王麗果

（北京首鋼機(jī)電有限公司曹妃甸檢修分公司，河北唐山 063200）

1 步進(jìn)梁式加熱爐

步進(jìn)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(zhǎng)尺）。由裝鋼機(jī)將裝鋼輥道輸送過(guò)來(lái)的板坯裝入爐內(nèi)水梁裝料端，再由出鋼機(jī)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(mén)結(jié)構(gòu)

在每座加熱爐的裝料端、出料端設(shè)有裝料爐門(mén)及附屬的液壓升降機(jī)構(gòu)。為適應(yīng)加熱爐雙排、單排布料，裝料爐門(mén)裝置和出料爐門(mén)裝置由左右兩套帶水冷框的焊接爐門(mén)、兩側(cè)水冷爐門(mén)框、爐頂鋼結(jié)構(gòu)、爐門(mén)液壓升降裝置組成，兩套爐門(mén)裝置相對(duì)于加熱爐中心線對(duì)稱(chēng)布置，并且焊后要砌筑重質(zhì)澆注料；爐門(mén)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(mén)液壓升降裝置采用液壓缸驅(qū)動(dòng)鏈輪、鏈條傳動(dòng)，可使?fàn)t門(mén)上升和下降，兩扇爐門(mén)既可一起升降，也可單獨(dú)升降；由位移傳感器控制液壓缸行程，不僅可以控制爐門(mén)升降的極限位置，還可與步進(jìn)梁、裝鋼機(jī)、出鋼機(jī)進(jìn)行連鎖控制。液壓爐門(mén)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(mén)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(guò)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(mén)脫落的停機(jī)故障（圖4）。由于爐門(mén)本體上方砂封刀脫落，如果臨時(shí)生產(chǎn)會(huì)剮蹭爐體端墻上部耐材導(dǎo)致脫落，同時(shí)封火不嚴(yán)導(dǎo)致端墻上方鋼結(jié)構(gòu)受到高溫?zé)煔夂婵咀冃巍Ｃ總€(gè)爐門(mén)水冷鋼結(jié)構(gòu)和砌筑耐材總重約8 t，同時(shí)導(dǎo)致次生故障：下部爐門(mén)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(mén)耐材同時(shí)局部脫落。只能停爐降溫后更換爐門(mén)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(mén)液壓升降機(jī)構(gòu)的上部升降鏈條由于鏈條連接件和鏈輪距離很長(zhǎng)，需要由螺旋調(diào)整裝置調(diào)整張緊程度，保持爐門(mén)上升、下降過(guò)程中，兩條水平布置的重載滾子鏈條張緊程度相同，同步動(dòng)作。目的是一方面保持兩條鏈條同時(shí)均勻受力，鏈輪鏈條不會(huì)產(chǎn)生異常磨損；另一方面兩個(gè)爐門(mén)不管是一起升降還是單獨(dú)升降，在上升、下降的過(guò)程中爐門(mén)保持水平，不互相干涉和剮蹭，防止?fàn)t門(mén)耐材脫落導(dǎo)致停爐后拆卸爐門(mén)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(guò)連接銷(xiāo)軸一端連接鏈條緊固件，另一端連接鏈條。通過(guò)旋轉(zhuǎn)中間調(diào)整節(jié)，一方面調(diào)整鏈條的總長(zhǎng)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(qiáng)度校核。螺旋調(diào)整裝置中的螺栓承受軸向變載荷，強(qiáng)度校核公式[2]：

式中 σl——許用應(yīng)力，MPa

P——軸向力，N；為爐門(mén)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(jì)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(jì)算許用應(yīng)力σlp=360/8=45 MPa。σl≤σlp，說(shuō)明螺旋調(diào)整裝置符合強(qiáng)度要求。

（4）故障原因：①爐門(mén)升降動(dòng)作頻繁，螺旋調(diào)整裝置承受反復(fù)交變拉—壓應(yīng)力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)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(kuò)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(diǎn)檢、巡檢時(shí)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(zhǎng)度方向不是全部螺紋承受反復(fù)交變應(yīng)力，起、停瞬間因?yàn)槁菁y副之間間隙造成巨大沖擊和振動(dòng)。螺栓連接結(jié)構(gòu)在振動(dòng)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(dòng)，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(mén)升降鏈條螺旋調(diào)整裝置的兩側(cè)增加對(duì)稱(chēng)裝置的保險(xiǎn)板2 件，考慮到螺旋調(diào)整裝置的實(shí)際張力調(diào)節(jié)作用，即需要實(shí)際生產(chǎn)時(shí)調(diào)節(jié)總長(zhǎng)度及張緊程度；為了便于安裝，保險(xiǎn)板一側(cè)為圓形定位孔和連接銷(xiāo)軸小間隙配合，另外一側(cè)為槽形調(diào)節(jié)孔[4]。同時(shí)，一方面在爐門(mén)升降鏈條調(diào)整張緊程度以后，首先實(shí)際測(cè)量?jī)啥诉B接銷(xiāo)軸的中心距，然后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定保險(xiǎn)板中心距；另一方面左旋或右旋螺栓瞬間斷裂后爐門(mén)需要保持水平狀態(tài)，避免爐門(mén)傾斜造成兩套爐門(mén)擠壓導(dǎo)致?tīng)t門(mén)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(xiǎn)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(mén)升降啟停瞬間由于間隙造成的頻繁沖擊。

（3）2 件連接銷(xiāo)軸適度加長(zhǎng)，一端臺(tái)階，一端開(kāi)口銷(xiāo)定位。通過(guò)以上改造措施的實(shí)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(xiǎn)板可起到連接作用，爐門(mén)只會(huì)微小角度傾斜，不足以造成爐門(mén)本體上部砂封刀損壞，也不足以因傾斜擠壓造成兩套爐門(mén)耐材同時(shí)局部脫落，更不會(huì)脫落掉下引發(fā)停爐更換爐門(mén)及其他次生故障。只需短時(shí)間內(nèi)更換螺旋調(diào)整裝置就可以恢復(fù)生產(chǎn)。

6 改進(jìn)效果

螺旋調(diào)整裝置改造后至今，發(fā)生過(guò)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(shí)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(wèn)題，為熱軋步進(jìn)式加熱爐爐門(mén)升降鏈條螺旋調(diào)整裝置的改進(jìn)提供了參考借簽。