CN107449275A - 步进炉用步进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种步进炉的步进装置，包括：升降框架，升降框架能够作升降运动；平移框架，平移框架设置于所述升降框架上，能够沿水平方向移动；储能部件，储能部件连接至升降框架，用于储存升降框架及其载荷的重力势能。通过储能部件可存储升降框架及其载荷的重力势能，升降框架下降时储能部件储存其重力势能，升降框架上升时储能部件释放重力势能，从而大幅减少升降驱动装置的功率，使得步进装置运行高效平稳、有效降低运行能耗，降低工程设备投资。

Description

步进炉用步进装置

技术领域

本发明涉及工业炉技术领域，具体涉及一种步进炉用步进装置。

背景技术

步进炉是钢铁行业大量采用的炉型，例如钢铁厂轧钢车间的轧前加热炉、无缝钢管厂热轧管生产线的荒管再加热炉、钢管热处理线的淬火炉和回火炉等，其数量庞大。

步进炉依靠步进装置不断重复的矩形步进运动来移动料坯，将料坯从装料端连续不断地输送到出料端。在这一过程中料坯逐步完成预热、加热和均热，达到工艺所需要的温度。

现有步进炉的步进装置的运行方式为：

第一步：上升运动。升降装置(连同其所承载的平移框架、步进梁和料坯等)在升降驱动系统的驱动下作上升运动，将电能转换为升降装置(连同其所承载的荷载)的重力势能的增量和摩擦耗能。

第二步：高位平移前进运动。平移框架(连同其所承载的步进梁和料坯等)在平移驱动系统的驱动下在升降装置上作平移前进运动。

第三步：下降运动。升降装置(连同其所承载的平移框架、步进梁和料坯等)在升降驱动装置的驱动下作下降运动，电能用于克服升降装置(连同其所承载的荷载)的重力冲击和克服摩擦。

第四步：低位平移后退运动。平移框架(连同其所承载的步进梁和料坯等)在平移驱动系统的驱动下一起在升降装置上作平移后退运动，回到初始位置。

步进装置每做一次“上升—前进—下降—后退”的矩形步进运动便可以将料坯前送一步，不断地重复这一矩形步进运动，料坯就会一步一步往前走，最终完成将料坯从装料口送到出料口的目的。

根据现有工程的运用情况，现有步进装置主要存在以下问题：

1)上升过程中，升降驱动系统需要克服升降装置(连同其所承载的荷载)的重力做功。由于这一重量非常大，通常都有一千多吨，所以驱动系统的功率非常大，通常装机容量会达到几百千瓦。一方面造成工程投资较高；另一方面电能消耗巨大，生产运行成本高。

2)在下降过程中，由于重力的作用，步进装置有加速下冲的趋势，升降驱动系统需要继续工作，抵消步进装置的巨大重力势能，避免造成快速下冲事故。巨大的重力势能不但不能回收利用，同时还被迫消耗电能。

因此，有必要研发出一种节能型步进装置，简单有效地回收利用下降过程中巨大的重力势能，大幅度降低驱动系统的功率，避免造成下冲事故，有效降低运行能耗，并降低工程投资。

发明内容

本发明的目的是提供一种步进炉用步进装置，克服现有步进装置存在的装机功率大、投资高、运行能耗高的缺点，提高步进装置运行的平稳性。

为了实现上述目的，本发明提出一种步进炉用步进装置，包括：

升降框架，所述升降框架能够作升降运动；

平移框架，所述平移框架设置于所述升降框架上，能够沿水平方向移动；

储能部件，所述储能部件连接至所述升降框架，用于储存所述升降框架及其载荷的重力势能。

优选地，所述储能部件包括配重块和滑轮，所述配重块通过绕过所述滑轮的连接件连接至所述升降框架，从而所述配重块的运动方向与所述升降框架的运动方向相反。

优选地，所述步进炉用步进装置还包括导向装置，所述导向装置设于所述配重块外部，用于限制所述配重块的运动方向。

优选地，所述滑轮设置于所述导向装置上。

优选地，所述步进炉用步进装置还包括分别设置于所述升降框架的上表面和下表面的上轮组和下轮组。

优选地，所述步进炉用步进装置还包括斜轨，所述下轮组能够在所述斜轨上滚动。

优选地，所述斜轨的下端设有挡块。

优选地，所述步进炉用步进装置还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置用于辅助驱动所述升降框架上升或下降。

优选地，所述升降驱动装置是液压驱动装置或电驱动装置。

优选地，所述步进炉用步进装置还包括平移驱动装置，所述平移驱动装置用于驱动所述平移框架沿水平方向移动。

本发明提供的步进炉用步进装置的有益效果在于：

1、升降框架上升运动，储能部件释放其所储存的势能用于驱动升降框架及其上方载荷上升；升降框架下降运动，储能部件将升降框架及其上方载荷减少的重力势能转化为储能部件势能加以储存；平移框架及其上方载荷可沿水平方向往复运动；从而可实现“上升-前进-下降-后退”的矩形步进运动，可有效降低运行能耗和工程设备的投资。

2、当升降框架及其上方载荷在升降驱动装置驱动下，借助下轮组沿斜轨下降时，升降框架通过绕过滑轮的连接件拉动配重块上升，配重块将升降框架及其上方载荷的重力势能转化为配重块的重力势能，可以避免造成下冲事故；当升降框架及其上方载荷沿斜轨上升时，配重块下降并释放其所储存的重力势能用于驱动升降框架及其上方载荷上升，从而大幅度降低升降驱动装置的功率，保证步进装置运行的平稳性。

3、平移框架及其上方载荷在平移驱动装置作用下，借助上轮组沿水平移动，运行高效、节能、设备寿命长。

4、导向装置保证运行过程中配重块升降时不会晃动，运行平稳，减少料坯跑偏。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明一个实施例中的步进炉用步进装置结构示意图。

附图标记说明：

1、上轮组；2、挡块；3、下轮组；4、升降框架；5、斜轨；6、基座；7、升降液压装置；8、钢绳；9、配重块；10、导向装置；11、滑轮；12、平移液压装置；13、平移框架；14、步进梁；15、炉底基础坑。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明的实施例提供一种步进炉用步进装置，包括：

升降框架，升降框架能够作升降运动；平移框架，平移框架设置于升降框架上，能够沿水平方向移动；储能部件，储能部件连接至升降框架，用于储存升降框架及其载荷的重力势能。

步进装置设置于步进炉下方的炉底基础坑内，炉底基础坑内固定有基座，用于承载升降框架、平移框架、步进梁及炉内料坯等。平移框架设置于升降框架上方，用于承载步进梁及炉内料坯，作水平前进和后退运动。升降框架位于基座上方，承载平移框架、步进梁及炉内料坯等，可以使得其上方的荷载垂直升降运动。储能部件可将升降框架及其载荷的重力势能转化为储能部件的势能；升降框架下降时储能部件将升降框架及其载荷减少的重力势能加以存储，升降框架上升时储能部件释放其存储的势能，减少升降框架上升时的外加驱动力，使得步进装置运行高效平稳，可有效降低运行能耗和工程设备的投资。

作为优选方案，储能部件包括配重块和滑轮，配重块通过绕过滑轮的连接件连接至升降框架，从而配重块的运动方向与升降框架的运动方向相反。

当升降框架及其上方的载荷下降时，升降框架通过绕过滑轮的连接件拉动配重块上升；当配重块下降时，配重块通过绕过滑轮的连接件拉动升降框架及其上方的载荷上升。配重块和升降框架紧密连接，连接件受力恒定，工作状态平稳，使用寿命长。

具体地，配重块的配重量可根据步进炉装载量进行调整，灵活配重。

具体地，配重块通过绕过滑轮的柔性绳索连接件与升降框架连接，柔性绳索包括钢绳、链条等。

作为优选方案，本实施例的步进炉用步进装置还包括导向装置，导向装置设于配重块外部，用于限制配重块的运动方向，导向装置固定于基座。

具体地，导向装置内设有导轨，配重块沿导轨上下滑动，防止配重块发生晃动，保障设备运行平稳、可靠。

作为优选方案，滑轮设置于导向装置上。

具体地，滑轮还可以设置在炉底基础坑内的滑轮专用基座上。

作为优选方案，本实施例的步进炉用步进装置还包括分别设置于升降框架的上表面和下表面的上轮组和下轮组。上轮组用于平移框架的平移运动，下轮组用于升降框架的升降运动。

作为优选方案，本实施例的步进炉用步进装置还包括斜轨，下轮组能够在斜轨上滚动，斜轨为多个，固定设置于炉底基础坑的基座上。

作为优选方案，斜轨的下端设有挡块，防止步进装置掉落。

作为优选方案，本实施例的步进炉用步进装置还包括升降驱动装置，升降驱动装置用于辅助驱动升降框架上升或下降。

作为优选方案，升降驱动装置是液压驱动装置或电驱动装置，升降驱动装置一端固定于基座上，另一端固定于升降框架下表面，用于辅助驱动升降框架升降运动。

作为优选方案，本实施例的步进炉用步进装置还包括平移驱动装置，平移驱动装置用于驱动平移框架沿水平方向移动，平移驱动装置为液压驱动装置，其一端固定于炉底基础坑上或基座上，另一端与平移框架连接。

实施例

图1示出了本发明一个实施例中的步进炉用步进装置结构示意图。

如图1所示，实施例提供一种步进炉用步进装置，包括：

升降框架4，升降框架4能够作升降运动；平移框架13，平移框架13设置于升降框架4上，能够沿平移方向移动；储能部件，储能部件连接至升降框架4，用于储存升降框架4及其载荷的重力势能；储能部件包括配重块9和滑轮11，配重块9通过绕过滑轮11的钢绳8连接至升降框架4下表面的连接件，从而配重块9的运动方向与升降框架4的运动方向相反。导向装置10，导向装置10套设于配重块9外部，用于限制配重块9的运动方向，导向装置10固定于炉底基础坑15上的基座6侧面；导向装置10内侧设有导轨，配重块9沿导轨上下滑动，防止配重块9发生晃动；滑轮11设于导向装置10顶部。

本实施例的步进炉用步进装置还包括分别设置于升降框架4的上表面和下表面的上轮组1和下轮组3。上轮组1用于设置于升降框架4上的平移框架13的平移运动，下轮组3用于升降框架4的升降运动。

还包括斜轨5，下轮组3能够在斜轨5上滚动，斜轨5为多个，固定设置于炉底基础坑15的基座6上；斜轨5的下端设有挡块2，防止升降装置掉落。

本实施例的步进炉用步进装置还包括升降液压装置7，升降液压装置7用于辅助驱动升降框架4上升或下降，升降液压装置7一端固定于基座6上，另一端固定于升降框架4下表面；平移液压装置12，平移液压装置12用于驱动平移框架13沿水平方向移动，平移液压装置12的一端固定于炉底基础坑15上，另一端与平移框架13连接。

本发明实施例的步进炉用步进装置输送坯料的具体步骤如下：

第一步：上升运动。升降框架4及其上方承载的平移框架13、步进梁14和料坯等，在储能部件的配重块5的重力的驱动下，并借助升降液压装置7提供的少量辅助驱动力稳步上升，配重块5则稳步下降，将配重块5的重力势能转换为升降框架4及其所承载的荷载的重力势能，节省升降液压装置7的能耗。

第二步：高位平移前进运动。平移框架13及其所承载的步进梁14和料坯等在平移液压装置12的驱动下，作水平前进运动。

第三步：下降运动。配重块5在升降框架4及其所承载的平移框架13、步进梁14和料坯等的重力的驱动下，并借助升降液压装置7提供的少量辅助驱动力稳步上升，升降框架4及其所承载的荷载则稳步下降，将升降框架4及其所承载的荷载的重力势能转换为配重块5的重力势能加以回收储存，节省升降液压装置7的能耗。

第四步：低位平移后退运动。平移框架13及其所承载的步进梁14和料坯等，在平移液压装置12的驱动下作水平后退运动，回到初始位置。

步进装置每做一次“上升—前进—下降—后退”的矩形步进运动便可以将料坯前送一步，不断地重复这一矩形步进运动，料坯就会一步一步往前走，最终完成将料坯从装料口送到出料口的目的。在这一过程中料坯逐步完成预热、加热和均热，达到工艺所需要的温度。

本发明实施例的节能效果分析：

一个典型的1780mm热轧线配置4座步进炉，每座步进炉的步进装置的总荷载约为1500t(料坯约1000t，步进梁14、平移框架13和升降框架4等合计约500t)，斜轨面倾斜角α＝11.5°，推荐配重为160t～180t。

若采用传统步进装置，每座步进炉的升降驱动装置一般配置5台功率为90kW的液压恒速主泵，其中4台运转，1台备用；若采用本发明实施例提供的步进装置，则每座步进炉的升降驱动装置仅需配置3台功率为75kW的液压恒速主泵，其中2台运转，1台备用。

两种步进装置的比较：

一次性投资比较：采用传统步进装置需配置5台90kW的主泵；采用本发明实施例提供的步进装置仅需配置3台75kW的主泵。配套动力电缆也会相应减少，投资约节省50％。

运行费用比较：

1、若采用传统步进装置：年耗电量A＝90kW×7200h×4＝259.2万(kWh)

2、若采用本发明实施例提供的步进装置：年耗电量A＝75kW×7200h×2＝108万(kWh)

其中7200h是典型的热轧车间步进加热炉的年作业时间。

两相比较，若采用本发明实施例提供的步进装置每座步进炉每年可以节约电能151.2万(kWh)，若电价按照0.75元/(kWh)，这每座步进炉每年可以节约电费113.4万元，一个1780mm热轧线配置的4座步进炉每年可以节约电费453.6万元。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种步进炉用步进装置，其特征在于，包括：

升降框架，所述升降框架能够作升降运动；

平移框架，所述平移框架设置于所述升降框架上，能够沿水平方向移动；

储能部件，所述储能部件连接至所述升降框架，用于储存所述升降框架及其载荷的重力势能。

2.根据权利要求1所述的步进炉用步进装置，其特征在于，所述储能部件包括配重块和滑轮，所述配重块通过绕过所述滑轮的连接件连接至所述升降框架，从而所述配重块的运动方向与所述升降框架的运动方向相反。

3.根据权利要求2所述的步进炉用步进装置，其特征在于，还包括导向装置，所述导向装置设于所述配重块外部，用于限制所述配重块的运动方向。

4.根据权利要求3所述的步进炉用步进装置，其特征在于，所述滑轮设置于所述导向装置上。

5.根据权利要求1所述的步进炉用步进装置，其特征在于，还包括分别设置于所述升降框架的上表面和下表面的上轮组和下轮组。

6.根据权利要求5所述的步进炉用步进装置，其特征在于，还包括斜轨，所述下轮组能够在所述斜轨上滚动。

7.根据权利要求6所述的步进炉用步进装置，其特征在于，所述斜轨的下端设有挡块。

8.根据权利要求1所述的步进炉用步进装置，其特征在于，还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置用于辅助驱动所述升降框架上升或下降。

9.根据权利要求8所述的步进炉用步进装置，其特征在于，所述升降驱动装置是液压驱动装置或电驱动装置。

10.根据权利要求1所述的步进炉用步进装置，其特征在于，还包括平移驱动装置，所述平移驱动装置用于驱动所述平移框架沿水平方向移动。