隨著本鋼的設(shè)備升級(jí)和技術(shù)改造步伐的加快，安全滑觸線、銅質(zhì)鋼體滑觸線等，導(dǎo)電性更好、運(yùn)行更穩(wěn)定、維護(hù)量更小的滑觸線逐漸取代了輕軌、角鋼等老式落后的供電滑線。煉鋼廠大板坯連鑄機(jī)系統(tǒng)于2008 年底建成投產(chǎn)，該區(qū)域的鋼水接收跨有 260 噸橋式鑄造起重機(jī) 3 臺(tái)，其供電采用 JGH-240 型銅質(zhì)拼裝式剛體滑觸線(側(cè)壓式）。但由于其自身設(shè)計(jì)、安裝質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響等原因，使得該型號(hào)滑觸線在炎熱的盛夏和寒冷的嚴(yán)冬，會(huì)隨著現(xiàn)場(chǎng)溫度的急劇變化而出現(xiàn)嚴(yán)重的膨脹和收縮，*終威脅到了吊車的安全運(yùn)行。目前，在煉鋼廠新建及改造工程項(xiàng)目中，吊車已普遍推廣使用銅質(zhì)剛體滑觸線（拼裝式或復(fù)合式），如何確保其在復(fù)雜的冶金環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到能否確保吊車運(yùn)行的安全穩(wěn)定和煉鋼廠生產(chǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。
1 JGH-240 型銅質(zhì)拼裝式剛體滑觸線產(chǎn)品介紹
JGH-240 型銅質(zhì)拼裝式剛體滑觸線是由銅型材為導(dǎo)電材料、上等“幾”型鋼為基架，采用絕緣子組件，安裝在固定支架上的一種滑觸線（簡(jiǎn)稱：滑線），斷面圖如圖 1。1、銅質(zhì)剛體滑觸線；2、沉頭螺釘；3、絕緣子；4、墊圈；5 壓板；6、托板；7、螺栓；8、墊圈。滑線每根長(zhǎng) 6 米，固定滑線的固定支架焊接在廠房梁上，每 3m 焊接 1 個(gè)做為支撐。連接時(shí)，將兩段滑觸線支架，通過內(nèi)部的鋼芯（連接板）用螺栓連接，銅導(dǎo)體則用二塊長(zhǎng)銅夾板、夾緊在支架上如圖 2。
該型號(hào)滑觸線（以下簡(jiǎn)稱滑線）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，載流量大，壓降小等優(yōu)點(diǎn)[1]。
2 銅質(zhì)拼裝式剛體滑觸線在使用中暴露出的問題
2.1 大板坯連鑄鋼水接收跨的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境
煉鋼廠大板坯連鑄系統(tǒng)的鋼水接收跨主要承擔(dān)大板坯連鑄機(jī)所需鋼水包的吊運(yùn)、熱鋼水包維修及鋼水包的烘烤預(yù)熱等工作。有 3 臺(tái) 260t 冶金鑄造起重機(jī)，軌道標(biāo)高為 26m，下方有連鑄機(jī) 2 臺(tái)、鋼包傾翻機(jī)（用于熱鋼水包維修）1 臺(tái)、鋼包烘烤器 2 臺(tái)、渣罐 2 個(gè)、鋼水包運(yùn)輸臺(tái)車 4 臺(tái)，鋼包臨時(shí)放置位 10 余處。
夏天，由于廠房?jī)?nèi)的鋼水包、熱修包、鋼包烘烤器、渣罐等熱源的表面溫度都能達(dá)到 400℃以上，使吊車上的環(huán)境溫度能達(dá)到近 50℃；冬天，當(dāng)外部氣溫下降到-25℃以下時(shí)，廠房環(huán)境溫度*低能達(dá)到-20℃左右。因此，該區(qū)域全年溫差*大時(shí)達(dá)到了 70℃，如此大的溫差對(duì)吊車滑線的穩(wěn)定運(yùn)行是*嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
2.2 JGH-240 型滑觸線在現(xiàn)場(chǎng)由于溫差變化而暴露出的問題
接收跨的吊車滑線于 2008 年 8 月份開始安裝，全長(zhǎng) 150.5m。在安裝時(shí)，施工方按照產(chǎn)品樣本中要求，即：當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)溫度為 40℃左右，在連接處預(yù)留了 3~5mm 的間隙，同時(shí)，由于滑線總長(zhǎng)度超過100m，考慮到膨脹問題，在 6#柱與 7#柱之間設(shè)置了一個(gè)一段式溫度補(bǔ)償連接器。但是，現(xiàn)場(chǎng)全年溫差達(dá)到了 70℃以上，這是當(dāng)初設(shè)計(jì)與施工所沒有預(yù)料到的，因此，在運(yùn)行的 9 個(gè)多月的時(shí)間（2008 年 10 月至 2009 年 7 月間）里出現(xiàn)了一系列因現(xiàn)場(chǎng)溫度變化而產(chǎn)生的變形問題。當(dāng)夏天氣溫升高時(shí)，滑線出現(xiàn)了嚴(yán)重的膨脹，導(dǎo)致每根滑線間的預(yù)留間隙完全消失，滑線間相互頂、擠產(chǎn)生變形彎曲，如圖 3 中（a）；當(dāng)冬季氣溫降低時(shí)，滑線出現(xiàn)了嚴(yán)重的收縮，導(dǎo)致滑線連接鋼芯斷裂，銅導(dǎo)棒從連接銅卡板中抽出。如圖 3 中（b）。
以上兩種情況*終會(huì)使吊車集電器的滑塊與滑線接觸**，造成集電器損壞、脫離、打火、短路放炮等惡性設(shè)備事故，從而造成整個(gè)區(qū)域的生產(chǎn)熱停。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 2008 年 10 月至 2009 年 7 月間，共發(fā)生由于滑線變形而引發(fā)的故障 14 起，故障臺(tái)時(shí)為 34.5 h，而每次處理時(shí)都必須要求整個(gè)大板坯鋼水接收跨的吊車滑線全區(qū)域停電（即：停止對(duì)兩臺(tái)連鑄機(jī)的所有吊罐作業(yè)和鋼包周轉(zhuǎn)），嚴(yán)重影響了大板坯連鑄機(jī)的板坯生產(chǎn)，從圖 4 可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度的急劇變化引起了滑線故障的增多。
3 剛體滑觸線熱膨脹問題的解決
3.1 剛體滑觸線解決熱膨脹問題的一般方法
國(guó)內(nèi)針對(duì)剛體滑觸線的熱膨脹一般采取溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右越鉀Q，溫度補(bǔ)償分為分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償兩種方式[2]。
分散補(bǔ)償法[2]就是在每根滑線之間預(yù)留伸縮空間，伸縮空間由安裝環(huán)境溫差確定，并且在每根滑線上加一固定支撐點(diǎn)，其它支撐點(diǎn)采用浮動(dòng)支撐。如 2.2 小節(jié)所述在安裝時(shí)，在連接處預(yù)留了 3~5mm的間隙，就是應(yīng)用了分散補(bǔ)償法。集中補(bǔ)償法[2]是在全年溫差大約 30℃，全線長(zhǎng)度超過 100m 的情況下，安裝溫度補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒āＨ?2.2 小節(jié)所述設(shè)置溫度補(bǔ)償連接器即是采用了集中補(bǔ)償法。
3.2 關(guān)于鋼水接收跨剛體滑觸線熱膨脹問題的分析
首先，在安裝方面，雖然在每?jī)筛€的連接處預(yù)留了 3~5mm 的間隙作為分散溫度補(bǔ)償，但由于施工人員經(jīng)驗(yàn)欠缺，在安裝時(shí)過于緊固壓板螺栓，造成部分滑線受熱或受凍后不能向兩端連接處均勻地伸展或收縮，*終導(dǎo)致了一部分分散補(bǔ)償?shù)倪B接間隙沒有發(fā)揮作用，而局部會(huì)因?yàn)榕蛎涍^大或收縮嚴(yán)重，造成滑線彎曲變形或斷裂。其次，由于大板坯連鑄系統(tǒng)的鋼水接收跨全年溫差超過了 70℃，原設(shè)計(jì)的一處溫度補(bǔ)償連接器無法滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的要求，補(bǔ)償效果有限。
3.3 剛體滑觸線熱膨脹問題的解決方案
3.3.1 提高分散補(bǔ)償?shù)挠行?
2008 年 12 月至 2009 年 7 月，先后利用低產(chǎn)期對(duì)接收跨的吊車滑線的連接處及支架上的卡板螺栓進(jìn)行了 6 次大的調(diào)整，對(duì)部分發(fā)生了變形的滑線連接處的間隙做了重新設(shè)置，同時(shí)，為了保證剛體滑線在溫度變化的情況下能有效地進(jìn)行伸縮，要求對(duì)固定支架上卡板螺栓的緊固進(jìn)行適度調(diào)整，將壓力調(diào)整為擰至彈簧墊圈壓力一半[4]，采用浮動(dòng)支撐以解決滑線隨溫度變化進(jìn)行伸縮的問題。
3.3.2 增加集中溫度補(bǔ)償器
根據(jù)滑線總長(zhǎng) 150.5m、地面熱源分布不均勻的實(shí)際情況，決定在 7#連鑄機(jī)對(duì)面（即 3#柱和4#柱之間）、5#RH 臺(tái)車道上方（即 1#柱和 2#柱之間）的 4 相滑線（A、B、C、PE）各增加一套溫度補(bǔ)償器，具體安裝位置如圖 5。增加 2 處補(bǔ)償器后，使 3 個(gè)補(bǔ)償器均勻地分布于整條滑線上，相互間距為 42m 左右，利于補(bǔ)償器充分發(fā)揮溫度補(bǔ)償效用。
通過廣泛地對(duì)比與調(diào)研，選擇采用了 JGH-240兩段式溫度補(bǔ)償連接器[3]，該補(bǔ)償伸縮器如圖 6，由滑觸線、導(dǎo)電軟連接線、滑套和滑桿組成，兩個(gè)滑觸線頭部被折彎，兩個(gè)彎曲的部分相互搭接，兩端頭經(jīng)過細(xì)致地打磨，每個(gè)導(dǎo)電軟連接線的兩端分別固定在兩個(gè)滑觸線的側(cè)面，兩個(gè)滑觸線底部為滑套，兩個(gè)滑套之間通過滑桿連接固定。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，強(qiáng)度大，精度高，每個(gè)補(bǔ)償器的伸縮*大設(shè)計(jì)調(diào)整量 Lmax 可達(dá)60mm，可有效吸收溫度變化對(duì)滑線的不利影響。
2009 年 7 月，利用生產(chǎn)間歇時(shí)間對(duì)接收跨滑線進(jìn)行了增設(shè)溫度補(bǔ)償器的改造施工，由于滑線固定支架為每 3m 設(shè)置 1 個(gè)，為了使增設(shè)的溫度補(bǔ)償器固定可靠，在安裝補(bǔ)償器的位置各增設(shè)支架 1 個(gè)，以提高補(bǔ)償器的穩(wěn)定性。
通過上述改造，接收跨滑線在原有的集中補(bǔ)償量的基礎(chǔ)上每相（共 A、B、C、PE 4 相）又增加了 2 處，各 60mm 的*大補(bǔ)償量，即每相滑線新增*大補(bǔ)償量達(dá)為：60×2=120mm。
4 滑線改造后的效果
經(jīng)過 1 年多的運(yùn)行證明：通過分散補(bǔ)償方式的調(diào)整，尤其是溫度補(bǔ)償器的增加，使鋼水接收跨滑線熱膨脹問題得到了徹底地解決。在 1 年多的運(yùn)行過程中，該改造方案經(jīng)受住了 2009 年冬季零下 20多攝氏度的低溫及 2010 年夏季現(xiàn)場(chǎng)近 50℃的高溫的嚴(yán)峻考驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了零故障運(yùn)行。同時(shí)，通過日常檢查監(jiān)控和測(cè)量收集的十幾組數(shù)據(jù)清晰地證明了采用浮動(dòng)支撐和增設(shè)補(bǔ)償器的有效性。
下面，以對(duì) 7#連鑄機(jī)對(duì)面滑線 C 相新增的溫度補(bǔ)償器在一年多的時(shí)間里進(jìn)行的監(jiān)控測(cè)量的數(shù)據(jù)為依據(jù)，假設(shè)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)*大調(diào)整量（Lmax=60mm）的中心點(diǎn)為 0 點(diǎn)(即：可調(diào)整膨脹及收縮都是 30mm)，則將滑線膨脹導(dǎo)致補(bǔ)償器收縮*大設(shè)為 30mm，滑線收縮導(dǎo)致補(bǔ)償器伸展*大設(shè)為-30mm，繪制成圖 7。通過圖 7 可形象地展示出補(bǔ)償器隨氣溫變化而發(fā)生的伸展及收縮的補(bǔ)償效果。
圖 7 清晰地表明，溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償量隨著現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的變化而及時(shí)改變，兩條曲線（現(xiàn)場(chǎng)溫度、補(bǔ)償量）近乎于平行運(yùn)行。其中，補(bǔ)償器在 2009年夏季的*大收縮補(bǔ)償量為+29mm（環(huán)境溫度為 47℃）；在 2010 年冬季的*大伸展補(bǔ)償量為-27mm（環(huán)境溫度為-20℃）；則從 2009 年 7 月至 2010 年 8 月，新增溫度補(bǔ)償器的實(shí)際*大補(bǔ)償量（即滑線的實(shí)際*大變化量）Lc 為：
Lc=29mm-（-27mm）
=56mm
滑線的實(shí)際*大變化量 Lc <設(shè)計(jì)*大補(bǔ)償量Lmax，由此可知：此次采用增加 2 處 JGH-240 型兩段式溫度補(bǔ)償連接器的改造方案完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)溫度變化的補(bǔ)償要求。
5 結(jié)論
鋼水接收跨滑線原設(shè)計(jì)及施工標(biāo)準(zhǔn)不能夠滿足現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境變化的要求，造成故障頻發(fā)，嚴(yán)重地影響了大板坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)，必須改造解決。根據(jù)國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)鋼水接收跨滑線進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整及技術(shù)改造，采用了浮動(dòng)支撐并增設(shè)了 2 處溫度補(bǔ)償器，每相滑線新增*大補(bǔ)償量為 120mm，使滑線受溫度影響而變形的現(xiàn)象得到了徹底地解決，由改造前的每年引發(fā)故障 14 起，故障臺(tái)時(shí) 34.5 h，變?yōu)楦脑旌蟮牧愎收线\(yùn)行。
在一年多的時(shí)間里，通過對(duì) 7#連鑄機(jī)對(duì)面滑線 C 相新增的溫度補(bǔ)償器進(jìn)行的監(jiān)控測(cè)量而取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行的科學(xué)分析，充分證明了溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償量隨著現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的變化而及時(shí)改變，滑線的實(shí)際*大變化量 Lc <設(shè)計(jì)*大補(bǔ)償量Lmax，從而證明了上述解決方案科學(xué)、有效，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。
煉鋼廠做為大型冶金企業(yè)，其工況環(huán)境極為特殊，對(duì)電氣設(shè)備的選型、安裝、調(diào)試都有其特殊的要求。因此，在改造及建設(shè)過程中，對(duì)新設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、總結(jié)整改，既是為今后的改造及建設(shè)提供了借鑒，也對(duì)提高設(shè)備管理水平具有重要意義。
