田 波，雷 洲，丁洪周

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠(chǎng)，山東濟(jì)南 271104）

0 引言

中間包是短流程煉鋼中用到的一個(gè)耐火材料容器，位于鋼包和結(jié)晶器之間的中間包車(chē)上，作為鋼包和結(jié)晶器之間的緩沖容器，用于澆注時(shí)存儲(chǔ)和分配鋼水，以實(shí)現(xiàn)多爐連澆。中間包吊具為一種起重機(jī)械設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)連鑄中間包吊裝等功能。常規(guī)中間包的設(shè)計(jì)不存在偏重，且中間包吊具一般為分體式吊具，按照AQ 2001—2018《煉鋼安全規(guī)程》規(guī)定：煉鋼車(chē)間鐵水、鋼水或液渣，應(yīng)使用鑄造起重機(jī)，鑄造起重機(jī)額定能力應(yīng)符合GB 50439—2015《煉鋼工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定；AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運(yùn)安全規(guī)程》規(guī)定：煉鋼企業(yè)吊運(yùn)鐵水、鋼水或液渣，應(yīng)使用帶有固定龍門(mén)鉤的鑄造起重機(jī)，鑄造起重機(jī)額定能力應(yīng)符合GB 50439—2015 的規(guī)定。因此，可分式的吊具不能吊裝帶有液態(tài)鋼水的中間包。

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠(chǎng)新動(dòng)區(qū)為十機(jī)十流小方坯連鑄機(jī)型，使用的雙中間包為偏心式設(shè)計(jì)。目前中間包吊裝過(guò)程中，由于中間包本身存在偏重，使用正常的中間包吊具吊裝偏心中間包，存在偏重、歪斜問(wèn)題，吊裝不能處于垂直狀態(tài)。同時(shí)，起重機(jī)鋼絲繩與吊具滑輪之間存在傾斜，不能保證鋼絲繩、中間包吊具與中間包的垂直度，影響安全吊裝，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，設(shè)計(jì)中間包偏心梁整體式吊具，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、合規(guī)的中間包吊運(yùn)。

1 存在的問(wèn)題及分析

1.1 存在的問(wèn)題

十機(jī)十流小方坯連鑄機(jī)使用偏心式設(shè)計(jì)的雙中間包，每個(gè)中間包有4 個(gè)耳軸，中間包本體存在偏重。連鑄跨起重機(jī)原設(shè)計(jì)吊運(yùn)中間包的吊具為整體式常規(guī)吊具，在吊裝偏重的中間包過(guò)程中，吊裝不能處于垂直狀態(tài)，鋼絲繩與吊具滑輪存在傾斜，不能保證鋼絲繩、中間包吊具與中間包的垂直度。此時(shí)，起重機(jī)鋼絲繩通過(guò)一系列滑輪，且會(huì)受到傾斜造成的不均勻受力、彎曲和擠壓的反復(fù)作用，加速了鋼絲繩的磨損及斷絲，存在較大安全隱患。

1.2 問(wèn)題分析

中間包吊具設(shè)計(jì)雖然考慮了需要滿(mǎn)足吊運(yùn)含熔融金屬裝置的安全規(guī)范要求，將其設(shè)計(jì)為整體式吊具，但在吊裝過(guò)程仍存在偏重問(wèn)題。分析原因如下：

（1）十機(jī)十流小方坯連鑄機(jī)為雙中間包設(shè)計(jì)，中間包為異型偏心式中間包，鋼包采用雙水口形式，一個(gè)鋼包水口對(duì)應(yīng)一個(gè)中間包（5 個(gè)流），中間包采用L 形設(shè)計(jì)，因此中間包本體存在偏重（圖1）。

圖1 十機(jī)十流小方坯連鑄機(jī)偏心中間包

（2）整體式吊具設(shè)計(jì)行車(chē)鋼絲繩通過(guò)均勻布置在吊具橫梁上的2 組滑輪組帶動(dòng)橫梁，通過(guò)吊鉤叉、板鉤進(jìn)行中間包的吊裝。由于中間包偏心，使中間包本身存在偏重，而中間包吊具橫梁上的2 組滑輪組為均勻布置，吊具中心與吊裝重心重合，在吊裝過(guò)程中無(wú)法起到調(diào)整中間包偏重的效果，導(dǎo)致吊裝過(guò)程出現(xiàn)偏斜問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)十機(jī)十流雙中間包偏心式設(shè)計(jì)情況，并結(jié)合AQ 2001—2018《煉鋼安全規(guī)程》及AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運(yùn)安全規(guī)程》的要求，中間包吊具必須滿(mǎn)足以下要求：

（1）中間包吊具按照整體固定式吊具進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括吊具橫梁、滑輪組、叉形件、龍門(mén)鉤等部件。設(shè)計(jì)使用板鉤進(jìn)行中間包的4 點(diǎn)吊裝，滿(mǎn)足含有熔融金屬的中間包吊裝。

（2）根據(jù)中間包存在偏心重量的實(shí)際情況，吊具設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)中間包的重心位置進(jìn)行配重，保證在空載及重載時(shí)都能保持平衡，以保證其能夠運(yùn)行平穩(wěn)。因此，首先要確定中間包的重量及重心，只有確定中間包的重心位置后才能合理設(shè)計(jì)中間包吊具的重心位置，解決吊裝存在偏重、傾斜等問(wèn)題，確保吊裝垂直。

（3）中間包吊具起重負(fù)荷應(yīng)滿(mǎn)足中間包在事故滿(mǎn)包鋼水狀態(tài)下的吊裝能力，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況考慮吊具設(shè)計(jì)強(qiáng)度及相應(yīng)的規(guī)范要求。

（4）中間包吊具需要具備剛度可靠、不易變形的特性，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不宜復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，并根據(jù)中間包在不同液面時(shí)的狀態(tài)，靈活調(diào)整偏心重量，以實(shí)現(xiàn)中間包的快速吊裝。

（5）根據(jù)AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運(yùn)安全規(guī)程》規(guī)定：吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)的主梁下翼緣板、吊具橫梁等直接受高溫輻射的部位和電氣設(shè)備，應(yīng)采取隔熱防護(hù)措施。因此，中間包吊具應(yīng)設(shè)計(jì)隔熱防護(hù)裝置。

2.2 設(shè)計(jì)思路

為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，對(duì)中間包吊具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，思路如下：

（1）結(jié)合原起重機(jī)主起升結(jié)構(gòu)，按照鑄造起重機(jī)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。原起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)由4 根鋼絲繩組成，吊具按照設(shè)計(jì)2 組卷筒上的2 根鋼絲繩分別通過(guò)新中間包吊具2 組動(dòng)滑輪組，實(shí)現(xiàn)吊具隨鋼絲繩的起升、下降功能，因此吊具設(shè)計(jì)包含吊具橫梁、滑輪組、叉形件、龍門(mén)鉤及配套的固定銷(xiāo)軸，確保中間包吊具為整體固定式吊具。

（2）對(duì)中間包進(jìn)行建模和受力分析，對(duì)中間包吊具動(dòng)滑輪組進(jìn)行偏心設(shè)計(jì)，在中間包吊具一側(cè)設(shè)計(jì)配重裝置。配重裝置應(yīng)可拆卸并且裝卸方便，保證快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)與中間包偏心的相互抵消，以保證垂直吊裝。

（3）針對(duì)中間包內(nèi)液面高度的變化及載荷重量變化，滿(mǎn)足各種狀態(tài)下的吊裝，中間包吊具的設(shè)計(jì)載荷必須充分考慮滿(mǎn)足重載情況下的中間包的吊運(yùn)。載荷重量為中間包包殼+耐材+鋼水+包蓋+吊具的總重量。

（4）中間包吊具橫梁采用Q355B 鋼板加工箱型梁，箱體焊縫、銷(xiāo)軸需進(jìn)行探傷。箱型梁設(shè)計(jì)叉形件，叉形件為整體鍛件，中間包吊具含板鉤。吊具滑輪護(hù)罩厚度不低于10 mm，采用全封閉護(hù)罩，以避免鋼絲繩的出槽?；喥瑸檐堉苹喥?，母板厚度不低于40 mm，輪片軋制均勻，滑輪裝配后應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)側(cè)向擺動(dòng)。板鉤的設(shè)計(jì)尺寸需滿(mǎn)足正常中間包吊裝的空間需求，可正常摘掛鉤。配重裝置的設(shè)計(jì)考慮采用單片配重塊插入一側(cè)梁體支撐部位，通過(guò)螺栓進(jìn)行固定，實(shí)現(xiàn)靈活拆裝調(diào)整。

（5）箱體需要具備良好的耐熱及抗變形性能。在中間包吊具底部設(shè)計(jì)加裝隔熱板，隔熱板采用兩層鋼板，中間夾層為隔熱保溫材料，滿(mǎn)足吊具隔熱安全防護(hù)要求。

2.3 設(shè)計(jì)分析

測(cè)算中間包在不同液面時(shí)的重心位置，并進(jìn)行建模受力分析。由于吊具按照鑄造起重機(jī)整體固定式吊具要求，吊具在橫梁上設(shè)計(jì)為加裝雙滑輪組的雙吊點(diǎn)，因此吊具在水平方向不會(huì)失衡，吊裝過(guò)程只會(huì)影響兩側(cè)受力的大小。當(dāng)?shù)觞c(diǎn)中心與中間包重心位置不一致時(shí)將造成偏斜。通過(guò)測(cè)算中間包重心坐標(biāo)變動(dòng)幅度大小隨中間包液面變化的規(guī)律，取變動(dòng)中間值設(shè)置滑輪組位置為雙吊點(diǎn)位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在距離滑輪組一側(cè)的近端設(shè)計(jì)配重塊，進(jìn)行不同液面狀態(tài)時(shí)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)中間包的垂直吊裝。根據(jù)測(cè)算分析結(jié)果，設(shè)計(jì)制作用于吊運(yùn)中間包的偏心梁整體式吊具。

2.4 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)中間包不同液面的偏重分析，設(shè)計(jì)中間包偏心梁整體式吊具，包括吊具橫梁、滑輪組、叉形件、固定銷(xiāo)軸、板鉤、配重塊及隔熱裝置（圖2）。偏心梁整體式吊具橫梁設(shè)計(jì)為工字形橫梁，吊具橫梁的上方兩側(cè)端各設(shè)置滑輪組，滑輪組的中心線(xiàn)需要偏移吊具橫梁側(cè)端的長(zhǎng)度方向的中心線(xiàn)設(shè)置。在吊具橫梁四端的下方都通過(guò)叉形件與龍門(mén)鉤進(jìn)行連接，在靠近滑輪組一側(cè)的吊具橫梁兩端設(shè)置可拆卸的配重塊。通過(guò)對(duì)配重塊的增加、減少進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同液面時(shí)的垂直吊裝。優(yōu)化后，吊具通過(guò)橫梁上方的2 套滑輪組與起重機(jī)鋼絲繩進(jìn)行連接，形成雙吊點(diǎn)整體式吊具，因此吊具在水平方向不會(huì)失衡，只會(huì)影響兩側(cè)受力的大小，對(duì)于偏心中間包來(lái)說(shuō)，其一側(cè)偏重會(huì)導(dǎo)致偏心歪斜。使用本吊具時(shí)，由于滑輪組和吊具橫梁本身的偏心設(shè)置，吊具的偏心與中間包的偏心相互抵消，因此吊裝后偏心中間包仍處于垂直狀態(tài)，不會(huì)造成鋼絲繩與吊具滑輪傾斜。

圖2 偏心梁整體式吊具設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過(guò)中間包偏心梁整體式吊具，實(shí)現(xiàn)連鑄偏心中間包的吊裝，靈活調(diào)整偏心配重塊重量，保證偏心中間包的吊裝始終處于垂直狀態(tài)，避免由于中間包的偏重導(dǎo)致吊裝時(shí)的歪斜，從而保證起重設(shè)備工作穩(wěn)定及吊裝的安全。

3 實(shí)施效果

對(duì)中間包吊具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般中間包澆鑄完成后為空包狀態(tài)進(jìn)行吊裝，吊具可不額外增加配重塊進(jìn)行正常吊裝，吊具的偏心與中間包的偏心相互抵消，使吊具在吊裝偏心中間包的過(guò)程仍處于垂直狀態(tài)，不會(huì)造成鋼絲繩與吊具滑輪傾斜。優(yōu)化后，中間包吊具在吊裝中間包的過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)、安全，實(shí)際應(yīng)用效果良好（圖3）。

圖3 偏心梁整體式吊具

當(dāng)中間包處于事故狀態(tài)，存在液態(tài)鋼水需要應(yīng)急吊裝時(shí)，在中間包偏心梁吊具距離滑輪組一側(cè)的近端增加配重塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程操作便捷、勞動(dòng)強(qiáng)度低。對(duì)不同液面狀態(tài)所需的配重進(jìn)行標(biāo)記，適當(dāng)調(diào)整配重重量，解決了偏心問(wèn)題，可確保中間包吊裝的平穩(wěn)、垂直性，同時(shí)也符合冶金行車(chē)必須使用整體式吊具的規(guī)定要求，從而保證了吊裝的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)中間包偏心梁整體式吊具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用合理、經(jīng)濟(jì)的方案解決了中間包吊具的設(shè)計(jì)缺陷，同時(shí)滿(mǎn)足AQ 2001—2018《煉鋼安全規(guī)程》及AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運(yùn)安全規(guī)程》的相關(guān)要求，可以吊裝帶有液態(tài)鋼水的中間包。從根本上消除了中間包吊裝存在傾斜的問(wèn)題，杜絕了鋼絲繩與滑輪組的異常傾斜受力，提高了滑輪組及鋼絲繩的使用壽命，同時(shí)確保中間包吊裝的平穩(wěn)、垂直性。中間包吊具為整體式吊具，不需要二次摘掛可分吊具，符合冶金鑄造起重機(jī)必須使用整體式吊具的規(guī)定要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、隔熱防護(hù)效果好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，具有較高推廣價(jià)值。