ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПЕЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

К настоящему времени электрический привод механизмов подъема и передвижения балок практически вытеснен гидравлическим. Электрический привод используют только при ре? конструкции печей с небольшой садкой в старых цехах, где нет места для размещения станции гидропривода. Учитывая отсутствие производства в России и странах СНГ необходимой гидравлической аппаратуры, Стальпроектом, начиная с 1992 г., в гидроприводах печей закладывается аппаратура пропорционального электрического управления, запорная и регулирующая аппаратура фирмы "Pexroth" (Германия), что позволяет сооружать печи на современном мировом техническом уровне.

Оборудование нагревательных печей с шагающим подом и балками в значительной степени связано с технологическими требованиями к нагреву металла, от чего в большей степени зависит конструкция механизмов печей. В нагревательных печах с одной камерой, разделенной по нагреву на зоны, механизмы относительно просты и на каждый вид движения балок устанавливается по одному механизму их подъема и передвижения.

В печах с двумя раздельными камерами в одной камере проводят нагрев металла, а в другой — выдержку.

Совмещение непрерывной разливки стали с горячей прокаткой ставит перед Стальпроек том задачи для разработки новых конструкций механизмов печей. Подогревательные печи, как связующее звено между МНЛЗ и станом, предназначены для подогрева литой заготовки до температуры прокатки. Они должны обеспечивать прием заготовок со скоростью разливки, выдачу в стан со скоростью прокатки и накопление заготовок при задержках на стане, а при совмещении двух МНЛЗ с одним прокатным станом служат устройством, передающим заготовки с линий разливки на линию прокатки.

В мировой практике для этой цели применяют печи с роликовым подом с обогреваемой тележкой, передающей литые заготовки с линии разливки на линию прокатки. Такие печи требуют большой длины и значительного расхода жаропрочных материалов с большим содержанием никеля.

В Стальпроекте разработаны подогревательные печи, работающие от двух МНЛЗ на один стан по следующей схеме. Агрегат состоит из двух печей с шагающим подом, линии загрузки которых соосны осям МНЛЗ, а линия выдачи печей соосна с осью прокатки. Печи располагаются одна против другой без смещения вдоль оси прокатки. Загружают и выдают заготовки от МНЛЗ печным шагающим транспортером с одним уровнем передвижения заготовок. Заготовки с шагающего транспортера загрузки передают машинами загрузки на стационарные балки печи. В печах заготовки перемещаются с помощью обычного шагающего пода. Выдача нагретой заготовки из печи на единый шагающий транспортер, обслуживающий обе печи и расположенный по оси стана, производится при помощи подвижных балок печи со специальными приспособлениями, расположенными на торцах балок. Учитывая то, что шагающие транспортеры имеют ограничение по скорости транспортировки металла, шагающий транспортер, расположенный по оси прокатного стана, совмещается с рольганговой частью, что обеспечивает выдачу металла из печей со скоростью прокатки и позволяет добиться перепада температуры в заготовке ± 15 °С.

Приводы механизмов подъема и передвижения балок в таких печах могут быть как электрическими, так и гидравлическими, но обязательным условием этих приводов является полная синхронизация обеих систем движения балок.

Оборудование непрерывных термических агрегатов. Печная часть агрегатов непрерывного горячего алюминирования включает в себя горизонтальную протяжную печь термохимической обработки (ТХО) полосы перед узлом покрытия и печь отпуска полосы после нанесения покрытия. В печах установлены ролики различной конструкции в зависимости от температуры в камерах. В печи ТХО в камере бе зокислительного нагрева (КБО) установлены ролики диаметром 230 мм с водоохлаждаемым валом (температура в камере до 1200 °С), в камерах восстановительного нагрева (КВН) с температурой до 900 °С и в камерах охлаждения установлены ролики диаметром 230 мм с водоохлаждаемыми цапфами. Привод роликов цепной индивидуальный.

В печи ТХО имеется роликовый затвор на входе в печь и поворотный ролик диаметром 580 мм на выходе из печи. К печи примыкает разделительный тамбур с двумя поворотными барабанами диаметром 580 мм, при этом каждый снабжен двумя поворотными шторками для герметизации отсеков с различной газовой атмосферой.

Печь отпуска имеет три яруса роликов диаметром 180 мм с групповым цепным приводом на каждую секцию из трех роликов, расположенных один над другим. Электропривод используется при заправке полосы. В режиме эксплуатации приводы отключены, и ролики вращаются в холостом режиме за счет сцепления с полосой. В высотной части агрегата и в печи отпуска установлены поворотные барабаны диаметром 1500 мм. Наружная поверхность барабанов и роликов печи отпуска хромированная полированная, что должно исключить в течение длительного времени (до 2 лет) налипание алюмоцинкового и алюминиевого покрытия на бочки роликов и барабанов. На выходе из печи отпуска установлен центрирующий барабан диаметром 1500 мм. К печи отпуска примыкает камера струйной обдувки с 18 холостыми роликами диаметром 160 мм с хромированной и полированной поверхностью.

В дальнейшем при проектировании новых и реконструкции действующих аналогичных агрегатов намечаются следующие тенденции. В целях экономии остродефицитных и жаропрочных материалов можно уменьшить диаметр роликов печи ТХО до 180190 мм; водоохлаждаемый вал роликов КБН заменить на водоохлаждаемые цапфы; в роликах участков охлаждения печи ТХО убрать водоохлаждаемые цапфы; исключить из индивидуальных приводов роликов печи ТХО цепи и для роликов с водоохлаждаемыми цапфами заменить их навесным редуктором, соединенным с электродвигателем карданным валом, для роликов без водоохлаждения — стационарным электроприводом, соединенным с роликом карданным валом; повысить долговечность покрытия на роликах и барабанах печи отпуска для предотвращения налипания металла на их поверхность; ввести в электроприводы двигатели переменного тока с регулированием частоты вращения с помощью преобразователя частоты тока взамен применяемых в настоящее время двигателей постоянного тока.

Основным транспортирующим средством в горячих камерах башенных печей являются ролики диаметром 450 мм с водоохлаждаемыми цапфами, а в камерах охлаждения ролики диаметром 600 мм. Все ролики имеют индивидуальный электропривод и герметизированные подшипниковые опоры. Оборудование этих печей находится в эксплуатации 1520 лет и показало высокую надежность при работе со скоростью до 7,5 м/с.

В настоящее время возникает потребность в увеличении производительности печных агрегатов, в состав которых входят вышеуказанные башенные печи. Это потребует увеличения скорости транспортирования полосы и повышения требований к центрирующим устройствам для предотвращения смещения полосы относительно оси агрегата.

В оборудовании роликовых, протяжных и башенных печей широко используются циркуляционные установки, обеспечивающие циркуляцию печной атмосферы в камерах. В циркуляционных установках используются центробежные и осевые вентиляторы, предназначенные для работы при температуре до 900 °С. Расход и напор вентилятора регулируется изменением скорости электродвигателя. Для защиты от перегрева электродвигатель крепится к корпусу вентилятора через переходной водоохлаждаемый фланец.

Помимо усовершенствования основных транспортных средств — роликов и барабанов расширяется перечень операций, выполняемых механизмами печи. Сюда входят оборудование для монтажа и выемки роликов и технологического оборудования печи, датчики контроля вытяжки полосы и синхронности частоты вращения роликов, положения металла в печи и устройства для заправки полосы в печь.

Роликовые печи. Опыт проектирования и эксплуатации проходных роликовых нагревательных и термических печей показал, что применительно к оборудованию задача сводится к решению трех основных проблем: повышению долговечности роликового пода. Отсюда вытекает важность правильного выбора конструкции ролика с водоохлаждаемыми бочкой, валом и цапфами и выбор материала бочки .роликов; определению структуры механической частя роликового пода; числу роликов и двигателей на один привод, вид передачи (цепная, трансмиссионная и т.д.); определению структуры электрической части роликового пода; какой ток двигателей, индивидуальное или групповое питание и регулирование.

Роликовый под является наиболее дорогой и ответственной частью роликовой печи. При всех преимуществах этого типа печей основным недостатком является низкая стойкость подовых роликов. Для повышения их стойкости необходимо обеспечить наиболее рациональные условия эксплуатации и выбрать оптимальную конструкцию роликов.

Работа в режиме покачивания по существу является вынужденной, когда невозможно работать на проход, так как приходится решать дополнительно ряд проблем, связанных со смещением в поперечном и продольном направлениях. Когда невозможно отказаться от режима покачивания, необходимо принять наиболее рациональный режим, обеспечивающий симметричность теплового напряжения ролика. Одним из путей увеличения стойкости роликов является улучшение качества центробежного литья, уменьшение остаточной кривизны заготовки, толщины дефектного слоя внутреннего и внешнего диаметра, т.е. в результате — снижение до минимума разнотолщинности бочки ролика.

Ролик с водоохлаждаемой бочкой применяют в основном при температурах в печи выше 1250 °С. Потери тепла в этом случае чрезвычайно велики, поэтому практически эта конструкция редко применяется. Перспективным является применение многослойных бочек и водоохлаждаемых валов. Верхний слой бочки выполняют из кобальтовой стали, средний — из жаропрочной стали и внутренний — из углеродистой стали.

Другой путь — плазменное напыление на поверхность бочки износостойких покрытий. Использование коррозионностойкого жаропрочного покрытия позволяет в несколько раз повысить стойкость роликов и резко уменьшить наваривание окалины на поверхность бочки ролика. Попрежнему остается перспективным путь поиска неметаллических материалов для бочки роликов (керамические, металлокерамические, асбестовые и др. ролики). Ролики с водоохлаждаемыми цапфами являются наиболее распространенной конструкцией, применяемой в печах с температурой до 1100 °С. Большими преимуществами этой конструкции являются простота изготовления, уменьшение температурных деформаций по сравнению с роликами с водоохлаждаемым валом (^металла = кролика)» незначительных потерях тепла с водой и невозможности попадания воды в печь.

Применение этой конструкции при более высоких температурах состоит в поиске новых материалов для бочки ролика, гарантированном вращении роликов, снижении до минимума температурных напряжений в сварных швах.

Для небольших садок применяются групповые цепные приводы. В случае, если печь работает в режиме покачивания, привод жесткий без использования цепей. Для повышения гарантии вращения роликов иногда предусматривается резервирование не только источника питания, но и рабочего двигателя привода.

Для печей с большой садкой — привод групповой, через карданные валы. Индивидуальные приводы применяются редко, так как экономически не выгодны: они требуют индивидуальных системы ругулирования по скорости привода и источника питания якоря или возбуждения, что существенно удорожает электропривод.

В последнее время для печей с неглубоким регулированием скорости ~ 15 имеет место переход регулируемых приводов роликового пода с постоянного на переменный ток с частотным регулированием скорости. Это вызвано соображениями экономическими, т.е. более дешевые электропривод, двигатель и обслуживание.

Обработка листа в роликовых печах имеет ряд недостатков и прежде всего образование на роликах наростов (отложение на поверхности роликов частиц окалины с находящегося в печи металла), что вызывает дефекты на нижней поверхности листа, большие эксплуатационные расходы, частую замену роликов и радиационных труб, большое количество никеля на изготовление роликов. В роликовых печах с обработкой широкой полосы ролик получается большого диаметра. Печь с шагающим подом не может обеспечить загрузку и выдачу листа со скоростью рольганга для дальнейшей обработки металла.

Недостатки, присущие печам с роликовым подом, устранены в конструкции печи с двумя системами шагающих балок. Эта печь имеет принципиально новый механизм передвижения металла. Принцип действия механизма передвижения металла в шагающих балках известен. Цикл движения балэк по замкнутой прямоугольной траектории обеспечивает перемещение заготовок в печи без скольжения по опорным поверхностям.

Устройство механизмов печи с двумя системами шагающих балок. В новой печи стационарные балки отсутствуют, а шагающие сгруппированы в две системы. Рабочий цикл балок каждой из двух систем, как и в печи с шагающим подом, состоит из подъема, перемещения вперед, опускания и возврата, однако циклы отдельных систем сдвинуты один относительно другого по времени, а именно пока заготовка перемещается одними балками, другие балки догоняют их, принимают на себя и перемещают дальше.

Заготовка опирается то на одну, то на другую систему балок, при этом плоскость их перемещения остается неизменной, а перемещение происходит плавно и непрерывно, практически с постоянной скоростью. При этом траектории движения балок имеют форму вытянутых замкнутых кривых, сдвинутых относительно друг друга.

Привод может быть гидравлическим и электрическим. При гидравлическом приводе скорость перемещения заготовок определяется скоростью перемещения поршня в соответствующем цилиндре, что может обеспечить специальное следящее устройство. Электропривод выполнен с кулачковым механизмом. Имеется кулачковый механизм подъема и опускания и кулачковый механизм продольного перемещения балок.

Кулачковый механизм подъема (по одному кулачку на каждую систему балок), поворачиваясь на определенный угол, обеспечивает подъем и опускание шагающих балок. Кулачковый механизм передвижения (по одному на каждую систему) при повороте обеспечивает возвратнопоступательное движение системы балок I и II. Два кулачка подъема и два кулачка передвижения установлены на одном приводном валу, при вращении которого балки каждой системы совершают сложное движение в вертикальном и продольном направлениях по траектории.

Такая схема позволяет легко регулировать скорость движения шагающих балок изменением числа оборотов приводного вала. Возможно применение гидропривода. Одним из перспективных приводов печей для нагрева труб является привод системы "Рототерм", который обеспечивает вращение трубы при ее нагреве 'в печи, что дает ряд преимуществ и обеспечивает высокий нагрев труб без пятен.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994