设计与应用

张建国^①，尹海元

(中冶京诚工程技术有限公司 北京 100176)

摘 要：对特殊超大钢锭翻转装置的功能特点、用途以及目前钢锭的上线上料方式中存在的问题进行了阐述说明；并对本翻转装置的设计结构、工作原理、操作使用方式进行了较为详细的说明；本翻转装置在江阴兴澄特钢4300mm宽厚板轧钢工程中得到实际应用，经实际应用考核表明，本翻转装置运行平稳可靠、操作灵活方便、控制准确可靠，翻转周期任意可调，达到预期目的，值得大力推广应用。

关 键 词：特殊超大钢锭；翻转装置；曲柄连杆机构；接收辊道

1 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，钢锭翻转装置做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而来的特殊钢锭翻转为立式，然后由夹钳钳住立式装入炉内；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。

过去一般的均热炉加热的钢锭都较小，钢锭的规格均在30t～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工艺制造，这对于一般的制造厂来说，难度很大，铸造成本极高。

对于30t～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的方式，即夹钳夹持加热后的钢锭，直接缓慢放置于接收辊道，这样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，而且钢锭放置接收辊道后多数不能够对中辊道中心放置，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。

论述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。

2 本翻转装置的基本结构设计

说明图1、图2是本翻转装置的基本结构简图，该翻转装置安装于均热炉后主轧线前端，其功能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。其结构主要包括翻板、翻板支座、曲柄拉杆机构、电机减速机驱动系统、制动系统等部件。其配套设备有钢锭接收辊道，本文不对接收辊道进行论述。

本翻转装置采用变频调速交流驱动电机(2)通过带制动盘的联轴器(3)与减速机(1)相连接而进行动力传递。减速机要耐高温、抗冲击、采用双端输出轴型，输出轴不仅要传递扭矩而且要可承载加大的径向力和弯矩作用。

旋转曲柄(4)通过双键+过盈配合的方式和减速机(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(5)受力不均，从而影响翻板(9)的正常翻转。

拉杆(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(9)的侧梁上焊接设置有加强隔热罩(7)，同时加强隔热罩还可防止钢锭在放落翻板时，意外倾斜而向减速机方向倒去；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，设置有四组气动钳盘式制动器(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，使设备停止运转并都留在相关位置；同时根据工艺要求，在翻板直立和水平时，提供制动，保证钢锭的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(9)时对设备的冲击，在基础上设计有固定梁(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(9)通过转轴安装在翻板支座(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(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。

3 本翻转装置的工作原理

图1、图2是本特殊钢锭翻转装置结构简图，包括减速机(1)、驱动电机(2)、带制动盘联轴器(3)、旋转曲柄(4)、拉杆(5)、固定梁(6)、隔热罩(7)、特殊钢锭(8)、翻板(9)、翻板支座(10)、接收辊道(11)、气动制动器(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－直立一个过程，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。

本文所述的特殊超大钢锭翻转装置具有以下技术性能特点：翻转钢锭最大重量可达65t；翻转钢锭尺寸规格：1770×850×2630～2100×1000×4000mm；钢锭翻转周期：＜15s；翻转周期：1～4次/min；翻转钢锭最大温度：1200℃；制动器制动力矩：4×2100N·m。

4 本翻转装置的实际工程应用

江阴兴澄特钢是国内较大的特钢企业，在三期项目中的4300mm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1000mm×2100mm×4000mm(厚×宽×长)。

本工程完成后，产品在品种、质量上在国内外都将具有很强竞争力。该工程由我院负责技术设计并技术总负责，项目于2010年正式投产运行。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。

经过该厂对本翻转装置的实际应用考核，结果表明，本翻转装置运行平稳可靠、操作灵活方便、控制准确可靠，翻转周期任意可调，得到用户的一致好评。

5 结论

1)本翻转装置结构简单、运转平稳、控制精确、可翻转特殊超大规格的超大电渣钢锭，最大翻转重量可达65t，彻底解决了传统钢锭上线方式中存在的上料周期长、上料节奏不便于控制、钢锭放置偏斜、接收辊道易损等问题。随着新建中厚板、厚板轧线和改扩建项目的增多，这种钢锭的翻转装置的需求相应也会同步增长。

2)本翻转装置在江阴兴澄特钢三期项目的4300mm宽厚板轧钢工程中得到实际应用，经过实际热负载运行考核，其运行平稳可靠、钢锭的上线节奏控制调节灵活方便、运行效果良好，得到用户的肯定和好评，值得大力推广应用。

参 考 文 献：

[1]    马少飞．宽厚板冷床的技术特点分析[J]．轧钢，2009，Vol．26(6)：43－45．

[2]   成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[3]   吴德强．一套典型宽厚板生产线的工艺及设备[J]．轧钢，2008，Vol．25(1)：37－40．