戴　浚

NAHDA水泥廠原料磨地腳螺栓斷裂分析和處理

戴浚

埃及NAHDA 5 500t/d項(xiàng)目為天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司總承包項(xiàng)目，原料磨系統(tǒng)、水泥磨系統(tǒng)均采用輥磨系統(tǒng)，輥磨由萊歇公司供貨。萊歇公司采用設(shè)備分交的供貨方式，輥磨磨輥、磨盤、分離器轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等為萊歇公司供貨，其余部件如殼體、底座、地腳螺栓等由公司采購(gòu)部協(xié)調(diào)在國(guó)內(nèi)制造。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，在設(shè)備施工過程中，萊歇公司服務(wù)人員在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)設(shè)備的安裝工作。

原料輥磨于2010年2月完成安裝，2010年4月進(jìn)行帶負(fù)荷試車。2012年8～12月現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)有9條原料輥磨地腳螺栓相繼斷裂（斷裂順序見表1），而且還有繼續(xù)斷裂的跡象。

表1　地腳螺栓斷裂順序和時(shí)間

圖1　地腳螺栓位置圖

為解決原料輥磨地腳螺栓斷裂的問題，我們檢查分析了設(shè)備和操作工藝。

1　現(xiàn)場(chǎng)檢查

NAHDA水泥廠原料磨選用萊歇公司LM56.4原料輥磨，磨盤直徑為5.6m，采用4個(gè)磨輥。工作時(shí)，物料均勻地撒落在磨盤上，通過磨輥加壓，將物料粉碎。在此過程中，由于物料粒度影響，磨機(jī)產(chǎn)生自激振動(dòng)。為保護(hù)設(shè)備，在主減速機(jī)和中殼體上設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)運(yùn)行中輥磨的振動(dòng)，振動(dòng)達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)輥磨會(huì)強(qiáng)制停機(jī)。為消除振動(dòng)對(duì)周邊設(shè)備和建筑物的影響，輥磨基礎(chǔ)采用大型塊狀混凝土基礎(chǔ)消除振動(dòng)。

1.1設(shè)備底座振動(dòng)檢查

在原料磨運(yùn)行情況下，我們對(duì)原料磨機(jī)鋼底座進(jìn)行垂直方向振動(dòng)測(cè)試（見圖1），測(cè)試結(jié)果如表2。

從實(shí)測(cè)振動(dòng)值分布看，立柱外部底座振動(dòng)大，主電機(jī)兩側(cè)立柱的底座部位振動(dòng)最大值為5.3mm/s，已超出VDI 2056標(biāo)準(zhǔn)中大型設(shè)備振動(dòng)值≤4.5mm/s的要求。埃及GOE、俄羅斯TULA項(xiàng)目原料磨均采用萊歇輥磨，其結(jié)構(gòu)相同，未出現(xiàn)地腳螺栓斷裂現(xiàn)象。在正常運(yùn)行時(shí)測(cè)得鋼底座垂直振動(dòng)值為：埃及GOE項(xiàng)目振動(dòng)值≤0.9mm/s；俄羅斯TULA項(xiàng)目振動(dòng)值在1mm/s左右（大部分測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值＜1mm/s，只有4點(diǎn)振動(dòng)值＞1mm/s）。

1.2原料顆粒檢查

埃及NAHDA水泥廠原料采用石灰石、砂巖和鐵礦石配料。石灰石經(jīng)石灰石破碎機(jī)破碎后最大粒度≤75mm，滿足輥磨對(duì)物料粒度的要求；砂巖和鐵礦石是從外部采購(gòu)的，檢查發(fā)現(xiàn)砂巖和鐵礦石中有少量大塊物料。

為保護(hù)設(shè)備，輥磨設(shè)置了兩處振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)殼體和減速機(jī)的振動(dòng)。其中殼體上設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要檢測(cè)磨機(jī)整體振動(dòng)，設(shè)定振動(dòng)值≤8mm/s，超出設(shè)定值設(shè)備強(qiáng)制停車。2012年9月殼體振動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告表明，殼體平均振動(dòng)值為4.13mm/s，最大振動(dòng)值為11.65mm/s，振動(dòng)超設(shè)定值8mm/s，且在振動(dòng)值超出設(shè)定值時(shí)設(shè)備強(qiáng)制停車。

從振動(dòng)監(jiān)測(cè)可以看出進(jìn)入輥磨的原料粒度滿足要求，少量的大粒度原料產(chǎn)生的振動(dòng)不足以造成設(shè)備的損害。

1.3輥磨本體檢查

萊歇輥磨殼體由鋼底座、立柱、立柱間連接橋等組成，通過焊接，使它們成為一個(gè)整體。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)輥磨本體除地腳螺栓斷裂外，其他部件完好，立柱和鋼底座、立柱間連接橋等主要焊縫沒有開裂現(xiàn)象（見圖2、3），說明振動(dòng)未對(duì)設(shè)備整體產(chǎn)生影響。

輥磨底座與混凝土基礎(chǔ)周邊出現(xiàn)裂縫（見圖4）。尤其Ⅰ號(hào)輥立柱下鋼底座外側(cè)與混凝土基礎(chǔ)已分離（見圖5），運(yùn)行中鋼底座振動(dòng)值較大（振動(dòng)值為5.3mm/s）。

經(jīng)過檢查我們可以看出，埃及NAHDA水泥廠原料輥磨鋼底座存在振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)造成地腳螺栓斷裂，鋼底座與混凝土基礎(chǔ)分離，但未對(duì)設(shè)備整體機(jī)構(gòu)造成破壞。物料粒度滿足設(shè)備工藝操作要求，不是引起地腳螺栓斷裂的原因。因此還需要對(duì)地角螺栓的質(zhì)量、澆注混凝土質(zhì)量及施工質(zhì)量進(jìn)行檢查分析。

表2　輥磨鋼底座垂直振動(dòng)實(shí)測(cè)值，mm/s

圖2　立柱與鋼底座焊接檢查

圖3　立柱間連接橋焊縫無開裂

圖4　鋼底座與混凝土基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫

圖5?、裉?hào)輥立柱下鋼底座與混凝土基礎(chǔ)分離

2　地腳螺栓的性能檢查

輥磨地腳螺栓為M64，采用Q235B材料制造。我們委托國(guó)家建筑材料供應(yīng)建材機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)斷裂地腳螺栓材質(zhì)化學(xué)成分、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表3、4。

檢測(cè)結(jié)果表明地腳螺栓采用的Q235B材質(zhì)質(zhì)量滿足《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T700-2006）標(biāo)準(zhǔn)中Q235B要求。對(duì)螺紋機(jī)加工精度進(jìn)行檢查，螺紋螺距滿足要求。

3　輥磨基礎(chǔ)灌漿

眾所周知，輥磨基礎(chǔ)灌漿是設(shè)備施工的關(guān)鍵所在。萊歇公司資料對(duì)二次澆注材料配比、澆注前檢查、澆注和保養(yǎng)都有明確要求。二次澆注前，項(xiàng)目部土建工程師對(duì)施工單位材料配比進(jìn)行評(píng)定，從現(xiàn)場(chǎng)材料試驗(yàn)報(bào)告看，灌漿材料由于外加外加劑，未進(jìn)行收縮率檢測(cè)。水灰比數(shù)值是根據(jù)混凝土強(qiáng)度和耐久性確定，用水量的確定與成型工藝有關(guān)?！痘炷凉こ淌┕づc質(zhì)量驗(yàn)收實(shí)用手冊(cè)》中表明，在水灰比＜0.4時(shí)應(yīng)進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水灰比為0.36，用水量為165kg/m3，沒有提供坍落度試驗(yàn)報(bào)告，我們不知灌漿料的流動(dòng)性如何，灌漿材料要求見表5。

為防止鋼底座和混凝土基礎(chǔ)分離，通過灌漿將鋼底座和混凝土基礎(chǔ)緊密接合，灌漿采用的材料具有微膨脹、可灌注的流動(dòng)性、高的早期和后期強(qiáng)度、不泌水等特性。萊歇公司文件中對(duì)灌漿水泥基材質(zhì)水灰比、收縮率及早期和后期強(qiáng)度有明確要求（水灰比0.45，收縮率≤0.27‰），未對(duì)流動(dòng)度提出要求。我國(guó)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50448-2008）中規(guī)定灌漿材料為微膨脹材料，對(duì)于流動(dòng)度、早期和后期強(qiáng)度有明確的要求。灌漿料流動(dòng)性的確認(rèn)對(duì)于基礎(chǔ)灌漿施工時(shí)基礎(chǔ)填充起到關(guān)鍵作用。

萊歇公司施工流程要求輥磨立柱、連接橋和下殼體等部件與鋼底座焊接完成后，再進(jìn)行基礎(chǔ)二次灌漿，造成灌漿時(shí)灌漿料搗實(shí)困難，容易造成基礎(chǔ)灌漿出現(xiàn)料漿不實(shí)現(xiàn)象，這就要求灌漿料的流動(dòng)性較好。二次灌漿后檢查發(fā)現(xiàn)，鋼底座部分區(qū)域有不實(shí)現(xiàn)象，鋼底座與澆注料間出現(xiàn)裂紋。通過整改將空洞的地方填充了灌漿料，對(duì)出現(xiàn)裂紋的地方進(jìn)行了修補(bǔ)。

表3　地腳螺栓化學(xué)成分，%

表4　地腳螺栓力學(xué)性能

表5　灌漿材料要求

4　地腳螺栓斷裂分析

4.1斷裂地腳螺栓斷面分析

地腳螺栓斷裂可根據(jù)斷面的形狀進(jìn)行分析判斷，查明斷裂的原因。地腳螺栓斷裂部位位于螺紋底部，此處應(yīng)力最大，是螺栓最薄弱的部位。從地腳螺栓的斷裂斷面上觀察存在原始裂紋，裂紋擴(kuò)展區(qū)（光滑斷面）、瞬時(shí)斷裂區(qū)見圖6，地腳螺栓斷裂的狀況與疲勞失效的特征相同［1］，可以認(rèn)定輥磨地腳螺栓斷裂為疲勞斷裂。

4.2地腳螺栓斷裂分析

輥磨在運(yùn)行中，由于磨輥擠壓物料產(chǎn)生的自激振動(dòng)（2012年9月殼體平均振動(dòng)值約為4.13mm/s）輥磨整機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。檢查發(fā)現(xiàn)輥磨鋼底座、立柱、連接立柱的橋架焊縫未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，鋼底座和混凝土基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋甚至分離。當(dāng)輥磨鋼底座和混凝土連接出現(xiàn)問題時(shí)，輥磨運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞到地腳螺栓上，地腳螺栓承受交變載荷。地腳螺栓在螺紋底部應(yīng)力最大，因此在螺紋底部易產(chǎn)生疲勞斷裂。設(shè)備設(shè)計(jì)地腳螺栓為單螺母鎖緊，在運(yùn)行時(shí)單螺母易產(chǎn)生松動(dòng)，如不及時(shí)擰緊，會(huì)導(dǎo)致地腳螺栓斷裂加快。

圖6　地腳螺栓斷面

5　地腳螺栓斷裂處理

由于多根地腳螺栓斷裂，嚴(yán)重影響原料輥磨的運(yùn)行。我們首先對(duì)斷裂的地腳螺栓進(jìn)行修復(fù)，再對(duì)鋼底座和混凝土基礎(chǔ)分離進(jìn)行處理。

（1）地腳螺栓的修復(fù)。我們參考萊歇公司提供的DIN529標(biāo)準(zhǔn)，確定重新制造一段螺紋，用鋼管將新加工螺紋與斷裂的地腳螺栓相焊接，這樣可以保證整改后地腳螺栓在同一中心線。為防止螺母不松動(dòng)，在基礎(chǔ)處理完后，運(yùn)行一段時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)螺母進(jìn)行檢查擰緊，并采取相應(yīng)措施對(duì)螺母進(jìn)行防松處理。

（2）土建專業(yè)制定二次灌漿的整改施工方案。為防止鋼底座產(chǎn)生位移，在鋼底座和混凝土基礎(chǔ)間增加鋼板進(jìn)行定位。對(duì)于灌漿料質(zhì)量按《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50448-2008）的規(guī)定提出要求，強(qiáng)調(diào)灌漿料流動(dòng)度的試驗(yàn)。

6　輥磨底座的施工改進(jìn)

為了消除底座平面度對(duì)輥磨的影響，萊歇公司安裝是以輥磨立柱軸承座中心為基準(zhǔn)進(jìn)行施工。按照萊歇公司的施工流程，萊歇現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員要求施工單位應(yīng)在鋼底座就位找平，安裝立柱、連接橋、下殼體等部件調(diào)整焊接完成后，再進(jìn)行輥磨二次灌漿。按這樣的安裝順序，可以保證輥磨立柱軸承座水平度誤差較小，滿足圖紙要求，制造、施工誤差可被輥磨基礎(chǔ)吸收。

為保證基礎(chǔ)灌漿的質(zhì)量，萊歇公司規(guī)定了灌漿材料強(qiáng)度、收縮率、水灰比等，要求灌漿料采用無收縮的水泥基材料。由于對(duì)灌漿料的流動(dòng)度未明確要求，可能造成灌漿料流動(dòng)性不好。由于輥磨底座空間狹小，如果流動(dòng)性不好在施工中可能會(huì)使二次灌漿搗實(shí)困難，底座和基礎(chǔ)接觸不實(shí)。

我國(guó)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50448-2008）對(duì)灌漿材料流動(dòng)度、早期和后期強(qiáng)度、膨脹率、泌水率有明確要求，對(duì)灌漿材料的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。因此在設(shè)備灌漿前，水泥基灌漿材料的試驗(yàn)需進(jìn)行流動(dòng)度（坍落度）試驗(yàn)。

為解決二次灌漿不實(shí)問題，國(guó)內(nèi)施工單位根據(jù)萊歇輥磨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在安裝時(shí)先將鋼底座就位找平后再進(jìn)行二次灌漿。有些項(xiàng)目在萊歇輥磨施工時(shí)，采取混凝土基礎(chǔ)和鋼底座一次澆筑完成（見圖7）。這種施工程序是以鋼底座為基準(zhǔn)進(jìn)行施工，制造、施工等誤差通過安裝調(diào)整進(jìn)行吸收。

圖7　國(guó)內(nèi)施工采用鋼底座與混凝土基礎(chǔ)一同澆筑

7　結(jié)語(yǔ)

在輥磨施工中，輥磨鋼底座的找平、鋼底座和混凝土結(jié)合成為一個(gè)整體是輥磨基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵點(diǎn)。在施工前，應(yīng)制定詳細(xì)的施工方案，嚴(yán)格控制灌漿料的配比及流動(dòng)度。施工中注意二次灌漿時(shí)混凝土的搗實(shí)。為保證地腳螺栓受力均勻，在二次灌漿后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)，需采用扭矩扳手?jǐn)Q緊地腳螺栓。

參考資料：

［1］張安哥，等.疲勞、斷裂與損傷［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

［2］王雨群.混凝土工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收實(shí)用手冊(cè)［K］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2004.■

Fracture Analysis and Treatment of Foundation Bolt of Raw Material Mill in NAHDA Cement Plant

TQTQ172172..632632..5 5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AA

10011001--61716171（20152015）0404--00400040--0404

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2014-10-28；編輯：呂光