20辊轧机齿轮站的改造设计

摘 要：本文针对引进的20辊轧机齿轮站存在的设计缺陷进行分析研究，制定了相应的改造方案，从根本上解决了原系统预热装置所存在的弊端。

关键词：20辊轧机；预热；循环加热系统；长城CKD-220齿轮油；齿轮站

1 概述

近年来20辊轧机以其精度高、轧制速度快、板型控制精确、手段多样而成为钢铁、有色金属带、箔材轧制的重要生产手段，因以上的优越性国内外各大型钢铁企业无一例外均装备此类设备。公司引进的德国Sundwig公司生产的世界先进20辊冷轧机采用计算机轧制速度控制、厚度自动控制、板型控制以及电液伺服压下自动控制等先进的自动控制方式，广泛适用于不锈钢、铝、铜等金属带材轧制。但设备实际运行中发现其齿轮站存在的设计缺陷。

2 问题描述

20辊轧机轧制速度高达每分钟数百米，作为轧机核心的传动、左右两侧卷取机的齿轮箱方式采用稀油集中方式，系统包括油箱、液位监测、泵、高压过滤器、回油过滤器、板式换热器、电加热器、流量监测等构成。为保证运行安全该系统设定泵的启动条件为油温达到30℃方可启动，正常运行温度在30℃～45℃，为此在油箱回油侧壁安装了单位功率为1050瓦的加热器6支用于油品加热，当系统温度达到45℃时冷却水电磁阀开启，由板式换热器进行油品的冷却。

在实际使用中发现，冬季环境温度较低时齿轮站所在的轧机地下室温度仅维持在15℃，生产前需启动电加热器加热油。油温达到设定值需要4个小时，且刚启动时泵的噪音十分剧烈，甚至造成泵出口DN80管道焊缝开裂。该系统存在以下问题：（1）油在静止状态下加热，对于粘度大流动性差的油品有较大的隐患。（2）站的油箱容积为4m3，油品添加量为3.6m3，油箱分隔为两个腔室，即吸油腔和回油腔两部分，加热器安装于回油侧易导致油温不均匀。（3）油温不均导致回流油液含有大量气泡（回油观察窗可看到），在短时间内不易分离，导致油泵吸入大量气泡由此产生的气穴效应造成系统噪音高达105db，同时剧烈振动造成出口管道开裂。（4）冬季启动轧机时需预先加热油4小时，影响生产效率，同时造成大量人力资源浪费。

3 原因分析

针对20辊轧机轧机齿轮站存在的问题进行分析研究，可以得出系统产问题的根本原因：

（1）油品系统设计要求采用长城CKD-220齿轮油，由于该油品运动粘度达到198～242mm2·s-1，在低温状态下（15℃）其运动粘度达到761～964mm2·s-1，由此可见该油品的低温流动性很差，在静止状态下加热，极易造成加热体附近的油温升过快而碳化，并在管状加热器表面形成结焦，碳化后的油品不仅品质和能力下降，同时会造成过滤器堵塞、加热体过烧甚至着火等故障隐患；

4 解决方案

4.1 加强齿轮油的流动，利用油箱底部排污阀安装一台齿轮泵将油从油箱的吸油腔下方排污口输送到回油腔，从而形成一个循环回路，以保证油箱内的油液充分流动，同时齿轮泵采用低位安装，油面高于泵吸口近一米可大幅度降低泵的吸油阻力。

4.2 提高油的加热效率，缩短加热时间，结合工厂现有的加热体现状，在循环管路上增加两组单个加热功率为6KW的加热体，用DN100钢管制作加热器，两组加热器串联安装，油品由加热器下部进入上端排出。

4.3 加强油品流动在加热器内形成紊流，由齿轮泵强制油品流动，提高换热效率避免油品结焦。

4.4 保证系统安全运行，齿轮泵与加热体的启动在电气控制回路中设置联锁，即齿轮泵启动后方可投入加热；控制齿轮泵的接触器、在泵吸口安装电接点温度计检测到油温达到30℃时停止加热器和齿轮泵。加热系统如图1所示。

5 改造效果

20辊轧机齿轮站改造完成后投入应用，在实际应用当中取得了良好效果，从根本上解决了系统原先存在的问题：（1）系统的加热功率由原先的6.3KW增加到目前的18.3KW，预热时间由原先的4小时提高到目前的1.4小时，有效提高了单班作业效率。（2）站的噪音指标由105db下降到93db，管路振荡现象得到很大改善；（3）改造没有迷信国外先进设备的系统设计，而是实际出发，经过实践检验，改造后的系统稳定高效；该项改进也获得德国Sundwig公司轧机主设计专家的肯定和评价，将此改进作为设计修改内容在今后的系统设计中固化。

参考文献

[1]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社.

[2]李吉林.温度计量[M].北京：中国计量出版社.

[3]新型接触器和继电器实用手册[M].北京：电子工业出版社.

[4]王修彦.工程热力学[M].北京：机械工业出版社.

[5]油品各指标参数由长城油厂家提供[Z].