煉鋼轉(zhuǎn)爐球鉸螺栓使用壽命的研究

張耀東 張?zhí)煲? 張欣

摘 要：本文針對煉鋼轉(zhuǎn)爐球鉸螺栓在使用過程中存在的問題進(jìn)行分析，提出了影響球鉸螺栓使用壽命的主要原因并制定具體的改進(jìn)措施，收到良好的效果。

關(guān)鍵詞：球鉸螺栓；使用壽命；煉鋼轉(zhuǎn)爐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.011

1 緒論

承鋼100噸轉(zhuǎn)爐爐殼與托圈采用“三點(diǎn)球鉸支承”方式連接，在爐體圓周方向間隔120°均勻布置著三個支撐點(diǎn)，每個支撐點(diǎn)通過一套球鉸螺栓連接，從而使?fàn)t殼受熱后自由地膨脹，轉(zhuǎn)爐爐殼和拖圈之間通過三組球鉸螺栓連接，拖圈上下通過托架座和爐殼連接，拖圈和托架座之間有固定的間隙保證爐殼自由轉(zhuǎn)動，限位座均勻的分布在托架的兩側(cè).轉(zhuǎn)爐的球鉸螺栓是故障的多發(fā)點(diǎn)，球鉸螺栓斷裂、球鉸螺栓返松、拖圈裂紋等故障是影響轉(zhuǎn)爐的主要因素，造成球鉸螺栓故障的原因主要存在以下幾個方面：轉(zhuǎn)爐球鉸螺栓在檢修更換或安裝過程中存在問題會大大降低球鉸螺栓的使用壽命，檢修預(yù)緊力不當(dāng)，安裝找正不準(zhǔn)確和作業(yè)環(huán)境綜合因素影響， 導(dǎo)致球鉸螺栓斷裂，螺母返松退扣，球鉸螺栓支撐座與托圈出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致托圈漏水等等，影響生產(chǎn)，導(dǎo)致球鉸螺栓頻繁故障降低球鉸螺栓的使用壽命。本文從球鉸螺栓的受力分析開始，研究了如何提高球鉸螺栓的使用壽命，降低煉鋼轉(zhuǎn)爐的設(shè)備故障。

2 存在的問題

2.1 球鉸螺栓銷軸耳座斷裂故障

煉鋼100噸3#轉(zhuǎn)爐在傾動過程中曾產(chǎn)生異響，特別是在出鐵水時爐體輕微晃動，隨后便出現(xiàn)限位塊脫落現(xiàn)象，利用待料或檢修時間檢查球鉸螺栓情況，未發(fā)現(xiàn)異常，對限位座墊板進(jìn)行焊接加固，在爐殼和拖圈之間焊接鐮刀塊，保證爐殼和拖圈之間的間隙正常，生產(chǎn)使用一段時間后發(fā)現(xiàn)爐殼在傾動過程中出現(xiàn)更大的異響，檢查發(fā)現(xiàn)西南角球鉸螺栓螺柱根部斷開，北側(cè)球鉸螺栓耳座開裂，耳座下方拖圈位置出現(xiàn)橫向裂紋，裂紋沿拖圈寬度方向通裂， 經(jīng)過臨時加固，維持生產(chǎn)至爐役檢修時更換球鉸支撐裝置，更換磨損的球鉸螺栓耳座子，焊接托圈裂紋.更換球鉸螺栓。

2.2 球鉸螺栓和支座斷裂原因分析

2.2.1 球鉸螺栓耳座的安裝誤差導(dǎo)致

通過球鉸螺栓耳座斷裂現(xiàn)象，分析球鉸螺栓工作原理，當(dāng)爐殼傾動時球鉸螺栓繞銷軸旋轉(zhuǎn)，爐殼受熱膨脹時，三個球鉸螺栓沿120度方向受到的力是相同的，按照球鉸螺栓的旋轉(zhuǎn)原理，當(dāng)爐殼傾動時球鉸螺栓只能繞銷軸旋轉(zhuǎn)，如果安裝銷軸的球鉸螺栓耳座出現(xiàn)尺寸偏差，球鉸螺栓旋轉(zhuǎn)時對球鉸螺栓耳座產(chǎn)生不正常的外力，導(dǎo)致球鉸螺栓旋轉(zhuǎn)時受阻，當(dāng)次外力大于焊縫強(qiáng)度時，導(dǎo)致球鉸螺栓耳座焊縫撕裂，檢查球鉸螺栓耳座焊縫發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生裂紋的球鉸螺栓耳座在安裝時存在與拖圈上表面大板邊緣不相切情況，螺栓耳座向拖圈外圓凹陷，這種偏差使球鉸螺栓銷軸中心線與指向圓心的中心垂直線產(chǎn)生了夾角，從而導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生。

2.2.2 球鉸螺栓限位座墊板影響

轉(zhuǎn)爐爐殼有上托架和下托架，托架上的限位座和爐殼托架有固定的間隙，在日常維護(hù)過程中當(dāng)間隙發(fā)生變化，如限位座墊板撞掉或磨損，及時調(diào)整限位座墊板，并焊接加固，否則限位座墊板起不到安全保護(hù)作用，加大了對球鉸螺栓的撞擊，球鉸螺栓的工況惡化，限位座墊板失去保護(hù)作用，球鉸螺栓承受的徑向載荷加大，最終導(dǎo)致球鉸螺栓斷裂，此故障原因是球鉸螺栓斷裂的重要原因。

2.2.3 球鉸螺栓預(yù)緊力不當(dāng)

更換球鉸螺栓時對球鉸螺栓螺母的預(yù)緊力不正確，不符合安裝要求，預(yù)緊力過高或過低，轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)過程中球鉸螺栓在高溫條件下承受反復(fù)變化的拉應(yīng)力，長期在如此作業(yè)環(huán)境下導(dǎo)致球鉸螺栓因疲勞被拉長，冷卻時螺栓和螺母之間產(chǎn)生間隙，如果安裝時球鉸螺栓的預(yù)緊力不足，同樣會導(dǎo)致不正常間隙的產(chǎn)生。球鉸螺栓不正常的間隙導(dǎo)致爐體竄動，在轉(zhuǎn)爐傾動過程中對球鉸螺栓的反復(fù)沖擊導(dǎo)致球鉸螺栓間隙加大，球鉸螺栓受作業(yè)環(huán)境的影響，高溫、粉塵、蒸汽的共同作用導(dǎo)致球鉸螺栓使用一段時間后不能靈活動作用，影響了爐殼的漲縮，最終導(dǎo)致限位塊被撞掉。

按照設(shè)計要求，爐殼和拖圈之間有固定的間隙，此間隙為球鉸螺栓工況變化后導(dǎo)致爐體竄動提供有利條件，最終，在綜合因素的作用下球鉸螺栓在薄弱位置根部斷開。另外球鉸螺栓工作在高溫區(qū)，爐體附屬設(shè)備較多，隨著爐殼溫度的變化，爐殼與拖圈會產(chǎn)生漲縮造成爐殼傾動時輕微晃動，球鉸螺栓的安裝位置有限，球鉸螺栓的保護(hù)裝置擋渣板不能全部把球鉸螺栓進(jìn)行有效的保護(hù)，容易造成粘鋼的現(xiàn)象導(dǎo)致球鉸螺栓無法轉(zhuǎn)動，在拆除的過程中用200t液壓千斤頂也無法拆除，由此說明球鉸螺栓在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境下首先產(chǎn)生抱死的情況，最終導(dǎo)致螺栓斷裂。

3 具體優(yōu)化和改進(jìn)措施

3.1 優(yōu)化球鉸螺栓、支撐座安裝找正方案，提高球鉸螺栓安裝精度

為了提高球鉸螺栓的安裝質(zhì)量和精度，對球鉸螺栓的安裝找正方案進(jìn)行優(yōu)化，確保球鉸螺栓的檢修質(zhì)量. 拆除托圈下側(cè)托架墊板，鐮刀頭， 使用樣沖、角尺、板尺、測距儀等工具、儀器標(biāo)注原銷軸座位置，定好上下基礎(chǔ)、保證垂直度，準(zhǔn)確測量拆除前球鉸螺栓和球鉸螺栓耳座的安裝位置，并做好標(biāo)記，拆除先后順序?yàn)槭紫炔鸪腥α鸭y位置的球鉸螺栓防護(hù)裝置，拆除球鉸螺栓，拆除球鉸螺栓耳座，拆除后修理托圈裂紋，氣割坡口并打磨，同時對其他兩組球鉸螺栓進(jìn)行拆除，松開螺母，用液壓千斤頂對爐殼進(jìn)行頂起固定，爐殼頂起的高度低于極限高度，爐殼固定后拆除東南側(cè)、西南側(cè)球鉸下球面座和下球面墊， 制作門梁使用50t千斤頂壓出球面座， 使用倒鏈封住東南側(cè)、西南側(cè)球鉸螺栓，拆除銷軸端蓋螺栓以及防松墊圈、端蓋，保護(hù)性割除西南側(cè)球鉸螺栓銷軸座，崗位人員使用氧氣管燒東南側(cè)球鉸螺栓銷軸，吊出球鉸螺栓，割除球鉸螺栓支撐座。

安裝前重點(diǎn)清理球鉸螺栓支撐座安裝位置，打磨到要求范圍，球鉸螺栓支撐座安裝找正，此項工作是重點(diǎn).使用經(jīng)緯儀在3個球鉸螺栓兩耳座中心向17.6米平臺上返點(diǎn)，3點(diǎn)之間使用鋼線拉交差線，3條鋼線交叉線中心點(diǎn)為爐殼正中點(diǎn)，其次在氧槍小車滑道南北之間中心，東西向測量中心，兩條交叉線正中下垂線來復(fù)合爐殼中心線。球鉸螺栓支撐座安裝找正精確，確保橫銷軸中心線與指向圓心的中心線垂直。

3.2 創(chuàng)新球鉸螺栓安裝專用檢修裝置，杜絕預(yù)緊力不足導(dǎo)致的螺栓斷裂故障

三條球鉸螺栓所處的位置空間有限，原緊固方式為傳統(tǒng)的游錘式緊固，一方面需要搭設(shè)大的檢修平臺，耗費(fèi)時間長，另一方面三條球鉸螺栓所處的位置不同，在緊固的時候扭矩?zé)o法控制，造成三條球鉸螺栓的預(yù)緊力大小不同，在操作上也很不方便，還存在安全隱患，因此創(chuàng)新設(shè)計了一種新型的球鉸螺栓安裝緊固裝置，縮短更換球鉸螺栓時間，有效的控制預(yù)緊力。

這種轉(zhuǎn)爐球鉸螺栓更換裝置主要由內(nèi)齒圈、外齒圈和千斤頂組成，內(nèi)齒圈的內(nèi)圈為六角孔，內(nèi)齒圈外圈設(shè)有繞其軸線均布的矩形齒，外齒圈的內(nèi)圈設(shè)有繞其軸線均布的矩形齒，內(nèi)齒圈外側(cè)的矩形齒與外齒圈內(nèi)側(cè)的矩形齒嚙合，外齒圈外側(cè)設(shè)置用于支撐千斤頂?shù)牧Ρ?。這種裝置通過使用鋼板割焊成能夠卡住球鉸端部螺母的內(nèi)齒圈，并用外齒圈與內(nèi)齒圈嚙合，使用液壓千斤頂作為動力裝置，代替現(xiàn)有的游錘為外齒圈提供外力，保證了緊固力矩統(tǒng)一，保證了三條球鉸螺栓預(yù)緊力一致，此快速安裝裝置通過使用鋼板割焊成能夠卡住球鉸端部螺母的內(nèi)齒圈，并用外齒圈與內(nèi)齒圈嚙合，使用千斤頂作為動力裝置，其利用千斤頂代替現(xiàn)有的游錘為外齒圈提供外力的現(xiàn)有技術(shù)中，減少了掛鋼絲繩的時間、減少了倒運(yùn)游錘的時間，省去了一部分腳手架的搭設(shè)，在緊固過程中，只要壓動千斤頂即可，在具體應(yīng)用過程中，首先根據(jù)現(xiàn)場條件，在不接觸爐殼大板內(nèi)壁的情況下，計算出外齒圈的最大直徑，經(jīng)過受力計算設(shè)計出內(nèi)齒圈、外齒圈可承載最大轉(zhuǎn)矩，內(nèi)齒圈固定在球鉸螺栓的螺母上，外齒圈與內(nèi)齒圈相互配合套在螺母上，千斤頂一頭頂在筋板上，另一頭頂在外齒圈的力臂上，通過千斤頂?shù)男凶邘油恺X圈轉(zhuǎn)動，外齒圈帶動內(nèi)齒圈的旋轉(zhuǎn)，最終將球鉸螺栓緊固，拆除的過程為千斤頂調(diào)換一次位置即可拆除。利用此新型檢修裝置可以減少作業(yè)時間、減少作業(yè)人員數(shù)量、降低勞動強(qiáng)度、大幅提高作業(yè)效率。

3.3 維護(hù)方面的具體措施

為保證球鉸螺栓安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低球鉸螺栓斷裂的設(shè)備故障，延長球鉸螺栓的實(shí)用壽命，需要加大球鉸螺栓日常點(diǎn)檢和維護(hù)力度，制定球鉸螺栓限位座墊板的點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)和點(diǎn)檢時間，要求點(diǎn)檢人員按照點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)和點(diǎn)檢時間認(rèn)真點(diǎn)檢，及時發(fā)現(xiàn)限位座墊板的隱患及時處理，恢復(fù)球鉸螺栓限位座的限位作用，防止限位座和爐殼支架受損，從而加大徑向載荷，致使球鉸支撐過大導(dǎo)致螺栓斷裂。定期檢查爐殼和拖圈的間隙，利用定修和長時間檢修定期對爐殼進(jìn)行找正調(diào)整， 定修時嚴(yán)格維護(hù)限位座間隙，絕對不可超標(biāo)，造成受力脫離正常設(shè)定范圍；關(guān)注爐殼使用溫度變化，嚴(yán)格工藝紀(jì)律，無超溫和驟冷工礦發(fā)生保證設(shè)備的受用力在正常范圍波動；根據(jù)圖紙要求嚴(yán)格備件的制作和安裝，及日常保養(yǎng)潤滑要求。

4 取得的效果

此項目針對球鉸螺栓和球鉸螺栓支撐座斷裂等設(shè)備故障進(jìn)行深入的分析，找出故障的根源，創(chuàng)新檢修組織模式，創(chuàng)新球鉸螺栓檢修裝置，優(yōu)化改進(jìn)球鉸螺栓的安裝和維護(hù)方式，取得了顯著效果，確保了球鉸螺栓的穩(wěn)定運(yùn)行，延長了球鉸螺栓的實(shí)用壽命，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益.

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙海平.承鋼100t轉(zhuǎn)爐球鉸支撐失效分析及更換檢修[J].

作者簡介：張耀東（1975-），男，碩士研究生，高級工程師，從事設(shè)備檢修管理工作。