球鉸吊掛修復(fù)實踐研究

李金勇

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北承德 067002）

引言

某鋼廠現(xiàn)有3 座球鉸吊掛轉(zhuǎn)爐，已運行10 余年。由于吊掛及托圈在交變載荷沖擊和吊掛系統(tǒng)與爐殼熱脹冷縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力雙重作用下，托圈與球鉸連接部位出現(xiàn)不同程度的損壞，導致爐殼與托圈相對位置發(fā)生變化，造成吊掛耳軸座與托圈焊接部位撕裂，給生產(chǎn)運行帶來極大安全隱患。

1 托圈本體及銷軸座開裂原因分析

分析球鉸螺柱上端繞下端橫銷軸旋轉(zhuǎn)原理。當轉(zhuǎn)爐殼體鋼板受熱產(chǎn)生膨脹時，按120°分布的3個球鉸受到的作用力是均等的。球鉸螺柱上端只能繞與指向托圈圓心的中心線相垂直的橫銷軸旋轉(zhuǎn)，見圖1。若橫銷軸支座安裝出現(xiàn)偏斜，見圖2，即橫銷軸中心線與指向圓心的中心線不垂直時，球鉸螺柱上部必然不能繞橫銷軸順利旋轉(zhuǎn)，在該處限制了轉(zhuǎn)爐殼體鋼板受熱膨脹產(chǎn)生的較大內(nèi)應(yīng)力釋放，當內(nèi)應(yīng)力大于焊縫強度時，必將撕裂支座焊縫。

通常安裝是先將3個球鉸螺柱與支座一起安裝在吊掛新爐殼體的支承法蘭上，而后一同吊入轉(zhuǎn)爐托圈內(nèi)。施工人員對球鉸結(jié)構(gòu)認識有限，認為安裝爐體時只需找正裝入托圈內(nèi)的爐殼體與托圈之間內(nèi)環(huán)間隙寬度便可，而忽略了呈120°等分的3個球鉸支座上的橫軸銷孔中心線必須與指向托圈圓心的中心線垂直，即要與托圈外圓弧鋼板邊緣相切的原則。

圖1 銷軸旋轉(zhuǎn)原理

圖2 銷軸支座偏斜

2 球鉸及球餃座板拆裝方法

2.1 把爐口朝上，托圈處于水平狀態(tài)，減速機鎖住，用四根4 m 長的型鋼插入托圈過孔固定，檢修平臺搭設(shè)。

2.2 拆除球鉸螺栓及托圈開裂施工部位的擋渣板，并清理干凈周邊的雜物。

2.3 爐殼定位、頂升裝置托起爐殼。

托圈四周平臺搭設(shè)完成后，開始爐殼定位。爐殼定位時在西、南、北三側(cè)的托圈上各焊接1 塊500mm×400mm×50mm鋼板，鋼板離爐殼3mm，在東側(cè)的托圈上焊接2 塊500×400mm×50mm鋼板，在爐殼上焊接1塊500mm×400mm×50mm鋼板，如圖3所示。

圖3 爐殼定位示意圖

頂升裝置托起爐殼。在拖圈和爐殼法蘭下均勻放置頂升裝置，采用4個100 t液壓頂形式，如圖4所示，使爐體與托圈分離，使兩者之間基本無作用力，并保持球鉸銷軸不受較大的剪切力即可。

圖4 爐殼頂升

2.4 拆卸球鉸螺母及上部球面墊

采用預(yù)制好的打擊扳手拆卸球鉸螺母，銹蝕的螺母用氣割報廢性去除并確保不割除到螺栓。

用大錘四周敲擊使球面墊與座板間松動，再焊上掛鉤，用手拉葫蘆吊出。上部球面墊即拆除。

2.5 舊球鉸銷軸、銷軸座拆除

根據(jù)現(xiàn)場的工作環(huán)境決定對舊球鉸銷軸進行破壞性火焰割除，對施工人員技術(shù)交底，落實具體氣割方法，確保不破壞球鉸螺栓和需保留的銷軸座，見圖5所示。

需更換的銷軸座用氣刨去除焊縫，再用氣割進一步切割，預(yù)留2 mm 在托圈上以免割傷托圈本體，將廢舊銷軸座移走后用磨光機把殘余雜物打磨干凈；無需保護性拆除的部分直接使用氣割方法。

圖5 銷軸割除示意圖

2.6 拆除球鉸螺栓

根據(jù)爐體與托圈結(jié)構(gòu)、上下吊掛連接形式，采用球面墊座板外側(cè)面氣割開缺口，再側(cè)向保護性移除球鉸螺栓的拆除方法。

按照球鉸螺栓直徑擴大10 mm 的位置用劃針對需切割部位上面和側(cè)面劃線，用半自動火焰切割機對準切割線切割缺口，施工時保護好球鉸螺栓，吊出球鉸螺栓，再對切割部位開設(shè)V 型坡口并打磨去除氧化皮。

測量火焰切割過的球面墊座板安裝孔尺寸，根據(jù)孔的尺寸及時對球面墊二次加工。

2.7 更換球鉸螺栓、上下部球面墊、恢復(fù)球面墊座板缺口、銷軸座及回裝球鉸螺母

測量保留的舊銷軸座及備件球鉸螺栓、銷軸座、球面墊的幾何尺寸，保證銷軸與銷軸座為間隙配合，舊銷軸座進行打磨處理并進行探傷檢查。

將球鉸螺栓裝入下球面墊中，利用25 t 汽車吊配合，從缺口處就位。

以上下球面墊直徑和斷面為基準，恢復(fù)球面墊安裝板缺口，固定牢靠后施焊。

2.8 焊接工藝控制

恢復(fù)球面墊座板缺口。托圈為16MnR 材質(zhì)，焊縫為V 型坡口55°，中間預(yù)留8～10 mm 間隙，用紫銅板做襯墊板，采用電加熱預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在100～150 ℃之間。焊接采用CO2氣體保護焊，焊絲ER50-6直徑φ1.2 mm。

采用多層多道焊，交錯焊接；焊接工藝參數(shù)為：焊接電流180～250 A，電弧電壓17～22 V，層間溫度250 ℃左右，極性正接，保護氣體流量10～15 L/min；每層焊縫厚度不得超過8 mm。每焊完一層，飛濺物等清理干凈，不得有裂紋缺陷，最終焊接完畢后，焊肉高度高于母材表面2～3 mm，取下紫銅襯墊板，再用磨光機磨平，上球面墊與安裝板接觸面方可緊密配合。

特別注意的是每層焊完后用小錘均勻錘擊，釋放焊接應(yīng)力，焊縫延展后方可進行下一層的焊接。

焊后立即進行后熱保溫處理，采用電加熱板加熱至620±20 ℃，石棉被保溫、緩冷。并進行100%超聲波探傷檢查，檢查按NB/T47013-2015 標準進行，檢驗等級B級，缺陷評定等級不低于II級。

3 球鉸銷軸座安裝

3.1 球鉸找正

球鉸裝置在托圈上呈120°分布，其中兩個在出鋼側(cè)與耳軸中心線成30°夾角的位置，另一個是在裝料側(cè)與耳軸軸線呈90°的位置上，假設(shè)裝料側(cè)的球鉸中心點為a 點，與耳軸中心線成30°夾角的球鉸的中心點為b和c，在托圈上通過球鉸中心線的圓為C，圓C 與耳軸中心線在傾動側(cè)的交點為M，在非傾動側(cè)的交點為N（如圖6所示）。

圖6 球鉸定位示意圖

從圖6 可知圓C 的直徑為7340 mm，即M、N 兩點之間的距離為7340 mm，通過計算可知M 點到a點的理論值為5190 mm，以此長度的鋼絲從M 點在出裝料側(cè)找出a 點的位置，為了更加準確，再從N 點在裝料側(cè)找出一點d，如果a點與d點重合，則a點即為裝料側(cè)球鉸的中心位置；用同樣的方法找出b 點和c 點所在的位置；a、b、c 三點確定后，在托圈上找出通過這三點與圓C 的切線，則該切線即為球鉸支座的中心線。

3.2 球鉸銷軸座安裝

按照上述定位基準要求施工。清理銷軸孔雜物并涂上少量潤滑脂，用50 t 液壓頂將銷軸壓入到位，確保三組銷軸座的銷軸孔軸心線與托圈面板、球面墊安裝板的尺寸一致，與爐體中心垂直；球餃螺栓上部球面墊與下部球面墊和爐體裝配時不得有間隙。

3.3 銷軸座焊接工藝

3.3.1 球鉸底座單邊坡口為25°，鈍邊2 mm，如圖7。

圖7 銷軸座坡口加工示意圖

3.3.2 焊接前加臨時支撐，利用30 mm 厚鋼板臨時連接銷軸座耳板，減少變形（如圖8），對稱雙面交替焊接，清理表面及四周可能影響的雜物焊渣等。

圖8 銷軸座臨時支撐

3.3.3 焊接采用CO2氣體保護焊接，多層多道焊；焊絲選用ER50-6，Φ1.2 mm。

3.3.4 采用多層多道焊接，層間溫度為250 ℃左右，每層焊縫厚度不得超過8 mm，焊角高度85～90 mm。

3.3.5 焊接結(jié)束后焊工及時進行自檢，不得有咬邊、夾渣、未熔合、氣孔等缺陷。

3.3.6 檢測至合格。

3.4 調(diào)整緊固

加潤滑脂及球鉸螺母回裝緊固。待托圈裂紋修復(fù)完成后，對球鉸螺栓與上下球面墊之間的空腔中裝滿潤滑脂，上、下球面接觸需保證轉(zhuǎn)擺靈活，并采用耐高溫潤滑脂填滿，再分別將三個球鉸螺母緊固，確保托圈與爐殼的三個吊掛預(yù)緊力相同，無卡澀現(xiàn)象，爐殼中心與托圈中心在同一垂線上偏差＜∮6 mm。

4 結(jié)語

按照上述方案施工后經(jīng)過近一年運行，沒有再發(fā)生吊掛耳軸座與托圈的撕裂，解決了重大安全生產(chǎn)隱患。