步进式加热炉液压系统设计.docx

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步进式加热炉液压系统设计

步进式加热炉液压系统设计

摘要

步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。

广泛应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。

本次设计任务是设计步进梁加热炉的液压系统，采用普通液压阀，由于在以一个运动周期中，要求能适应不同的负载变化和钢坯运动速度，要通过控制系统的流量来满足这些要求。

为了保证步进梁下降时平稳下降，在回路上采用了平衡阀，保证了其平稳下降。

为了实现钢坯在出现故障的时候能够在任意位置停止，系统加入了液压锁紧装置，以免出现系统失控。

关键词：

步进式加热炉；普通液压阀；锁紧

Stepbystepheatingfurnacehydraulicsystemdesign

Abstract

Stepbystepheatingfurnaceusethebeamatthebottomofthefurnaceofthecoolsteelbeamtorise，togoahead，tocomedown，togoback.Itiswidelyusedinthepetroleum，chemical，metalllurgy，machinery，heattreatment，surfacetreatment，buildingmaterials，electronic，materials，lightindustry，chemical，pharmaceuticalandotherindustries.

Thedesigninmainlytodesignthehydraulicproportioningsystemforthewalkingbeamtypefurnace.,Inthisdesign,thenormalhydraulicvalvewillbeused.Asweknowthespeedofthebeamwillchangeatthereasonofthechangeoftheloadinacircle,sowemustchangetheflowofhydraulicactuatingcylinder.Inordertoensureansteadydeclinewhenthewalkingbeamgoesdown.,thebalancevalveisbeenusedtoensureitssteadydecline.Asthesametime,weuselockingacuipementtofastingthebeamatanylocationincaseofmalfunction.

Keyword:

Walkingbeamtypefurnace;Thenormalhydraulicvalve;Locking

acuipement

1绪论

1.1背景及工艺

步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。

炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。

前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。

轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。

步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。

同推钢式炉相比，它的优点是：

运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

改进的步进式加热炉，属于冶金行业生产设施，它包括炉体，炉体的侧墙由内向外分别是低水泥料层、隔热砖层、硅酸铝纤维毡隔热层，炉体分为预热段、加热段、均热段，加热段的两面侧墙上设置调焰烧嘴，均热段的上加热段设置平焰烧嘴，均热段的下加热段设置调焰烧嘴，调焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设置电磁阀和调节阀，平焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设置调节阀，空气总管道和煤气总管道设置在炉顶。

炉门是轧钢加热炉的重要设备。

大型步进式加热炉的炉门，以往多采用主减速机加平衡配重的机械传动方案，这种方案无法调节炉门开启与关闭的速度，停位时冲击较大，而且设备投资也较多。

为此，设计了一种针对大型炉门升降驱动的新型液压回路，采用了液压平衡回路与缓冲回路，使得炉门升降速度可以方便的调节，减少了设备停住时的冲击，并取得了良好的经济效益。

1.2中国步进式加热炉炉门液压系统的现状与未来技术发展

大型步进式加热炉，有双侧炉门。

其中，进料炉门一侧处于冷端，炉门采用常开状态，而出料炉门随着加热炉完成出料动作，需要频繁的开启和关闭。

而且出料炉门是保护炉子加热效率与板坯加热质量的重要设备，炉门钢结构的内衬侧镶嵌了大量的保温材料，自重也比较大，运动产生的惯性冲击也比较大。

1.液压软管2.平衡缓冲阀组3.液压缸4.链条5.滑轮

图1.1炉门出料设备安装示意

以往炉门驱动，采用电动机匹配减速机组成动力单元。

再加上滑轮组、链条和配重，构成一整套完整的驱动设备。

一般情况下这套设备投资也比较的大，例如以十吨重的炉门而言，就需要两套设备，投资相应翻倍。

整套设备安装于加热炉而言，就需要两套设备，投资也相应的翻倍。

整套设备安装于加热炉顶部，吊装与安装就位也需要很大的工作量。

炉门设备的运行速度无法调定过高，在实践中，链速达到4m/s时，曾发生惯性冲击使得链条断裂的事故。

为改善炉门机械传动时存在的不足，设计了一种采用液压传动的炉门升降驱动新方案，液压回路中采用平衡回路和缓冲回路的复合设计。

1.3步进式加热炉炉门升降液压系统的特点

通过对炉门驱动方式的重新设计，与机械传动方案相比，具有以下优点：

1液压系统采用了缓冲回路，可以使得炉门开启，关闭的速度调节到更快，而运行业更平稳。

还使得炉子加热效率得到提高，并改善了板坯加热质量。

2省却了机械传动中的庞大的减速机和配重，主设备液压油缸安装在地坪上，因此降低了安装难度与安装施工时间。

3相比机械传动方案来说，采用节约了大量的设备采购成本。

目前，已经将此炉门升降驱动液压回路应用到热轧线板坯步进式加热炉工程实践之中，收到良好的经济效益。

1.4加热炉的特点

步进式加热炉于1967年在日本问世,由于一系列的特点决定它的优势,很快地得到了工业发达国家的重视,在热轧厂、线材厂、管材厂等轧钢厂推广应用,现在世界上已有一百多座步进式加热炉,代替传统的推钢式加热炉。

与推钢式加热炉相比,

步进式加热炉具有以下特点

（1）不要均热床,在同等生产能力条件下,炉长较短,节约场地和相应的维修费用。

推钢式加热炉都用推钢机推送料,由于推钢机行程及推力的限制,炉长受到一定的限制,同时钢坯之间无间隔,因此炉内钢坯加热温度不均匀,在出料端设置了实底均热床,使钢坯温度实现均热步进式加热炉采用步进间隔送料,钢坯多面加热,温度均匀,均热段已满足钢坯加热温度均匀要求,不需均热床。

（2）钢坯在支承梁上无摩擦地运行,消除滑轨划伤,黑印小,因而提高了轧制钢材的产品质量。

（3）减少空气渗入,钢坯氧化少,提高了钢坯的成材率。

由于炉子的结构,易于用进出料机出钢和进钢坯,按轧制计划进出料,关闭炉门推钢式加热炉大多用滑道出钢坯,推钢机推钢坯进料,钢坯一块一块地从装料端到出料端连成一片,装入坯料才能推出坯料,因而炉门关闭时间短。

因空气渗入而产生的钢坯氧化损失和燃料损失,步进式加热炉比推钢式加热炉少。

（4）步进式加热炉由于炉内不产生拱钢现象,炉长不受限制,故可加长预热段,提高热能利用由于自身能出空炉料,缩短停炉和升温时间,节省燃料消耗,由于进出料炉门关启自动控制,减少热能损失由于采用了先进的节能烧嘴和余热利用,提高了热能利用以及自动化控制的完善,近几年投产的步进式加热炉燃料单耗为又‘左右,而年以前建的推钢式加热炉包括早期步进式加热炉燃料单耗为为‘以上,节约能源左右能耗数字摘自日本工业炉协会编工业炉手册页燃料单耗部分

（5）炉子可将炉内钢坯全部送出,轧机停机时不会造成炉内因送不出的钢坯氧化及热能损失现象。

也便于更换钢材规格、品种。

（6）步进式加热炉送料是无冲击平稳传动,从装料端到出料端跑偏量小,不会产生推钢式加热炉的“起拱”和“粘钢”等危险,因而任何时候可确定坯料在炉内位置,从而可预计坯料出炉的准确时间,便于实现装出料过程的自动不匕。

现代步进式加热炉不仅实现了装出料过程的自动控制,而且通过计算机控制炉内温度及各种控制项目,提高产品质量设定控制空燃比,节约燃料,减少污染具有监视控制机能及自己诊断的机能,确保安全生产

2设计任务

本次任务是设计步进式加热炉液压系统，具体细节如下。

2.1设计题目

步进式加热炉液压系统设计

2.2主要技术参数及要求

已知炉门质量m=3t

运行速度V=0.1m/s

工作行程S=1m

2.3设计方案

此次设计主要是设计一个步进式加热炉液压系统设计。

要求这个液压系统能实现自动化，能进行过载保护，工作平稳，能够在一定范围内进行无级调速，在步进梁式加热炉里，钢坯移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的。

步进梁的一个工作周期分为上升下降两个动作。

在步进梁的升降运动中，运动过程都是先加速运动，后做匀速运动，最后做减速运动，速度减为0，然后切换到下一个运动过程。

在步进梁的运动中，我们始终要保证其平稳运动，既要控制进入或流出液压缸的流量。

为了满足上列工作要求，采用如下方案。

1压力的选定要根据设计任务的要求并考虑压力损失，初步选定液压系统的工作压力不能小于4MPa，由于系统工作压力应比最高工作压力低10%-20%,故系统的实际工作压力不能小于3.2MPa。

采用两个升降液压缸来完成步进梁的垂直运动，采用单向节流阀进行回油调速，从而保证升降液压缸的速度平稳，同时采用了平衡阀，保证液压缸在下降时平稳下落。

2本液压系统采用了平衡缓冲阀组成压力补偿回路，有效防止了液压缸升降时产生的惯性冲级，起到了缓冲作用。

3在快速运动的液压机械或系统需要大流量时为节省能源，通常采用多泵供油或将蓄能器作为辅动力源供油。

4以上液压缸的动作实现都要用一供一备的变量液压泵来提供压力油。

2.4拟订液乐系统原理图

液压系统原理图的拟订是从液压系统的作用原理和结构组成上润足各项设计要求的其体体现.可通过确定系统类型、选择液压基本回路以及由基本回路组成液压系统这三个步骤来实现。

2.4.1确定系统类型

液压系统主要分为开式系统和闭式系统两种类型，采用哪种类觅主要取决于液压系统的调速和散热方式。

一般来说.凡是具备较大空间可以存放油箱且不宜另外设2散热装里的系统.耍求结构尽可能简单的系统.或采用节流调速、容积一节流调速的系统，那适于采用开式类型;凡允许采用辅助泵进行补油并通过换油来达到冷却目的的系统.对工作毯

定性和效率有较高要求的系统，或采用容积调速的系统.都适于采用闭式类型。

2.4.2选择液压基本回路

主要根据执行机构的性能、负载、速度和运动形式来确定组成液压系统的基本回路.在液压系统.考书和设计手册中都可以找到关于液压基本回路的介绍内容，因此最好的方法是从参考书或设计手册介绍的诸多成熟方案中选择合适的基本回路来满足系统设计的要求.选择基本回路时既要保证主机的各项性能要求，也要考虑符合节约能深、减少发热、减少冲击等原则。

基本回路的选择应首先从对主机性能起决定作用的换向和调速回路开

始，然后根据需耍考虑其他回路。

（1）选择换向和调速方案

液压执行元件运动方向和运动速度控制是拟订液压回路的核心问超，应根据主机运动方向和调速性能要求选择合适的基本回路。

对于中小流盆的液压系统.大多采用换向阀的各种