中頻感應(yīng)加熱設(shè)備在高壓輥磨機(jī)輥套拆卸中的應(yīng)用

林 健，徐俠劍，楊 菲

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

擠壓輥為高壓輥磨機(jī)中的關(guān)鍵部件，裝配結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。輥軸和輥套采用過(guò)盈裝配，過(guò)盈量通常為 1～2 mm，輥套為高硬度淬硬鋼，其圓柱形外表面上分布有大量的柱釘，為易損件，當(dāng)柱釘磨損到無(wú)法更換時(shí)，更換輥套。筆者針對(duì)如何能夠安全、快速地拆卸輥套進(jìn)行論述。

圖1 擠壓輥結(jié)構(gòu)

1 輥套拆卸方式

輥套的拆卸方式主要有 2 種，分別為破壞性拆除和加熱拆除。破壞性拆除方式采用火焰切割（見(jiàn)圖 2）的方式將輥套沿軸向切割成 3 塊或多塊，將輥軸從輥套內(nèi)取出。該拆除方式操作簡(jiǎn)單，但拆卸時(shí)間長(zhǎng)，需要 3～5 d。同時(shí)，破壞性拆除易割傷輥軸，需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，操作復(fù)雜。

圖2 碳弧氣刨割除的輥套

加熱拆除輥套的方式是通過(guò)對(duì)輥套進(jìn)行加熱，使輥軸和輥套之間產(chǎn)生溫差，利用溫差膨脹差異消除輥軸與輥套間的過(guò)盈量，從而將輥軸從輥套內(nèi)拆除。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損拆除輥軸，便于輥軸的重復(fù)利用，但需要對(duì)輥套進(jìn)行快速加熱，熱源要求高。

常用的輥套加熱拆除方法為乙炔火焰加熱和電熱毯加熱。乙炔火焰加熱需制作多層環(huán)向火焰加熱工裝，對(duì)輥套外表面進(jìn)行噴頭火焰加熱，該方法需要同時(shí)使用數(shù) 10 個(gè)乙炔氣瓶和氧氣瓶，安全防護(hù)難度大。電熱毯加熱的加熱單元為陶瓷（見(jiàn)圖 3），在輥套加熱過(guò)程中會(huì)有柱釘因其孔內(nèi)空氣膨脹而彈出，打壞加熱單元，從而導(dǎo)致局部無(wú)法加熱，影響整體加熱效率。因此進(jìn)行安全性更高、無(wú)需接觸加熱的感應(yīng)加熱拆卸輥套的研究變得尤為重要。

圖3 電熱毯加熱器

2 中頻感應(yīng)加熱法拆卸輥套的工作原理及特點(diǎn)

中頻感應(yīng)加熱法是利用電磁感應(yīng)在工件表面產(chǎn)生渦流直接對(duì)工件表層進(jìn)行加熱，通過(guò)輥軸與輥套間的溫差以及相應(yīng)的熱脹冷縮達(dá)到拆卸輥套的目的。該方法通過(guò)電磁感應(yīng)直接加熱工件表面，加熱速度更快，熱損耗?。桓袘?yīng)線可根據(jù)工件的直徑現(xiàn)場(chǎng)纏繞，適用性更強(qiáng)；不需要接觸工件表面，感應(yīng)線圈不受工件表面溫度影響，設(shè)備不會(huì)因高溫而損壞，可靠性更強(qiáng)。

3 中頻感應(yīng)加熱拆卸設(shè)備介紹

中頻感應(yīng)加熱設(shè)備由 8 組加熱器組成，每組加熱器功率為 80 kW，8 組加熱器總功率為 640 kW。每 2 組加熱器放置到 1 個(gè)加熱控制柜內(nèi)。感應(yīng)線圈采用高溫電磁導(dǎo)線制作，以滿(mǎn)足 24 h 使用，控制柜采用自冷方式，控制柜上的控制面板可以設(shè)定工件的加熱溫度及時(shí)間等參數(shù)。設(shè)備額定電壓為 380 V，最高加熱溫度為 700 ℃。控制方式為溫度控制和時(shí)間控制2 種模式，溫度控制精度為±3 ℃。退磁方式為自動(dòng)退磁。中頻感應(yīng)加熱拆卸設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4 中頻感應(yīng)加熱拆卸設(shè)備結(jié)構(gòu)

4 中頻感應(yīng)加熱拆卸輥套的操作方法

4.1 擠壓輥熱拆前吊裝

輥套表面清理干凈，不得有物料及雜物附著。在裝配平臺(tái)上清理一塊 10 m×10 m 的裝配場(chǎng)地，場(chǎng)地臨近車(chē)間配電柜，確保主電源線足夠長(zhǎng)，周?chē)暇渚€。在裝配平臺(tái)上布置一對(duì)方箱，避開(kāi)輥套與輥軸配合處。用專(zhuān)用起吊工具將擠壓輥吊放到方箱上，輥套與方箱、墊鐵間均勻鋪設(shè) 2 層耐熱保溫石棉布。

4.2 耐熱保溫石棉布包裹

在輥套外表面及兩端面包裹耐熱保溫石棉布，外表面包裹 5 層（每層 4 mm），端面包裹 2 層，石棉布外層用耐火纖維繩捆扎牢固。（上、中、下各捆扎 1道）。在捆扎過(guò)程中，允許用塑料膠帶臨時(shí)固定，但加熱前去除所有易燃、易爆材料，確保外表面及兩側(cè)端面完全包裹，防止柱釘從包裹間隙彈出。

4.3 感應(yīng)線圈纏繞及聯(lián)接

拆卸輥套時(shí)，在輥套寬度方向均勻纏繞各組感應(yīng)線，并用耐火纖維繩捆扎牢固。具體要求如下。

（1）先纏繞一組，并與電控柜聯(lián)接，用數(shù)字電橋測(cè)量電感，確保電感在 105～130 μH 范圍內(nèi)，用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)拆卸設(shè)備的占空比，確保占空比大于 75%。若電感值和占空比滿(mǎn)足不了要求，則調(diào)整纏繞圈數(shù)或耐熱保溫石棉布的層數(shù)。后續(xù)每纏繞一組都要測(cè)量電感，避免全部纏后因電感無(wú)法滿(mǎn)足要求而返工。

（2）感應(yīng)加熱線應(yīng)先順直纏繞工件，纏繞過(guò)程中不得出現(xiàn)死彎，且纏繞方向一致。

（3）每組感應(yīng)線都要用耐火纖維繩捆扎牢固（可先用塑料扎帶固定，再用耐火纖維繩扎緊），用耐火纖維繩連接各組感應(yīng)線圈，并用纖維繩將輥套上端面的保溫棉收口固定，同時(shí)將與各組感應(yīng)線連接的耐火纖維繩與收口固定的纖維繩進(jìn)行連接，防止感應(yīng)線脫落。

（4）感應(yīng)線不得與地面及方箱之間直接接觸，要用絕緣套管或其他絕緣材料隔絕。

（5）各組感應(yīng)加熱線間距均勻，間距為 220～300 mm。

（6）將 4 個(gè)電控柜吊放在適當(dāng)位置（盡量靠近輥套，距離為 1.0～1.5 m，確保感應(yīng)線足夠長(zhǎng)）。連接好電控柜與變壓器間的 4 根 95 mm2主線。

（7）將電控柜上磁吸式溫度傳感器接至合適位置（確保輥軸與輥套交接處的輥軸端面、輥套端面各放置 1 個(gè)溫度傳感器）。感應(yīng)線圈纏繞如圖 5 所示。

圖5 感應(yīng)線圈纏繞示意

4.4 加熱拆卸

（1）天車(chē)輔助吊掛擠壓輥，鋼絲繩不受力，但不得完全松鉤（便于發(fā)現(xiàn)輥軸脫落情況）。

（2）各組感應(yīng)加熱器同時(shí)啟動(dòng)通電，檢查各組加熱器加熱功率是否正常，若出現(xiàn)其中 1 個(gè)加熱器異常報(bào)警（出現(xiàn)錯(cuò)誤代碼），應(yīng)立即緊急關(guān)停全部加熱器。

（3）操作人員檢查無(wú)誤后，按要求加熱輥套。在加熱過(guò)程中，用紅外線測(cè)溫儀每隔 15 min 檢測(cè) 1 次輥軸、輥套及感應(yīng)線的溫度，避免出現(xiàn)異常情況。加熱至預(yù)定時(shí)間前 10 min 時(shí)，斷電，將擠壓輥起吊至脫離方箱端面 100 mm 時(shí)停止（便于發(fā)現(xiàn)輥軸脫落情況），然后再次通電，當(dāng)聽(tīng)到響聲輥套脫落后，迅速吊出輥軸。若輥軸吊出部分后無(wú)法繼續(xù)吊出，繼續(xù)加熱，每15 min 試吊 1 次，直至輥軸完全脫出。

（4）斷電、冷卻后，拆除加熱器及其他工裝。

5 通用型可移動(dòng)中頻感應(yīng)加熱設(shè)備應(yīng)用實(shí)踐

截至 2020 年 6 月，中信重工已采用中頻感應(yīng)加熱拆卸的方式完成了 23 件輥套的拆卸工作，拆卸輥套的規(guī)格從?1 200 mm×1 000 mm 到?2 000 mm×1 800 mm，拆卸時(shí)間為 1.8～7.0 h。輥軸輥套完成拆卸如圖6 所示，具體拆卸情況如表 1 所列。

表1 中頻感應(yīng)加熱拆卸輥套匯總

圖6 輥軸輥套完成拆卸示意

6 結(jié)語(yǔ)

中頻感應(yīng)加熱法拆卸設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、使用安全、熱損耗小、拆卸效率高、便于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用過(guò)程中不需要對(duì)廠房進(jìn)行改造，使用方便、便捷，適用于高壓輥磨機(jī)輥套等過(guò)盈裝配零部件的拆卸?！?/p>