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1、绪论单击此处键入1级标题错误!未找到引用源。1 绪论1.1 步进式加热炉1.1.1 步进式加热炉概述随着西方资本主义社会在18世纪进入工业革命以来，社会的发展进入到了一个全新的速度。据统计在工业革命以前世界上人均钢铁的使用量是不足5kg。然而，现在的社会发展到人均钢铁拥有量为418kg。越来越多的钢结构出现在社会建设中。所以钢铁一直是现在社会发展的主要材料。甚至一度到了供不应求的状况。这样就促使了钢铁产业的迅速壮大。至2007年，世界钢铁量已经达到了近九亿吨。但是由于技术有限，加上人们对钢铁的运用越加广泛，出现对钢材更多更新的要求。所以钢铁的冶炼技术要不断地改良。1967 年第1 座步进梁式加
2、热炉投产。中国1979年投产的步进梁式炉长为32.5米，生产能力为每小时270顿。步进梁式炉比推钢炉具有许多优点，因而成为新建轧钢厂的首选炉型。热轧宽带钢厂的规模正向大型化发展，步进梁式炉的特点之一是炉长不受推钢长度限制，因而能适应轧机的小时产量增长的形势。北京钢铁设计研究总院近20 年设计投产的40 余座步进炉，已遍及热连轧、型钢、棒线材、带钢、无缝管、开坯、锻压等钢厂以及钢带厂，1994年相继投产的太钢、梅山热连轧厂的步进梁式炉，额定产量分别为180 t/ h 和280 t/ h ，重庆钢铁设计研究院为攀钢1450 热连轧厂设计的步进梁式炉，额定产量为150 t/ h ，也在1992 年投
3、产。早期加热炉内部是用一种连续式推钢机，它的作用是将钢锭或钢坯依次推入炉内。在端出料的加热炉中，推钢机可以将加热好的钢坯从加热炉的另一端推出去。在侧出料的加热炉中，推钢机将钢坯推出至出料位置，再由出钢机将钢锭推出去；现在大多数采用的是步进式移动装置。步进式加热炉加热温度均匀，加热时间快，产量高，生产灵活性大，必要时可以将炉内坯料排空。加热时，坯料下表面的水管黑印小，坯料温度均匀，加热的效率也比较高。加热特殊钢材是，能满足对坯料表面质量（氧化、脱碳、划伤等）的高度要求；加热大型板材时，由于板坯温度均匀，有利于减少轧制时的厚度差。所以目前步进式炉在热轧板带车间以及中小型轧钢车间都得到了广泛的应用。
4、 从上世纪50年代起由于步进式加热炉移动装置的出现并且日渐成熟，在许多钢板和小型型钢生产中得到了很好的应用。作为现代冶金行业普遍采用的一种加热炉，他的优点值得我们学习。步进式加热炉的结构A、炉底结构 从炉子的结构看，步进式加热炉分为上加热步进式炉、上下加热步进式炉、双步进梁步进式炉等。 上加热步进式炉顾名思义只有上部有加热装置，固定梁和移动梁是耐热金属制作的，固定炉底是耐火材料砌筑的。这种炉子基本上没有水冷构件，所以热耗较低。这种炉子只能单面加热，一般用于较薄钢坯的加热。 与推钢式加热炉一样，为了满足加热大钢坯的需要，步进式炉也逐步发展了下加热的方式，出现了上下加热的步进式加热炉。这种炉子相当
5、于把推钢式炉的炉底水管改成了固定梁和移动梁。固定梁和移动梁都是用水冷立管支承的。梁也由水冷管构成，外面用耐火可塑性包扎，上面有耐热合金的鞍座式滑轨，类似推钢式加热炉的炉底纵水管。炉底是架空的，可以实现双面加热（步进式炉钢坯与钢坯不是紧靠在一起，中间有空隙，可认为是四面受热）。下加热一般只能用侧烧嘴，因为立柱挡住了端烧嘴火焰的方向，如果要采用端烧嘴，需要改变立柱的结构型式。上加热可以用轴向端烧嘴，也可以用侧烧嘴或炉顶烧嘴供热。考虑到轴向烧嘴火焰沿长度方向的温度分布和各段温度的控制，某些大型步进式炉在上加热各段之间的边界上有明显的炉顶压下，而下加热各段间设有段墙，以免各段之间温度的干扰；因此这样的
6、步进式炉沿炉子长度温度调节有更大的灵活性，如果炉子宽度较大，火焰长度又较短时，可以在炉顶上安装平焰烧嘴。B、传动机构 步进式炉的关键设备是移动梁的传动机构。传动方式分机械传动和液压传动两种。目前广泛采用液压传动的方式。现代大型加热炉的移动梁及上面的钢坯重达数百吨，使用液压传动机构运行稳定，结构简单，运行速度的控制比较准确，占地面积小，设备重量轻，比机械传动有明显的优点。液压传动机构如图2-12所示。图2-12b、图2-12c、图2-12d三种结构型式目前是比较常见的。我国应用较普遍为图2-12c所示的斜块滑轮式。以斜块滑轮式为例说明其动作的原理：步进梁（移动梁）由升降用的下步进梁和进退用的上步
7、梁两部分组成。上步进梁通过辊轮作用在下步进梁上，下步进梁通过倾斜滑块支承在辊子上。上下步进梁分别由两个液压油缸驱动，开始时上步进梁固定不动，上升液压缸驱动下步进梁沿滑块斜面抬高，完成上升运动。然后上升液压缸使下步进梁固定不动，水平液压缸牵动上步进梁沿水平方向前进，前进行程完结时，以同样方式完成下降和后退的动作，结束一个运动周期。 为了避免升降过程中的振动和冲击，在上升和下降及接受钢坯时，步进梁应该中间减速。水平进退时开始与停止也应该考虑缓冲减速，以保证梁的运动平稳，避免钢坯在梁上擦动。办法是用变速油泵改变供油量来调整步进梁的运行速。由于步进式炉很长，上下两面温度差过大，线膨胀的不同会造成大梁的
8、弯曲和隆起。为了解决这个问题，目前一些炉子将大梁分成若干段，各段间留有一定的膨胀间隙，变形虽不能根本避免，但弯曲的程度大为减轻，不致影响炉子的正常工作。C、密封机构 为了保证步进炉活动梁（床）能正常无阻碍地运动，在活动梁（床）和固定梁（床）之间要有足够的缝隙，缝隙一般为25mm或30mm，对步进梁来说则在梁支撑（或水管）穿过炉底部分有保证它运动的足够大的开孔。这些缝隙或开孔的存在虽然是必要的，但也容易吸入冷风，影响加热质量和降低燃料利用率，也可能造成炉气外逸，危害炉底下部设备，对轧钢用步进炉则必须考虑密封问题，目前有两种密封结构，一是滑板式密封，一是水封，前者密封较差，尤其当滑板受热变形后更不
9、能起到密封作用，水封是用得最多的结构，密封效果比较好，水封由水封槽和水封刀两部分组成，分开式和闭式两种结构，开式结构有动床和定床二重水封刀，便于清渣；闭式结构仅有动床水封刀，优点是占用空间小，紧凑。动床端头水封槽的宽度要保证大于动床水平行程的长度，水槽下部开有集渣斗，由炉底缝隙中掉落的氧化铁皮随水流定期放出。这里不得不提到的是，之所以在20世纪50年代才采用（相对于钢铁钢铁行业来说），是因为液压传动本身的特殊才致使其发展较为缓慢。到20世纪初液压传动技术从理论到实际运用才基本成熟。在21世纪液压技术的运用则标志着一个国家基础工业发展水平。在步进式加热炉移动装置液压传动系统中，液压传动作为提供动
10、梁运动的动力源起着至关重要的作用。如何设计高质量的液压装置则直接成为影响钢坯的烧结质量。早期加热炉内部是用一种连续式推钢机，它的作用是将钢锭或钢坯依次推入炉内。在端出料的加热炉中，推钢机可以将加热好的钢坯从加热炉的另一端推出去。在侧出料的加热炉中，推钢机将钢坯推出至出料位置，再由出钢机将钢锭推出去；现在大多数采用的是步进式移动装置。步进式加热炉加热温度均匀，加热时间快，产量高，生产灵活性大，必要时可以将炉内坯料排空。加热时，坯料下表面的水管黑印小，坯料温度均匀，加热的效率也比较高。加热特殊钢材是，能满足对坯料表面质量（氧化、脱碳、划伤等）的高度要求；加热大型板材时，由于板坯温度均匀，有利于减少
11、轧制时的厚度差。所以目前步进式炉在热轧板带车间以及中小型轧钢车间都得到了广泛的应用。加热炉步进式移动装置液压传动系统主要是由动梁和静梁组成。当钢坯被推进加热炉后将其置于静梁上的，此时钢坯开始被加热升温。加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大，操作不当时会粘钢造成生产上的问题，难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以
12、克服的缺点，而步进梁式炉是靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送钢管，钢管之间可以留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦，出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕，钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵活等特点，其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。全连续、全自动化步进式加热炉。1.1.2 选题背景轧钢厂在热轧钢材时，需要对钢坯进行加热。为了更好的保证钢材表面质量，使钢坯受热均匀，采用了步进加热方式。钢坯在加热过程中其前移为矩形运动；即活动梁上升，将钢坯从固定梁上托起；活动梁前移，使钢坯前步进一次；活动梁下降，将钢坯放在固定梁上；活动梁
13、后退到原始位置完成一个工作循环。步进加热克服了直推式加热时钢坯下表面与支撑梁（固定梁）移动摩擦所产生的表面磨损；同时，克服了直推式的钢坯间相互靠拢的情况，可以使钢坯散开通过炉底，有利于钢坯的加热。由于步进加热独特的优越性，使其在现代冶金工厂得到了广泛的应用。步进式钢坯加热炉产品质量好，热效率高，操作灵活，适用于多种型材坯料的连续式加热。步进式连续加热炉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。 加热炉炉床由固定梁和步进梁组成。步进梁由双重轮对的多轴框架支撑，外侧走
14、轮由升降缸驱动，从而使步进梁作上升或者下降运动。上层托轮直接托住步进梁，而步进梁直接由另一液压缸带动，可在托轮上作前进和后退运动，从而使步进梁作前进和后退运动。通过缸的操作，使步进梁做矩形迹运动，各段运动的形式可以调节，操作方式可以连续或者手动操作。同一液压油源提供步进梁传动，可以同时或交替动作；并可以逆向运动，用作为倒空炉内钢坯之用。液压传动有着其不可替代的优越性，主要表现在：A、可以获得很大的输出力或力矩，而结构并不复杂；B、可以实现较大范围的无级调速，且可在运行中直接调节；C、易于实现过载保护；D、动作灵敏，启动，停止和换向响应快，冲击小；E、自润滑性能好；F、易于实现通用化，系列化和标
15、准化，设计组装周期短；G、易于实现自动化与智能化与数控技术相结合。本课题的设计内容是设计一个步进式加热炉同步顶升的液压系统。1.1.3 设计目的由于步进炉的特点是步进周期短，运动速度较高，惯性负载大，连续工作，可靠性要求高等，所以根据这些特点系统采用液压控制比较适宜。当今，随着液压机械自动化程度的飞速发展，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化，系统集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来，液压技术与传感技术，微电子技术紧密结合，出现了许多诸如电液比例控制阀，数字阀，电认伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压，告诉，大功率，节能高效，低噪声，使用寿命长，高度集成化方面取得了重大进展。
16、所以，随着冶金轧钢工艺自动化程度的不断提高，步进式加热炉以其灵活的加热方式，加热质量好，炉长不受限制，操作方便，易于实现自动控制等优点，被愈来愈多新建的轧钢加热炉采用。液压传动传动因其体积小，负荷大，易于实现机电一体化控制等优势，在步进式加热炉中有广泛的应用。步进式加热炉有着其他加热炉无法比拟的优点，诸如，不拱钢，不粘钢，氧化烧损少，脱碳少，加热时间短，加热操作灵活，易于和轧制节奏相匹配，加热过程中不划伤，炉子长度不受限制（从理论上讲）自动化程度高，易于采用计算机控制等优点。因此尽管步进炉第一次投资费用较高，但是1967年4月由美国德兰公司设计的二面供热的步进梁式炉首先在美国格兰那特城钢铁公司问世以来，接着同年5月由日本中外炉公司为名古屋钢铁厂设计的世界上第二座步进梁式炉又相继投产，以后步进式加热炉在世界上获得了长足的发展。和推钢式连续加热炉相比，步进式炉具有以下优
