步進爐爐門升降鏈條螺旋調(diào)整裝置改造

王麗果

（北京首鋼機電有限公司曹妃甸檢修分公司，河北唐山 063200）

1 步進梁式加熱爐

步進梁式加熱爐是單塊模式軋制板坯的熱軋帶鋼生產(chǎn)線的核心設(shè)備之一，功能是冷裝25 ℃、熱裝＞500 ℃的板坯在爐內(nèi)加熱到1300±20 ℃的軋制溫度，布料方式分為雙排布料（短尺）和單排布料（長尺）。由裝鋼機將裝鋼輥道輸送過來的板坯裝入爐內(nèi)水梁裝料端，再由出鋼機將加熱到軋制溫度的板坯從爐內(nèi)水梁出料端托出至出鋼輥道上。

2 加熱爐爐門結(jié)構(gòu)

在每座加熱爐的裝料端、出料端設(shè)有裝料爐門及附屬的液壓升降機構(gòu)。為適應(yīng)加熱爐雙排、單排布料，裝料爐門裝置和出料爐門裝置由左右兩套帶水冷框的焊接爐門、兩側(cè)水冷爐門框、爐頂鋼結(jié)構(gòu)、爐門液壓升降裝置組成，兩套爐門裝置相對于加熱爐中心線對稱布置，并且焊后要砌筑重質(zhì)澆注料；爐門的作用是在不裝鋼或出鋼的情況下封住爐內(nèi)熱量，保持爐壓[1]。爐門液壓升降裝置采用液壓缸驅(qū)動鏈輪、鏈條傳動，可使?fàn)t門上升和下降，兩扇爐門既可一起升降，也可單獨升降；由位移傳感器控制液壓缸行程，不僅可以控制爐門升降的極限位置，還可與步進梁、裝鋼機、出鋼機進行連鎖控制。液壓爐門升降裝置由液壓缸、鏈輪、重載滾子鏈條、鏈條連接件、螺旋調(diào)整裝置組成（圖1～圖3）。

圖1 爐門裝置

圖2 鏈輪鏈條螺旋調(diào)整裝置

圖3 螺旋調(diào)整裝置

3 螺旋調(diào)整裝置螺栓疲勞斷裂

首鋼京唐2250 生產(chǎn)線于2008 年12 月投產(chǎn)，1580 生產(chǎn)線于2009 年12 月投產(chǎn)，兩線各設(shè)置4 座加熱爐。從投產(chǎn)至2016年發(fā)生過兩次螺旋調(diào)整裝置的M42×3 mm 左旋螺栓或右旋螺栓在螺紋根部疲勞，瞬間斷裂造成爐門脫落的停機故障（圖4）。由于爐門本體上方砂封刀脫落，如果臨時生產(chǎn)會剮蹭爐體端墻上部耐材導(dǎo)致脫落，同時封火不嚴(yán)導(dǎo)致端墻上方鋼結(jié)構(gòu)受到高溫?zé)煔夂婵咀冃?。每個爐門水冷鋼結(jié)構(gòu)和砌筑耐材總重約8 t，同時導(dǎo)致次生故障：下部爐門檻內(nèi)部蛇形冷卻水管微小裂紋漏水造成外部耐材脫落，傾斜擠壓造成兩套爐門耐材同時局部脫落。只能停爐降溫后更換爐門及螺旋調(diào)整裝置。

圖4 螺栓根部瞬間疲勞斷裂

4 螺紋根部斷裂原因

（1）爐門液壓升降機構(gòu)的上部升降鏈條由于鏈條連接件和鏈輪距離很長，需要由螺旋調(diào)整裝置調(diào)整張緊程度，保持爐門上升、下降過程中，兩條水平布置的重載滾子鏈條張緊程度相同，同步動作。目的是一方面保持兩條鏈條同時均勻受力，鏈輪鏈條不會產(chǎn)生異常磨損；另一方面兩個爐門不管是一起升降還是單獨升降，在上升、下降的過程中爐門保持水平，不互相干涉和剮蹭，防止?fàn)t門耐材脫落導(dǎo)致停爐后拆卸爐門重新砌筑耐火材料。

（2）螺旋調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)：①中間為調(diào)整節(jié)，一端是左旋螺紋另一端是右旋螺紋；②兩側(cè)為左旋螺栓和右旋螺栓；③左旋螺栓和右旋螺栓通過連接銷軸一端連接鏈條緊固件，另一端連接鏈條。通過旋轉(zhuǎn)中間調(diào)整節(jié)，一方面調(diào)整鏈條的總長度，一方面調(diào)整鏈條的張緊程度，調(diào)整行程762～1027 mm。

（3）螺栓強度校核。螺旋調(diào)整裝置中的螺栓承受軸向變載荷，強度校核公式[2]：

式中 σl——許用應(yīng)力，MPa

P——軸向力，N；為爐門重量的50%，40 000 N

A——受力面積，mm2；

M42 螺紋小徑為38.75 mm，1179.4 mm2

結(jié)果計算，σl=44.1 MPa。

左旋或右旋螺栓材料45#鋼，屈服應(yīng)力為360 MPa。根據(jù)預(yù)緊連接螺栓的安全系數(shù)M30～M60 取值為6.5～10[2]，安全系數(shù)取值為8，計算許用應(yīng)力σlp=360/8=45 MPa。σl≤σlp，說明螺旋調(diào)整裝置符合強度要求。

（4）故障原因：①爐門升降動作頻繁，螺旋調(diào)整裝置承受反復(fù)交變拉—壓應(yīng)力，長時間運行導(dǎo)致左旋螺栓或右旋螺栓的螺紋根部產(chǎn)生疲勞源，然后擴展，最后瞬間斷裂；②反復(fù)的交變拉—壓載荷，造成疲勞源萌生的位置變化比較大，疲勞源可以在內(nèi)部也可以在外部，即使螺紋根部（外部）初期疲勞缺陷，如表面微小裂紋，在周期性設(shè)備點檢、巡檢時也非常不易發(fā)現(xiàn)，除非拆卸后磁粉探傷，而這又增加了周期性檢修期間的工作量；③螺旋調(diào)整裝置在制造階段螺紋加工精度低、表面粗糙度低，螺紋旋合長度方向不是全部螺紋承受反復(fù)交變應(yīng)力，起、停瞬間因為螺紋副之間間隙造成巨大沖擊和振動。螺栓連接結(jié)構(gòu)在振動環(huán)境下，一方面容易發(fā)生夾緊力的下降，導(dǎo)致被連接件的松動，另一方面造成螺栓斷裂[3]。

5 螺旋調(diào)整裝置改造

（1）在爐門升降鏈條螺旋調(diào)整裝置的兩側(cè)增加對稱裝置的保險板2 件，考慮到螺旋調(diào)整裝置的實際張力調(diào)節(jié)作用，即需要實際生產(chǎn)時調(diào)節(jié)總長度及張緊程度；為了便于安裝，保險板一側(cè)為圓形定位孔和連接銷軸小間隙配合，另外一側(cè)為槽形調(diào)節(jié)孔[4]。同時，一方面在爐門升降鏈條調(diào)整張緊程度以后，首先實際測量兩端連接銷軸的中心距，然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定保險板中心距；另一方面左旋或右旋螺栓瞬間斷裂后爐門需要保持水平狀態(tài)，避免爐門傾斜造成兩套爐門擠壓導(dǎo)致爐門耐材脫落，因此槽形調(diào)節(jié)孔兩孔距離為10～20 mm（圖5）。

圖5 增加了保險板的螺旋調(diào)整裝置

（2）在中間調(diào)整節(jié)外側(cè)增加鎖緊螺母，調(diào)整鏈條張緊程度后，緊固鎖緊螺母，消除由于制造階段螺紋加工精度低造成的螺紋副之間的間隙，消除爐門升降啟停瞬間由于間隙造成的頻繁沖擊。

（3）2 件連接銷軸適度加長，一端臺階，一端開口銷定位。通過以上改造措施的實施，即使左旋螺栓或右旋螺栓在螺紋根部瞬間斷裂，兩側(cè)保險板可起到連接作用，爐門只會微小角度傾斜，不足以造成爐門本體上部砂封刀損壞，也不足以因傾斜擠壓造成兩套爐門耐材同時局部脫落，更不會脫落掉下引發(fā)停爐更換爐門及其他次生故障。只需短時間內(nèi)更換螺旋調(diào)整裝置就可以恢復(fù)生產(chǎn)。

6 改進效果

螺旋調(diào)整裝置改造后至今，發(fā)生過一次左旋螺栓在螺紋根部斷裂故障，故障后用倒鏈固定兩端鏈條后，不停爐，在很短時間內(nèi)更換完成螺旋調(diào)整裝置。此方案解決了螺旋調(diào)整裝置左旋或右旋螺栓偶爾疲勞斷裂引發(fā)的停爐更換及次生故障的技術(shù)問題，為熱軋步進式加熱爐爐門升降鏈條螺旋調(diào)整裝置的改進提供了參考借簽。