石橫特鋼鐵水包耳軸接長設(shè)計應(yīng)用

林明烈

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 泰安271612）

1 存在問題及分析

石橫特鋼集團(tuán)三煉鋼車間，轉(zhuǎn)爐公稱容量60 t，配套600 t 的混鐵爐。向轉(zhuǎn)爐兌鐵水的工藝過程為：高爐鐵水用65 t 鐵水罐通過鐵路運至轉(zhuǎn)爐跨，鑄造起重機(jī)將鐵水倒入混鐵爐，再將混鐵爐內(nèi)的鐵水倒入55 t鐵水包，最后用起重機(jī)將鐵水包內(nèi)的鐵水兌入轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐跨共配備了兩臺100/20 t鑄造起重機(jī)，分別用于吊運65 t鐵水罐和55 t鐵水包。65 t鐵水罐的耳軸中心距是3 620 mm；55 t 鐵水包的耳軸中心距是3 050 mm。如果將兩臺起重機(jī)的龍門鉤鉤距分別設(shè)計成3 620 mm 和3 050 mm，則當(dāng)其中任1臺起重機(jī)發(fā)生故障時將嚴(yán)重影響煉鋼生產(chǎn)。為了解決這一問題，以便兩臺起重機(jī)能互為備用，在方案設(shè)計時，將兩臺起重機(jī)的龍門鉤鉤距設(shè)計成可調(diào)式結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，以滿足鐵水罐和鐵水包不同鉤距要求，保證生產(chǎn)的正常運行。

圖1 可調(diào)式龍門鉤

在投產(chǎn)的最初幾年，由于生產(chǎn)節(jié)奏較慢，當(dāng)1臺起重機(jī)發(fā)生故障時，用另1臺起重機(jī)通過調(diào)整鉤距的辦法基本能夠滿足生產(chǎn)要求。但隨著操作水平的不斷提高，生產(chǎn)節(jié)奏越來越快，而調(diào)整龍門鉤鉤距操作流程繁瑣。在這種情況下，如果1臺起重機(jī)發(fā)生故障，再采取用另1臺起重機(jī)來回調(diào)整鉤距的方法，分別完成向混鐵爐和轉(zhuǎn)爐倒鐵水的工作將嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，因此急需將55 t鐵水包的耳軸中心距由3 050 mm改為3 620 mm。

2 方案設(shè)計比較

2.l 更換耳軸

根據(jù)冶金用鋼水罐YB/T 4175—2008耳軸中心距3 620 mm 的結(jié)構(gòu)要求，重新設(shè)計加工兩個新耳軸。將原來的耳軸用機(jī)械加工的方法去掉，并將包殼上的耳軸孔根據(jù)新耳軸尺寸進(jìn)行加工，最后按照工藝要求將耳軸與包殼焊好，最后按有關(guān)要求對焊縫進(jìn)行100%超聲檢測。此方案特點：需要大型機(jī)械加工設(shè)備，且加工量大，新耳軸重量較大，需要將包內(nèi)的耐火材料拆除。該方案改造周期較長，改造成本較高。

2.2 接長耳軸

根據(jù)鐵水包原來耳軸的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計加工兩個接長耳軸。接長耳軸的外端結(jié)構(gòu)尺寸與原耳軸相同，另一端加工1 個內(nèi)孔與原耳軸的軸頸相配合。將原耳軸軸頭的多余部分用氣割割去并打磨平整，然后把新加工的耳軸套裝在原來耳軸的軸頸上，最后將新耳軸與原耳軸座開坡口焊接牢固，焊縫按要求進(jìn)行100%超聲檢測。該方案特點：機(jī)械加工量小，接長耳軸重量小，不用拆除包內(nèi)耐火材料，改造周期短，改造費用低。

3 方案實施

通過對兩個方案的比較，決定采用接長耳軸方案。原耳軸結(jié)構(gòu)如圖2所示，接長耳軸的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。主要技術(shù)要求為：材料為35#鋼鍛件；鍛造應(yīng)符合JB/T 5000.8的規(guī)定；耳軸應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

方案實施：將原耳軸在距外端面90 mm處用氣割割斷，把斷面打磨平整，再將加工好的接長耳軸套裝在原來的耳軸上，并與耳軸座焊接牢固，最后對焊縫進(jìn)行100%超聲檢測。為了便于裝配時將接長耳軸沉孔中的空氣排出，在接長耳軸的沉孔底部沿徑向鉆1個透氣孔。改造后的鐵水包見圖4。

圖2 原耳軸

圖3 接長耳軸

圖4 改造后鐵水包

4 強(qiáng)度校核

由于接長耳軸的主要尺寸與原耳軸相同，所以接長耳軸本體的強(qiáng)度能夠滿足要求，無需校核，只需校核接長耳軸與耳軸座的焊縫剪切強(qiáng)度即可。根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計手冊》，焊縫剪切強(qiáng)度的校核公式為［1］：

式中：M為焊縫所受彎矩，N·m；R為焊接處耳軸的半徑，0.16 m；K為焊角高度，因耳軸有25 mm的倒角，焊角高度為20 mm，所以K為0.045 m；［τ］為焊縫的許用應(yīng)力，耳軸材料為35#鋼，［τ］為118 MPa［2］。

耳軸受力如圖5所示。焊縫所受彎矩為：

式中：Q為鐵水包總質(zhì)量，8×105N；L為耳軸中心至焊接處的距離，0.38 m。

圖5 耳軸受力分析

將數(shù)值代入（1）式得：τ為71.8 MPa＜118 MPa，故焊縫強(qiáng)度滿足要求。

5 實施效果

鐵水包采用接長耳軸方法加大耳軸中心距，與整體更換長耳軸相比，節(jié)省了改造費用，縮短了改造時間。改造后的鐵水包經(jīng)實際運行證明安全可靠。改造后鐵水包與鐵水罐耳軸中心距相同，使兩臺起重機(jī)完全通用，提高了生產(chǎn)效率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。該改造方法已獲得實用新型專利。