餘楊
（中冶（yě）賽迪工程技術股份有限公司（sī）裝備技術（shù）工程中心（xīn），重慶（qìng） 400013）

【摘　要】本文對三點球鉸支撐轉爐傾動異響產生原因和機（jī）理進（jìn）行了分（fèn）析，並指出：隻要轉爐爐體與托圈之間的徑向定（dìng）位為擋座係統，在轉爐傾動運行中，均會產生不同（tóng）的聲響。本文還對（duì）擋座（zuò）係統中如何減小和避免轉爐傾動異響提出了具（jù）體措施和建議。
【關鍵（jiàn）詞（cí）】轉爐傾（qīng）動；擋座係統；異響
0　引言
目前全世界煉鋼廠（chǎng）運行有不同（tóng）形式的轉爐，其中按轉爐爐體與托圈之間的定位方式劃分，有托圈上部三點球鉸支撐+擋座式轉爐、托圈上部耳軸（zhóu）二點支撐+擋座式轉爐、鋼絲繩吊鉤支撐+擋座式轉爐、彈簧板吊掛+擋座式轉爐、爐體（tǐ）下懸（xuán）掛支撐+擋座式轉爐、垂（chuí）直與水平雙球（qiú）鉸拉杆+導（dǎo）向座轉爐等。
以上形式轉爐在傾動時，隻有無擋（dǎng）座的雙球鉸拉杆+導向（xiàng）座轉爐(VAI專利技術)不會（huì）產生異響，而隻要是擋座式轉爐（lú），在使用一段時間後，由於轉爐不規則熱變形，托（tuō）圈上擋座和爐體上擋座之間會產生一定的（de）間隙，使製動塞墊逐步脫（tuō）落，使轉爐在傾動時，在爐體對擋座的強（qiáng）大衝擊下，發出很（hěn）大的異常響聲，這對轉爐設備運行安全，會產生嚴重隱患，同時在轉爐連續生產過程（chéng）中，不得不頻繁停爐，鋼（gāng）廠（chǎng）維修工利用（yòng）其短暫間隙（xì），冒著高溫和熱輻射，在狹窄（zhǎi）危險的高空作業區，對爐體與托圈擋座間（jiān）隙（xì）進行塞墊和焊接緊急處理。長期以（yǐ）來，如何減小和消除（chú）轉爐（lú）傾動時的異響以及相應處理時間，成（chéng）為困惑鋼廠技術人（rén）員有待解決的轉爐Z大（dà）難題之一（yī）。
1　三（sān）點球鉸支撐轉爐異（yì）響（xiǎng）分析
1.1三點球（qiú）鉸支撐轉爐
圖1三點球鉸上支撐轉爐曾經為國內Z流行的轉爐結構，現仍有不少三點球鉸轉爐在國內（nèi）鋼廠服役，源自寶鋼二十世（shì）紀八（bā）十年（nián）代從日本新日鐵引進（jìn）300t轉爐。主（zhǔ）要由爐體（tǐ）、托圈、傾動裝置、軸承座、托圈（quān）上部球鉸支撐，以（yǐ）及托圈上、下部防傾擋座等組成（chéng）。爐體通過三點球鉸支撐裝置與托圈連接，並（bìng）利用（yòng）防傾擋座使爐體與托圈徑向定位。托圈二端耳軸支撐在軸承座裝置上，通過傾動裝置驅動（dòng），使轉爐正反緩慢轉動，逐一完成兌鐵（tiě）水、搖（yáo）勻、出渣和出鋼等冶煉操（cāo）作（zuò）。轉爐傾動力矩通過扭力杆裝置的扭力杆扭（niǔ）轉彈性變形平衡和緩衝，並將其轉換為（wéi）拉（lā）壓負荷傳遞給扭力杆軸承座地基。整個轉爐重量，均由耳軸承擔，耳軸負荷為低速重（chóng）載及頻繁啟（qǐ）停製動，工作條件惡劣，耳軸支撐軸承經常處於局部工作狀態，而托圈在高溫、重載下會產生耳（ěr）軸軸（zhóu）向伸長和撓曲變形，耳軸在軸向有伸縮並發生偏轉[1]，因此傳動側耳（ěr）軸軸承座支撐是固（gù）定（dìng）的（de），而非傳動側耳軸軸承座支（zhī）撐（chēng）是浮動的。

1.2三點球（qiú）鉸支撐轉爐托圈與（yǔ）爐體連接特點
托圈與爐體的連接為球鉸支（zhī）撐及（jí）防傾擋座構成。在圖2球鉸支撐機構中，爐體法蘭（lán）焊（hàn）接在爐殼（ké）上，2個球麵塊合對分別安裝固定在爐體法蘭開孔中。支座焊接在托圈上，銷軸安裝在托圈支座孔內，並（bìng）與吊掛螺栓鉸接。2個球麵墊裝在吊掛螺栓上，分別與2個球麵塊貼合。
吊掛螺栓的螺母擰緊時，就將托圈與爐體連接為一體。當（dāng）爐體徑向熱（rè）膨脹時，吊掛螺栓繞銷軸擺動，同時吊掛螺栓上的球麵墊沿固定在（zài）爐體法蘭上的球（qiú）麵塊滑移（yí）錯動，使（shǐ）銷軸中心線與球麵墊中心線由原重合狀態改變偏離x距離，以適應其爐體熱膨（péng）脹。圖（tú）2的3個球鉸支撐位於托圈上方，對稱出鋼口成120º圓周均布。

在（zài）圖3防傾擋座中，防傾擋座對應爐體和托圈部位成對焊接，其中托圈擋座分別焊在爐體擋（dǎng）座的二側，托圈擋座與爐體擋座（zuò）之間二端的間隙（xì）中，分別插入塞墊，並點焊固定。
圖3的3～4組防傾擋座（zuò）分（fèn）別位於托圈上、下方，其中防（fáng）傾擋座在托圈上方3組的位置分別是出鋼（gāng）口一側、耳軸的固定端和浮動端，在托圈下方4組分別對稱布置在耳軸的二側。這種球鉸支撐+防傾擋座連接結構能有效地在360º旋轉範圍內支撐爐（lú）體，利用雙球麵機構來吸（xī）收爐殼相對於托圈的膨脹，其特點為（wéi）：三點球鉸上支撐（chēng），剛性過約束支撐吊（diào）掛係統。

1.3三點球鉸支撐轉爐（lú）異響（xiǎng）分（fèn）析（xī）
轉爐在任意角度下停止傾動時，它的全部重量W都可以分解為與轉爐爐體中心線平（píng）行Fn和垂（chuí）直Ft二個分力。從圖4轉爐傾動受力分析中可看出，與轉爐爐體中（zhōng）心線平行分（fèn）力Fn使爐體沿托圈平麵垂直方（fāng）向（xiàng）竄動，這個力由三點球鉸支撐來承受，與轉爐爐體中心線垂直分力Ft使爐體沿托圈徑向（xiàng）方向移動並產生偏（piān）轉力矩，這個力和力矩由防傾擋座裝置來平衡[1]。

從（cóng）三（sān）點球鉸支撐轉爐托圈與爐（lú）體連接（jiē）特點可以看出（chū），球鉸支撐的螺（luó）母擰緊力至關重要（yào）：不（bú）能太大，也不能（néng）過小，螺母擰緊力太大，吊掛螺栓上（shàng）的滑移球（qiú）麵墊與爐（lú）體上固定（dìng）球麵塊之間摩擦阻力就（jiù）大，甚至發生合配球麵之間的咬合，失去自適應爐體（tǐ）熱膨（péng）脹（zhàng）的作用(此外，球鉸支撐的上、下兩球麵墊的製造和安裝（zhuāng）不同心（xīn），徑向偏擺受阻，球麵墊與球麵塊之間潤滑不良等，也（yě）會增（zēng）加摩擦阻力或（huò）產生（shēng）膠合);螺母擰緊力過小，爐體（tǐ）與托圈平麵垂直方向產生竄動，製動墊板（bǎn）之間產生摩擦（cā），使製動塞墊逐步脫落，形成間隙，導（dǎo）致轉（zhuǎn）爐傾動時，爐體擋座（zuò）與托圈擋座之間產（chǎn）生強（qiáng）烈衝擊及（jí）聲響。此外，螺母擰（nǐng）緊力過小，還（hái）會導致吊掛螺（luó）栓所（suǒ）承受（shòu）的衝擊（jī）力加大，同時又使得雙球麵支撐結構（gòu）球麵錯動量加大，甚至在吊掛螺栓截麵係數變化（huà）較大的根部形成（chéng）應（yīng）力集中而斷裂，造成更大的生產事故。
我們知（zhī）道，轉爐在高溫和頻繁啟停衝擊重載生產過程中，球鉸支撐機（jī）構的（de）螺母與（yǔ）吊（diào）掛螺栓之間連接螺（luó）紋付所形成的擰緊力會不（bú）斷（duàn）變化，需要定期進行擰緊調整，而在高溫和熱輻射，狹窄、昏暗而（ér）危險的托圈上高空作業熱區（qū）進行球鉸支撐螺母的合理擰緊，以及對爐體與托圈擋座之（zhī）間間隙進行（háng）快速塞墊和焊（hàn）接固定處理談何容易。
既使在托圈和下爐（lú）體擋座製動托架中間增加墊板[1](如圖5所示)，可能會改善因球鉸支撐螺母（mǔ）鬆動或吊掛螺（luó）栓拉伸變形，爐體沿（yán）托圈平麵垂直方向的竄動，但還有以下因素（sù），使（shǐ）爐體與托圈擋座（zuò）之間仍會（huì）產生間隙：由於擋座墊（diàn）板為多層薄板，經受壓後薄板間隙消除，導致在擋座間產生間隙;爐體擋座兩邊（biān）有6º的（de）斜角（jiǎo），爐體的熱膨脹會產生間隙;受載後墊片、擋（dǎng）座（zuò）等有局部（bù）屈服（fú）和變形產生間隙;轉爐傾動過程中擋座麵的磨損（sǔn）產（chǎn）生間隙;由於擋座（zuò）之（zhī）間的（de）不斷正反（fǎn）重荷衝擊，在爐體擋座（zuò）二側的托圈擋座焊縫（féng）強度逐步減弱或（huò）塑性（xìng）變形，並使（shǐ）擋座反向滑移，形成岔口間隙(該點為球鉸支撐轉爐防傾擋座（zuò）致命缺陷)等。

從以上轉爐結構分析以及大量生（shēng）產（chǎn）實際觀察，我們可得出如下的三點球鉸支撐（chēng）轉（zhuǎn）爐異（yì）響聲源產生緣由結論：
1)傾動過程中，雙球麵支撐結構球麵之（zhī）間錯動卡阻發出異響（xiǎng）;
2)傾動過程中，球麵支撐機構螺母未擰緊，爐（lú）體與托圈平麵垂直（zhí）方向產生竄動，使擋座製動墊板之間產生摩擦異響;
3)傾動過程中，托圈上部擋座（zuò）間隙使得爐體和擋座產生衝擊異響，托（tuō）圈下部與爐體擋座聯結螺栓鬆動及擋（dǎng）座間隙也會產生異響;
4)傾動過程中，爐體變形導致裙板穩態變化發出的異響。
對於上述轉爐異響的根源分析，第1)條為轉爐傾動過程中，爐體和托圈之間會有彈性變形，該變形會造成雙球麵支撐結構（gòu）球麵錯動，由於雙球麵（miàn）接觸麵（miàn）的不均勻(為非標加工)，重載下的接觸會造成局部膠（jiāo）合卡阻，使得錯動過程中發（fā）出（chū）異響，該條隻有靠球麵支（zhī）撐機構自然跑合來消除。第2)條和第3)條是Z危險的，需（xū）要用戶在（zài）轉爐使用過程（chéng）中加以重點關注，也是設備維護的重點。
對（duì）於第（dì）4)條爐（lú）體變形導致裙板穩態變化（huà）發出（chū）的異（yì）響（xiǎng），其原因是爐體剛度大，變形方向主要是沿徑向和軸向，同時傾動過程由於受鐵水流動載荷，爐體有橢圓變形。而裙板比較薄，剛度小，溫度（dù）及變形受操（cāo）作噴濺影響，是不規則的，而（ér）爐體與裙板的聯結為過約束聯結（jié），使得裙板有在轉爐傾動過程中，爐體變形導致裙板穩態變（biàn）化，有翹（qiào）曲彈性變形（xíng）而發出異響(類（lèi）似人踩在（zài）鼓突的薄鋼板（bǎn）上會（huì）發（fā）出聲響)，該聲響是無害的（de），會隨著時間而消失。
1.4三點球鉸上支撐機構及擋座存在的問題
綜合三點球鉸上支撐機構連接特點以及生產實際運行（háng）情（qíng）況觀察，可（kě）得出（chū）該支撐機構及擋座存在如下問題：
1)吊掛機構為過約（yuē）束，在某些條件下會造成吊掛螺栓從根（gēn）部折斷。該機構本質（zhì）上（shàng）是一種擺杆、擋座組合的吊掛係統，但該係統在聯接係統（tǒng）自由度設計上有嚴重的過約束現（xiàn）象。擺杆螺栓本身自由度不足，當擋座出現間隙時，擺杆螺栓根（gēn）部易出現衝擊彎曲應力。
2)該球鉸支撐的側向(或環向)無偏（piān）擺功能（néng），不能適應爐體立體不規則熱膨脹變形。
3)支（zhī）撐機構位於爐冒段，且被爐體裙罩遮蔽，調整及維護困難，冷卻條件不好（hǎo），降低（dī）支撐機構的（de）壽命。
4)轉爐重心上移，操作時轉爐容易失控或溜鋼，操控（kòng）安全性較差。
5)為（wéi）達到轉爐正力矩設計特性，爐體底部需加（jiā）配重，轉爐設備較重，傾動功率加大。
6)由於擋座間隙形成爐體對擋座二單側的反複正反重載衝擊，擋座焊縫（féng）強度逐步減弱，並使二側（cè）托圈擋座相對爐體擋座反向（xiàng）滑移，形成（chéng）岔口，從而加大擋座間隙。另外，反複重載衝擊（jī）也會使剛度較弱的托圈擋座逐步產生塑性變形，也易形成岔口並加大擋座間隙。
7)擋座間隙不斷塞（sāi）墊和固焊、擋座不定期加熱補焊或更換等維護和調整作（zuò）業，會（huì）傷及托圈處理部位母材，縮短托圈工作壽命（mìng）。
2　三點球鉸（jiǎo）上支撐轉爐異響預防措施
通過上述三點球鉸上支撐轉爐異響原因和機理分析，可采用如下改進措施來減小或（huò）消（xiāo）除其轉爐傾動異響：
1)根據上支撐三球鉸的製造和安裝情況，合（hé）理確定球鉸支撐的螺母擰緊力，同（tóng）時確認螺栓防（fáng）鬆是（shì）否有效。為達（dá）到合理的擰緊力，可在螺母與球麵墊之間，加裝剛性足夠大的碟簧片，並在螺母與吊掛螺栓之間標注擰緊定位記號，使三個球鉸吊掛（guà）螺栓擰緊（jǐn）力相同且恒（héng）定。
2)支撐（chēng）球鉸的二對球麵墊的貼合麵均需加工一定的表麵粗糙度，防止因表麵粗糙度過大，增加摩擦或產生膠合。
3)下（xià）爐體擋座製動托（tuō）架中間增加墊板，改善因球鉸支撐螺母鬆動（dòng）或吊掛螺栓拉（lā）伸變形，使爐體沿托圈平麵垂直方向的竄動。
4)初（chū）始安裝時，托圈擋座與爐體擋座墊片之間必（bì）須保證零間隙，因為經轉爐傾動受壓（yā）後，薄板間隙消（xiāo）除，自然會補（bǔ）償熱變形（xíng）。另外，擋座的墊片層不宜過多。在經傾動（dòng）受壓後，薄板間隙（xì）消除所產生的間隙兩（liǎng）側相加不要（yào）大於5mm，否則需進行調（diào）整加墊(墊片Z好為不會脫落的特殊設（shè）計（jì）)，即可消除異（yì）響。5)從盡量加大托圈擋座的強度和（hé）剛度、設置（zhì）爐（lú）體（tǐ）擋座二側托圈擋座之間的剛性連接件入手，使擋（dǎng）座在爐體傾動時，始終處於（yú）封閉受力（lì）狀（zhuàng）態，即可避免擋座岔口間（jiān）隙和衝擊。
3　結論
1)隻要轉爐爐體與（yǔ）托圈之間的徑向定位（wèi）為擋座係統，在生產傾動運行中，由於轉爐不規則熱變形（xíng），以及材質或結構熱膨脹係數不同，導致擋座靜態結（jié）構之間相對滑移，摩擦、磨損及間隙，產生不同的聲響。
2)爐體沿托圈平麵垂直方向的竄動，以及擋（dǎng）座之間產（chǎn）生間隙、衝擊和聲（shēng）響，是三點球鉸上（shàng）支撐轉爐自身結構特點所決定、不可避免的固有缺陷。為了避免這些缺陷，可采用下（xià）爐體擋座（zuò）製（zhì）動托架中間增加墊板，改善（shàn）因球鉸支撐螺母鬆動或吊（diào）掛螺（luó）栓拉伸變形，使爐體沿托圈平麵垂直方向的竄動。從（cóng）盡量加大托圈（quān）擋（dǎng）座的（de）強度和剛度、設置爐（lú）體擋座二側托圈擋座之間的剛性連接入手，使托（tuō）圈整體擋座由一側受力變為兩（liǎng）側同時受力，受力由C形開口結構變為封閉的環形預應力結（jié）構，同時擋（dǎng）座強度大大提高，避免擋座岔口間隙（xì）和衝擊。
3)三球鉸吊掛螺栓擰緊力合理（lǐ）、相同、且恒定，托圈與爐體處於無間隙和無衝（chōng）擊定位是減小或消除三球鉸上支撐轉爐異響產生的關鍵。
4)周（zhōu）全的設（shè）計（jì）、合理的結構、優質（zhì）的製造以及精心的安裝，能夠（gòu）Z大限度的減小或（huò）消除擋座係統轉爐在運（yùn）行當中產生的異響（xiǎng）。
5)將舊轉爐三球鉸吊（diào）掛支撐結構改造為下懸掛連接結構，並合理布置（zhì）和優化擋座數量。

來源：《鋼鐵技術》2016年第4期