確保2250熱軋粗軋機(jī)主軸螺栓的緊固質(zhì)量的研究

周 毅, 王 濤

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確保2250熱軋粗軋機(jī)主軸螺栓的緊固質(zhì)量的研究

周 毅, 王 濤

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 寶山 200941）

2250熱軋R1、R2軋機(jī)中間軸與主電機(jī)之間采用以雙頭螺栓連接的連接方式，雙頭螺栓的螺桿部分與連接孔之間采用間隙配合形式?；诠ぷ鹘?jīng)驗(yàn)，改進(jìn)制備了典型形態(tài)的鋁系混凝劑，進(jìn)行了混凝劑投加量對(duì)混凝去除有機(jī)物效果的研究。

主軸螺栓；擰緊力矩；預(yù)緊力

1 引 言

寶鋼股份羅湛江鋼鐵2250熱軋廠粗軋R1軋機(jī)為二輥可逆式軋機(jī)、R2軋機(jī)為四輥可逆式軋機(jī)，主傳動(dòng)軸為滑塊式接軸，分別與上下主電機(jī)相連[1,2]。2250熱軋R1、R2軋機(jī)中間軸與主電機(jī)之間采用以雙頭螺栓連接的連接方式，雙頭螺栓的螺桿部分與連接孔之間采用間隙配合形式，為了實(shí)現(xiàn)輸出扭矩的正常傳遞，必須保證雙頭螺栓的預(yù)緊力矩達(dá)到一定的數(shù)值[3-5]。由于整個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩僅僅靠中間軸和主軸間的平面法蘭表面摩擦力來(lái)傳遞，沒有任何鍵，因此，足夠的螺栓預(yù)緊力是非常必要的。2250熱軋粗軋機(jī)R1、R2機(jī)組于2015年11月正式開始投入運(yùn)行時(shí)R2軋機(jī)主軸振動(dòng)發(fā)現(xiàn)異常，我們利用定修停機(jī)時(shí)間拆開R2軋機(jī)主傳動(dòng)軸接軸防護(hù)罩，發(fā)現(xiàn)一顆螺栓已經(jīng)斷裂，業(yè)主決定停機(jī)進(jìn)行分析處理[6-8]。經(jīng)過試拆（利用液壓扳手，最大轉(zhuǎn)矩43 100 N·m），發(fā)現(xiàn)每顆螺栓在液壓扳手泵壓顯示30 MPa左右時(shí)螺栓就已拆松，查表得知此時(shí)拆松力矩為17 530 N·m[9-12]，利用此力矩推算實(shí)際擰緊力矩只有11 687 N·m。根據(jù)西馬克設(shè)備方圖紙技術(shù)參數(shù)計(jì)算螺栓擰緊力矩：=0，（一般取0.1～0.2，根據(jù)潤(rùn)滑方式不同而不同）這里值根據(jù)西馬克專家意見取0.125，=0.125×3 800×90=42 750 N·m。對(duì)比可知，原螺栓擰緊力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 實(shí)驗(yàn)分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在緊固主軸連接螺栓過程中另一頭螺母發(fā)生跟轉(zhuǎn)，此時(shí)的擰緊力矩只達(dá)到液壓扳手最大值的1/4。經(jīng)討論決定在螺栓另一頭制作輔助工裝將螺母擋死，采用雙向緊固方式，防止在緊固螺栓過程中另一頭螺母發(fā)生跟轉(zhuǎn)。經(jīng)過試驗(yàn)，利用液壓扳手可以達(dá)到緊固要求。但新的問題隨之出現(xiàn)：①采用輔助工具定位后又容易鎖死，很難卸下，影響工作效率。②由于液壓轉(zhuǎn)矩扳手動(dòng)力頭外形尺寸特殊，根據(jù)螺栓對(duì)稱緊固順序，在緊固過程中需經(jīng)常調(diào)整位置，M90以上的液壓扳手動(dòng)力頭均在30 kg以上，調(diào)整位置至少要2人配合，施工極為不便。③根據(jù)公式=0換算扭矩時(shí)由于系數(shù)要根據(jù)潤(rùn)滑材料取值，潤(rùn)滑材料的涂抹質(zhì)量也影響了值的穩(wěn)定，無(wú)法確保緊固質(zhì)量。④由于主軸螺栓擰緊力矩為42 750 N·m，根據(jù)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其拆松力矩甚至達(dá)到64 125 N·m以上，使用現(xiàn)有的液壓轉(zhuǎn)矩扳手緊固無(wú)法達(dá)到拆除要求。而且緊固力矩達(dá)到64 125 N·m的液壓扳手動(dòng)力頭重量在50 kg以上，無(wú)論是重量還是尺寸已不適合此類法蘭螺栓緊固。

2.1 優(yōu)化處理方案

由于2250熱軋粗軋機(jī)主軸連接螺栓預(yù)緊力已定（3 800 kN），通過和液壓成套設(shè)備廠家溝通，設(shè)計(jì)制造一套螺栓拉伸緊固裝置（最大頂升力4 000 kN），由活塞缸、活塞和拉伸螺母等組成，在壓力作用下活塞缸中的活塞上移，帶動(dòng)拉伸螺母向上移動(dòng)。拉伸螺母與工作螺栓螺紋聯(lián)接，從而拉長(zhǎng)工作螺栓，使螺栓伸長(zhǎng)達(dá)到所要求的變形量，變形控制在彈性變形范圍之內(nèi)，然后進(jìn)行預(yù)緊或拆卸作業(yè)，最后通過液力或者機(jī)械回位的方式使工作螺栓回復(fù)原來(lái)的形狀，完成作業(yè)。該裝置可以使多個(gè)螺栓同時(shí)被定值緊固和拆卸，布力均勻，并可跳過利用預(yù)緊力計(jì)算擰緊力矩過程，規(guī)避因潤(rùn)滑方式及涂抹潤(rùn)滑劑操作造成的影響。該裝置設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，單人即可進(jìn)行操作。

2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試優(yōu)化過程

2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料

改進(jìn)材料的制備:將AlCl3·6H2O 直接溶于去離子水中配制AlCl3溶液濃度為0.2 mol/L（以鋁計(jì)）。PAC-Al30溶液:將制備好的PAC-Al13溶液在95 ℃高溫下快速攪拌回流12 h , 得到濃度為0.1 mol/L的PAC-Al30溶液。

制備鋁形態(tài)采用Ferron 比色法進(jìn)行測(cè)定: 取5.5 mL Ferron 比色液加到25 mL比色管中，采用去離子水定容至25 mL，然后加入一定量( 微升級(jí)) 的待測(cè)液，迅速搖勻并計(jì)時(shí)，將盛有樣品的比色皿置于分光光度計(jì)中進(jìn)行自動(dòng)掃描，掃描區(qū)間為混合反應(yīng)后30 s 到2 h，掃描波長(zhǎng)366 nm。單體鋁（Ala）可以與Ferron 試劑在1 min內(nèi)發(fā)生反應(yīng); 低聚態(tài)和中聚態(tài)的鋁（Alb）與Ferron 試劑主要在1～120 min 內(nèi)發(fā)生反應(yīng); 高聚態(tài)的鋁（Alc）為與Ferron 試劑在120 min 內(nèi)仍不能反應(yīng)的鋁形態(tài)部分。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)采用500 mL 燒杯，燒杯內(nèi)徑90 mm，杯身高122 mm?；炷绦?yàn)樗亩危旱谝欢螢槌鞌?，攪拌速度?40 r/min），攪拌時(shí)間為30 s，在第一段程序結(jié)束后迅速投加混凝劑；第二段程序?yàn)榭鞌?，攪拌速度?00 r/min，攪拌時(shí)間為1 min；第三段程序?yàn)槁龜?，攪拌速度?0 r/min，攪拌時(shí)間為15 min；第四段程序?yàn)殪o置階段，靜置時(shí)間為30 min。本混凝實(shí)驗(yàn)均設(shè) 3 組平行樣，最終取平均值。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器

儀器：HACH 2100N 濁度儀；程控混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀；TOC分析儀；日立U-2910 紫外可見分光光度計(jì)；pH 計(jì)；激光粒度儀。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過加入緩沖溶液，控制混凝反應(yīng)過程pH為7.0左右，混凝劑投加量為0.01～0.2 mmol/L（以Al計(jì)），研究混凝劑不同投加量條件下對(duì)有機(jī)物（DOC）和濁度的去除，結(jié)果如圖1所示。從混凝劑對(duì)DOC的去除可以看出，AlCl3和PAC-Al30隨著混凝劑投加量的增大，剩余DOC均逐漸降低，兩種混凝劑對(duì)DOC的最大去除率相差不大，均達(dá)到80%以上。但PAC-Al30在投加量為0.04 mmol/L時(shí)即可對(duì)DOC有顯著去除，即最佳投加量為0.04 mmol/L ，而AlCl3的最佳投加量為0.08 mmol/L。相比于AlCl3和PAC-Al30，PAC-Al13對(duì)DOC的去除不隨投加量的增大而增大。當(dāng)投加量有0.01 mmol/L增加至0.06 mmol/L時(shí)，DOC隨著混凝劑投加量的增大而降至最低，DOC去除率達(dá)到81%，但隨著混凝劑投加量的繼續(xù)增大，剩余DOC濃度反而上升?；炷齽?duì)濁度的去除規(guī)律與DOC去除基本一致。

混凝劑混凝效果的不同主要有混凝劑的混凝機(jī)理所決定。對(duì)于AlCl3，在pH為7時(shí)，卷掃網(wǎng)捕為其主要的混凝機(jī)理。因此，隨著投加量的增加，水體中有機(jī)物越容易作為晶核與混凝劑形成的無(wú)定型氫氧化物沉淀，進(jìn)而得到去除。而對(duì)于PAC-Al13，由于其本身帶有較高的正電荷，因此當(dāng)投加量合適時(shí)，PAC-Al13表面正電荷與水體中有機(jī)物所帶的負(fù)電荷發(fā)生吸附電中和作用，進(jìn)而使顆粒物脫穩(wěn)沉淀，但是當(dāng)混凝劑投加量過量時(shí)，水體中的正電荷會(huì)多于負(fù)電荷而造成水體復(fù)穩(wěn)現(xiàn)象，因此可以DOC反而增大。對(duì)于PAC-Al30，雖然同樣帶有較高的正電荷，但同時(shí)PAC-Al30在預(yù)水解的作用下形成單元粒徑更大聚合體，因此在低投加量條件下，PAC-Al30主要通過電中和機(jī)理去除水體有機(jī)物，但是隨著投加量的增大，吸附架橋和卷掃網(wǎng)布作用成為其主要機(jī)理，因此PAC-Al30在濁度去除上表現(xiàn)出低投加量就可以有效去除有機(jī)物（圖1）。

圖1 混凝劑投加量對(duì)DOC和濁度去除效果結(jié)論

4 改進(jìn)材料的金相分析

通過分析圖2的100倍金相觀察，可以發(fā)現(xiàn)溫度越高，析出物共晶硅越少，這表明當(dāng)退火溫度為520 ℃時(shí)其對(duì)偏析的重分配，重彌散有效。隨著溫度不斷升高時(shí)，一些不溶于鋁的針狀，棒狀，枝晶狀的粗大的(FeMn)A15將逐漸斷裂，細(xì)化，彌散的趨勢(shì)更加明顯。共晶硅α（Al）+Si（共晶）相主要集中于板材的中間部分。

圖2 改進(jìn)后100倍金相觀察

Fig.2 The improved 100 times metallographic observation

當(dāng)溫度不斷提高時(shí)，中間偏析開始慢慢減少，共晶硅相被慢慢從熔彌散在Al基體中，晶粒趨向于細(xì)化，組織的力學(xué)性能得到提升，保持一定的韌性和硬度。

5 小 結(jié)

通過廠家的設(shè)計(jì)及試制作，并于定修期間到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用，我們直接將主軸螺栓預(yù)緊力控制在3 800 kN，可徹底解決2250熱軋粗軋機(jī)主軸連接螺栓緊固及拆卸難題，為2250熱軋粗軋機(jī)的安全生產(chǎn)起到很好的保駕護(hù)航作用。

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How to Ensure the Fastening Quality of Main Bearing Bolt in 2250 Hot Rolling Roughing Mill

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(MCC baosteel service co., LTD Shanghai Baoshan 200941, China)

2250 hot rolling R1, R2 mill uses the connecting way of stud bolt connection between intermediate shaft and the main motor, the form of clearance fit is used between stud screw part and connected holes. Based on working experiences, typical aluminum coagulants were modified, and effect of the coagulant dosing quantity on removing organic matter was investigated.

main shaft bolt; tightening torque, pre-tightening force

TM 312

A

1671-0460（2016）09-2102-03

周毅（1982-），男，湖北公安人，工程師，研究方向：冶金工程。E-mail：sunjinling1978@163.com。日期： 2016-07-29