邱玉明 萬明海

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524072）

1 現(xiàn)狀分析

湛江新投產(chǎn)的1650連鑄機(jī)，1#扇形段配備了兩對(duì)電磁攪拌輥，分別置于扇形段的入口和出口位置。電磁攪拌輥相比于常規(guī)的被動(dòng)輥，直徑相同但長度增加了很多，主要是電纜接口所致。而增加的這部分長度正好在扇形段的地腳螺栓安裝座孔上方，從而影響了地腳螺栓的安裝[1]，特別是影響了螺栓預(yù)緊用的電動(dòng)力矩扳手的空間，以至于該地腳螺栓只能采用呆扳手加榔頭敲擊的辦法來預(yù)緊，預(yù)緊力矩很難達(dá)標(biāo)。該扇形段處于彎曲段和弧形段交接點(diǎn)，此位置輥?zhàn)訉?duì)弧要求高，如果螺栓預(yù)緊力矩不達(dá)標(biāo)，很容易影響輥?zhàn)訉?duì)弧精度，造成連鑄坯質(zhì)量事故[2-3]。

現(xiàn)場扇形段情況如圖1、圖2所示。

圖1 常規(guī)扇形段地腳螺栓位置

圖2 電磁攪拌輥扇形段地腳螺栓位置

2 改進(jìn)方案

2.1 原地腳螺栓安裝形式

原地腳螺栓安裝形式如下：扇形段支座部位用蓋型螺母、香蕉座支座部位用橫圓桿螺母與拉桿螺栓連接，如圖3所示。拉桿螺栓的預(yù)緊方式：通過電動(dòng)力矩扳手在上方的蓋型螺母施加預(yù)設(shè)力矩，下方的橫圓桿螺母卡在香蕉座支座的弧形槽內(nèi)，不會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)。當(dāng)上方電動(dòng)力矩扳手空間不足時(shí)，就只能使用呆扳手和榔頭敲擊來緊固蓋型螺母；或者采購專用的中空液壓力矩扳手來緊固，但費(fèi)用高，效率低。

圖3 原扇形段地腳螺栓安裝形式

2.2 改進(jìn)總體思路

改進(jìn)的思路如下：更改香蕉座支座的結(jié)構(gòu)，取消橫圓桿螺母，用蓋型螺母來替代，這樣就可以仍使用現(xiàn)已配備的電動(dòng)力矩扳手進(jìn)行緊固。

扇形段支座不宜更改設(shè)計(jì)，以保證該扇形段與另外5個(gè)弧形段的互換性。

香蕉座支座的改動(dòng)不宜太大，特別是不宜在支座本體進(jìn)行火焰切割、焊接等容易引起香蕉座變形的操作。

因此，形成的改進(jìn)方案如圖4所示。

圖4 改進(jìn)方案示意圖

2.3 問題點(diǎn)

增設(shè)支座過渡塊，可以避免在香蕉座本體進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。但由于扇形段有4個(gè)地腳螺栓，入口2個(gè)、出口2個(gè)，入口或出口扇形段支座橫向的中心距，與香蕉座的支座橫向中心距是不相同的，扇形段支座橫向中心距大了約95 mm。因此，原拉桿螺栓安裝并非垂直于扇形段支座平面，而是在斷面圖方向有約5°的傾角，具體如圖5所示。同時(shí)，在扇形段的支座受力面也相應(yīng)設(shè)置了一個(gè)斜凹槽，具體如圖6所示。

圖5 地腳螺栓安裝斷面圖

圖6 扇形段支座螺栓安裝面圖

2.4 問題點(diǎn)解決辦法

按照前述改進(jìn)思路，不改變現(xiàn)有扇形段支座和香蕉座支座的結(jié)構(gòu)，采用外加零部件的方式解決。由于采用雙螺母的結(jié)構(gòu)形式，拉桿螺栓的安裝就必須與安裝面垂直，否則會(huì)嚴(yán)重影響拉桿螺栓的受力。解決辦法包括以下兩點(diǎn)：首先應(yīng)增加香蕉座支座橫向中心距離，使得其值與扇形段支座橫向的中心距相同，即香蕉座支座設(shè)置過渡塊使得中心距外移95 mm；其次在扇形段支座螺栓安裝的斜凹槽設(shè)置一個(gè)相同斜度的墊圈，彌補(bǔ)該角度，使得與蓋型螺母接觸的表面與拉桿螺栓中心線是垂直的。為保證斜墊圈放入斜凹槽的角度正確，在斜墊圈上需設(shè)置定位凸臺(tái)。形成的兩個(gè)辦法方案圖如圖7、圖8所示。

圖7 香蕉座支座過渡塊示意圖

圖8 扇形段支座斜墊圈示意圖

2.5 關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核

通過上述方案形成零部件圖，關(guān)鍵件需進(jìn)行強(qiáng)度校核以確定材質(zhì)和形狀滿足受力要求。本方案中，拉桿螺栓直徑和材質(zhì)不需要改變，但長度需要適當(dāng)增加以適應(yīng)新增的過渡塊尺寸；墊圈和斜墊圈的材質(zhì)和形狀基本保持不變且不是關(guān)鍵件。因此，新增的主要受力件為過渡塊，需進(jìn)行強(qiáng)度校核[4]。

通過三維建模、有限元受力分析，對(duì)受力微弱的局部形狀進(jìn)行優(yōu)化，得出最終的支座過渡塊方案和校核受力云圖，如圖9、圖10所示。拉桿螺栓M48，預(yù)緊力矩為4 000 N·m，計(jì)算拉桿預(yù)緊力約為500 kN。有限元計(jì)算結(jié)果最大等效應(yīng)力為135.5 MPa，最大位移為0.11 mm。過渡塊選用材質(zhì)為Q345B，強(qiáng)度滿足要求。

圖9 香蕉座支座過渡塊優(yōu)化圖

3 改進(jìn)方案的現(xiàn)場安裝事宜

在現(xiàn)場實(shí)施螺栓緊固的過程中，采用改進(jìn)方案，可能會(huì)遇到上部蓋型螺母在預(yù)緊過程中與拉桿螺栓跟轉(zhuǎn)的問題。因此，可利用原有扇形段在該位置設(shè)置的一個(gè)擋塊，增設(shè)一個(gè)防止螺帽跟轉(zhuǎn)的防轉(zhuǎn)扳手，如圖11所示。

圖11 防轉(zhuǎn)扳手

螺栓安裝的步驟粗略概述如下：先將上部蓋型螺母擰入拉桿螺栓約40 mm，然后在扇形段支座墊入斜墊圈，將拉桿螺栓穿入斜墊圈，至下部的香蕉座支座及其過渡塊，后加平墊圈和下部蓋型螺母。手?jǐn)Q緊下部螺母后，在上部蓋型螺母套入防轉(zhuǎn)扳手，下部蓋型螺母使用電動(dòng)力矩扳手?jǐn)Q緊，預(yù)緊力矩為4 000 N·m。后拆下防轉(zhuǎn)扳手和電動(dòng)力矩扳手。

最終方案如圖12、圖13所示。

圖12 最終方案示意圖

圖13 最終方案圖紙

4 結(jié)束語

連鑄機(jī)的鑄坯支撐段通常由多個(gè)扇形段組合成圓滑過渡的輥列，每個(gè)扇形段與支撐架通過傳統(tǒng)的拉桿螺栓螺母副連接。但有部分扇形段特別是電磁攪拌輥扇形段，其電磁攪拌輥占用了傳統(tǒng)的拉桿螺栓安裝位置，需單獨(dú)設(shè)置不同的扇形段固定方式。筆者利用現(xiàn)有的扇形段和支撐座結(jié)構(gòu)，巧妙、合理地進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和實(shí)施，取得了良好的效果，既滿足了精確緊固力矩的需要，也實(shí)現(xiàn)了高效工具的利用，提升了檢修效率和質(zhì)量。該方案對(duì)于相同工況特別是連鑄機(jī)扇形段改造具有很好的參考意義。