大口径坯管步进式工业炉故障分析及解决办法

摘要：我国大口径无缝钢管发展同比国外研究生产落后很长一段时间，从2008年起我国投建了第一套720口径无缝钢管生产线，添补了我国大口径无缝钢管产业的空白。本文研究目标是对工业炉加热坯料形式上从管坯基础上增加了对“坯管”的加热工艺中步进式工业炉设备中容易出现的故障分析以及解决办法。

关键词：工业炉； 故障分析；

中图分类号：TG307

一、功能描述

装出料方式为以辊道方式实现侧进侧出。装出料辊道轴线与炉子轴线成30°角度倾斜，以使钢管在装出料时旋转。在装料时钢管将在装料炉门外辊台准确定位。钢管在炉内采用高温计测量温度。钢管在炉内按特殊设计形状的步进梁和固定梁以步进的方式移动。步进梁及固定梁采用高合金的耐热钢铸件。步进梁及固定梁采用错齿形式，以使钢管在每一个步进周期内旋转一个角度。炉底的升降运动通过液压缸驱动。经过特殊设计以避免步进梁在运动过程中产生的加减速对钢管产生的冲击而带来的钢管表面损伤。炉内步进机构在待料期间具有 “踏步”功能。炉子布置有装出料炉门，检修门和观察炉门。炉子燃烧系统分为几个控制区，以保证钢管在管长方向的温度均匀性。烟气在装料侧下部通过排烟机强制排出，并在烟道安装换热器。烟道闸板布置在烟囱及换热器之间以遍控制炉膛压力。

二、传动描述

步进梁步进送料示意图见图1：

图1 步进梁机构步进示意图

步进梁分为动梁和静梁，静梁固定在炉底中，动梁与炉底下方步进机构连接。由驱动平移的平移液压缸及行走轮组成以及驱动升降的升降液压缸和升降摆臂驱动连杆组成。管子在进入装料门之前停在装料台上 并测量长度和直径。然后，在步进粱到位后管坯入炉，并移到炉子的第一个料位上，由步进粱将管坯送到出料侧。从装料侧出料必须在手动模式下，并且必须非常小心。

三、传动系统中的故障及解决办法：

步进梁的运动是通过炉下的步进机构实现的，支撑柱通过滑板密封系统进行密封。步进机构包括：步进框架、支撑辊、水平液压缸、升降液压缸，每个运动步骤都有加减速控制，以减少步进对钢管的冲击。另外，升降运动时，在取料和放料点，速度均控制到最大速度的50%左右，同样为减少对钢管的冲击。

通过对步进系统的设备统计以及描述我们不难看出在传动系统中采用的曲柄连杆的形式进行升降平移运动达到工艺要求动作的方案在处理驱动液压缸以及曲柄连杆故障时，检查、安装更换会出现一定的空间位置不便的情况，同时存在两侧驱动液压缸同步问题由机械式同步轴保证同时输出会产生较大的负荷扭矩。

在对炉底驱动设备安装中首先要保证各基础标高的定位准确，其中两升降液压缸的初始位置尤为关键，优先保证两液压缸零位时外观几何尺寸一致同时保证安装位置两侧定位准确，在连接曲臂以及行走轮后才能保证基准位性，随动的两侧六个个行走轮以主动曲臂行走标高为基准通过拉杆进行水平调整来保证驱动升降机构的水平。在炉内布料方面，由于液压系统的速度与承载负荷有关，所以需要进行交叉布料来保证炉底称重的均匀性。在液压传动方面，尽可能使两侧液压缸的输送管道相等且布置位置尽可能距离液压缸较近，保证液压传动的同步性。通过以上方案来减少炉底升降系统由于承载不均匀和两侧不同步所造成的故障。同时各处关节轴承处需要保证轴承着力点均衡，有益于轴承的和使用寿命。

在炉底平移动作中，平移动作设定为三个阶段分别为起始段、过程段、终点段，依次的速度特性为慢、快、慢，通过炉底行走平稳性的实际情况来设定三个阶段的速度配比。通过此方法可以改善炉底由于惯性冲击，同时也保证了炉底平移运动时，会出现的滚料现象发生。

四、燃烧系统描述

燃烧系统中炉子使用天然气为燃料。主要采用端烧嘴进行加热，炉子分成3个供热区，每区3个控制段，以实现对钢管各部温度的灵活控制。

将炉子空间分为9个温度控制区，每区设布置两支热电偶，可实现对炉膛内各区域炉温的精确测量和设定。采用先进的脉冲（大小火）燃烧控制技术，对炉温进行灵活和精确控制。

炉用辅助设备包括：天然气及氮气管路系统、助燃风机及空气管路系统、水冷系统、排烟系统、炉压调节系统、压缩空气系统。

五、燃烧系统中的故障及解决办法

燃烧系统中通常影响炉温控制的设备主要包括：助燃风机及空气管路系统、天然气及氮气管路系统、排烟及炉压系统等几个尤为重要的方面。

在实际使用中我们首先研究助燃风机及空气管路系统，在燃烧系统中助燃风机起到很关键的炉温控制作用，其助燃风机设备运行不间断。在此情况下，针对此类设备我们要求严格监控、管理，通常容易出现的问题有风机震动过大、异响、风压不足等情况，以及管路控制调节阀定位不准确的情况。

在实际生产应用中助燃风机的安装维护需要有很严谨科学的工作态度，通常风机安装维护要求很严格，例如联轴器同轴度、风叶动平衡、地脚减震以及轴承箱的震动参数和运行温度等要求，周期性进行记录测量检查很关键。同时不要疏忽小的问题，例如联轴器的矫直孔螺栓和减震垫的使用情况容易在高速运转中不易察觉，会造成一系列的问题出现。

空气、天然气、氮气以及炉压系统我们这里归纳在一起进行研究，主要构成设备包括管路的流量调节阀及检测元件、压力控制调节阀等关键设备。其中管路流量以及炉内压力调节中通常我们使用带有定位器的气动蝶阀来实现，气动蝶阀通常会出现动作不准确或卡阻等现象，给燃烧系统控制造成故障事故。

这里我们总结几个方面，首先周期性对各个气动调节阀进行零位测定，通常我们针对阀体的0、25、50、75、100五个点进行校核，防止出现零位漂移的现象。其现象形式通常表现为关不严、开不准、开不到位等情况。其次在周期使用寿命中我们要对气缸以及阀体进行下线修理，通常出现的故障有气缸密封损坏，阀体轴承卡阻以及翻板松动或脱落等现象。在安装新的气动调节阀时我们需要注意其阀体气缸的驱动形式为正或反作用驱动，其表现形式为输入值与实际动作相反。

在检测元件中我们通常会遇见检测不准或检测部出等情况，大多数情况是由于现场环境造成，例如：粉尘、水、杂物等，所以我们在对此类元件维护时，要进行定期的检查清理，以保证元件的正常使用。

六、结论

通过理论与实践的相结合，在长期的大口径步进式工业炉设备生产维护中总结出有效科学的经验积累，由简入繁至由繁入简高效率标准化的实现设备维护工作，能在实际生产实践中降低生产成本，增加设备寿命，提高产品市场竞争力。

参考文献

[1] 成大先著.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004.1.

[2] 李茹.机械工程基础.西安电子科技大学出版社，陕西，2004.

[3] 苍大强. 国内外工业炉技术的发展现状及趋势.北京电子科技大学.2010

[4] 徐兆康. 工业炉设计基础.上海交通大学出版社.2004