拉杆吊挂连接装置的分析与研究

郭瑞芳

（中冶东方工程技术有限公司，内蒙古 包头 014010）

拉杆吊挂连接装置的分析与研究

郭瑞芳

（中冶东方工程技术有限公司，内蒙古 包头 014010）

论文着重就三种拉杆吊挂装置的结构型式进行介绍，并从工作原理上进行分析，说明这三种连接装置的优点以及存在的缺陷，明确了转炉炉体与托圈的连接装置未来的技术发展趋势。

拉杆吊挂连接装置；结构分析；工作原理；特点

0 引言

炉体通过连接装置与托圈相连接。为了保证转炉能正常工作，连接装置应保证：①连接装置能将炉体牢靠地固定在托圈上；②在炉壳和托圈热膨胀时，在径向和轴向产生相对位移的情况下，不使位移受到限制，避免造成炉壳或托圈产生严重变形和破坏；③连接装置中传递载荷重新分布后，造成的局部过载，不会引起特别严重的变形和破坏；④安装方便，加工、维修容易。

截至目前，国内外设计中广泛采用的连接装置结构型式有：三点球面支承连接装置、悬盘连接装置、法兰螺栓连接装置、卡板夹持器连接装置、薄带连接装置和拉杆吊挂连接装置等类型，本文着重研究拉杆吊挂装置。

1 结构介绍和原理分析

拉杆吊挂装置使用两组拉杆，将炉体吊挂在托圈上。炉体直立时，靠一组垂直拉杆吊挂，炉体倾转到水平位置时，靠另一组水平拉杆吊挂在托圈上。该结构又分为四点静不定系统和三点静定系统，由于四点静不定系统结构复杂，对材料要求较高，制作困难；现只对结构简单，对材料要求不高，制作简单的三点静定系统进行论述。

1.1 俄罗斯100吨转炉型三点拉杆吊挂装置

炉壳下部有一加强箍，其上焊有吊挂炉体的支座，炉体通过两个活动垂直拉杆和一个固定垂直拉杆吊挂在托圈上。在驱动侧与固定拉杆对应位置有水平拉杆。

炉体倾转时，固定拉杆与水平拉杆一起承受托圈平面内的横向载荷。图1为拉杆在托圈上的配置情况，两个活动垂直拉杆3配置在与耳轴轴线成60°的位置，固定垂直拉杆2和水平拉杆4的轴线则在耳轴轴线垂直的方向，活动垂直拉杆和水平拉杆的结构分别表示在图2中。

由图2可知，活动垂直拉杆2通过两个球铰分别与上支座1和下支座9相连接。上支座1焊在托圈7的面板上，下支座9则与炉壳6焊在一起。水平拉杆11则是通过两个球铰，把焊在炉壳上的支承13与焊在托圈下面的支承12连接起来。

图1 拉杆配置图

图2 垂直和水平拉杆连接结构

炉体直立时，靠三点吊挂在托圈上。炉体倾转时，托圈平面的横向力则通过水平拉杆和固定垂直拉杆向托圈传递。水平拉杆和固定垂直拉杆还可防止炉体发生旷动。

为了尽量减少炉壳及托圈对结构使用性能的影响，这种结构把吊挂炉体的支座放在炉体下部，这里温度较低，变形较小，对结构是有利的。这种结构的 “拉杆”，在炉体处于一定倾转位置时，它们都会成 “压杆”进行工作。

这种结构的特点，在于采取了三点静定的支承系统，拉杆球铰的连接能充分地满足各种变形的需要。因此，从结构原理上说，能较好地满足前面提到的要求。这种结构具有以下优点：①转炉在任何位置时，都能将炉体负荷传递到托圈上面，并保持炉体在托圈中的正确位置；②能适应炉体在轴向和径向的胀、缩，而不产生旷动；③将炉体负荷均匀地分布在托圈上，对炉壳的强度与变形的影响减小到最低限度；④考虑到变形的产生，能以预先确定的方式传递载荷，基本上避免了因静不定问题的存在而使支承系统承受附加载荷；⑤该连接装置工作环境相对较好，又采用了多个先进的耐高温、免维护型球铰轴承，维护的工作量小，并且载荷传递元件的表面没有间隙，从而避免了倾动时的载荷震动冲击；⑥该连接装置重量轻；⑦由于该连接装置设置在炉体的下部，结构合理，工作环境相对较好，炉体的变形较小，因此炉体的安装和更换容易；⑧该连接装置设置在炉体的下部，利于中、小型转炉的炉体设置炉帽防热板和挡渣板；利于大、中型转炉炉体设置挡渣板及水冷炉帽，提高炉体的寿命。这一点对大、中型转炉尤为重要；⑨由于该连接装置设置在炉体的下部，使得整体转炉炉体的重心下移，因此利于转炉采用死炉底结构和活炉底中的小炉底结构。

1.2 俄罗斯300吨转炉型三点拉杆吊挂装置

图3 所示为俄罗斯300吨转炉采用同一原理的连接，其结构做了一些改动，炉体用三根垂直拉杆1吊挂在托圈3上，横向载荷则通过两耳轴座下面的水平支承2传递。三根垂直拉杆在圆周是1200分布，其中在出钢口对面 （相当倾动夹持器）位置上的一根为固定拉杆。

固定拉杆的结构，如图4所示。图中拉杆的上部支承座由原来在托圈上面移至下部固定。拉杆3下端开有切槽，切槽中嵌入带有套筒的固定销轴9。固定销轴的支座与拉杆下支座8一起焊在炉壳上。

图3 300吨转炉的连接装置

固定拉杆的作用，在于阻止炉体在托圈内发生耳轴方向的摆动。该连接装置克服了炉体沿耳轴轴线的方向发生窜动及托圈结构较复杂等缺陷，降低了托圈的制作难度。而且这种连接装置在任何倾转位置绝对没有变形力，炉壳的所有变形均由悬挂系统补偿，甚至是严重翘曲的炉壳。不会对炉壳或托圈造成损害，引起附加应力。

1.3 三点拉杆吊挂装置的另一种型式

图5 所示为三点静定系统吊挂装置的另一种型式，它采用两组连杆，将炉体吊挂在托圈上。炉体直立时，靠一组垂直连杆吊挂，炉体倾转到水平位置时，靠另一组水平连杆吊挂在托圈上。炉体倾转时，垂直拉杆与水平连杆及水平导向架一起承受托圈平面内的横向载荷。

图5 所示为连杆在托圈1上的配置情况，炉体5通过三个活动垂直连杆3吊挂在托圈1上。两个活动垂直连杆3配置在与耳轴轴线成45°的位置，一根连杆3在出钢口对面位置上。在驱动侧和非驱动侧各有一个活动水平连杆2。在出钢口对面位置的下方设有一个水平导向架4，作用是阻止炉体5在托圈1内发生耳轴方向的摆动。炉体5倾转时，水平连杆2与水平导向架4一起承受托圈平面内的横向载荷。

活动垂直连杆3和活动水平连杆2的结构型式相同表示在图6中。

由图6可知：垂直连杆和水平连杆中的连杆10通过两个球铰5和两个轴6铰接，轴6又通过四个球铰14分别与两个托圈凸耳1及两个炉体凸耳17铰接，用其他零件将各个球铰定位且使球铰处于全封闭状态，球铰全部采用先进的耐高温、免维护型球铰轴承。托圈凸耳1焊在托圈的底板上，炉体凸耳17则与炉壳焊在一起。将水平导向架中的导向块与托圈底板焊在一起，导向支架与炉壳焊在一起。

为了尽量减少炉壳及托圈对结构使用性能的影响，这种连接装置设置在托圈的下面板上和炉体的下部，这里温度较低，变形较小，对结构是有利的。这种结构的连杆，在炉体处于一定倾转位置时，它们会成为 “拉杆”或 “压杆”进行工作。

该装置与上述两种结构相比具有如下优点：①由于该连接装置设置在托圈的下面板上和炉体的下部，结构合理，工作环境相对较好并且利于冷却，炉体的变形较小，因此炉体的安装和更换容易；②该连接装置工作环境相对较好，又采用了多个先进的耐高温、免维护型球铰轴承且这些球铰轴承处于全封闭状态，维护的工作量更小；③该连接装置的设置对托圈的结构没有任何特殊的要求，因而托圈的制作简单；④各连杆的局部约束（连杆两端的轴的两端支承各采用一球铰轴承），能够适应托圈和炉体的变形，使得托圈和炉体在胀、缩的情况下，对该装置不产生附加应力，不改变其中轴的工作状态；⑤各连杆受力状况简单，均为二力杆。

该类型连接装置的缺点，在于系统中只要有一根杆破坏，整个承载结构就会失去作用。因此，在生产过程中必须经常定期进行仔细检查。

图5 连杆配置图

图6 水平、垂直连杆结构图

2 结论

综上所述，转炉炉体与托圈的连接装置从原理上分为：静定和静不定两种结构类型。静定结构的优点在于系统能够避免由于机械和温度差引起的附加应力；缺点在于系统中只要有一个构件破坏，整个承载结构就会失去作用，导致事故产生。而静不定结构系统有承载潜力，在系统中个别地方损坏时，尚可利用其承载潜力，不致发生重大事故。

但是，实际使用中静定结构较静不定结构重量轻，制造、安装、维修容易，特别在延长转炉的使用寿命方面优势明显。静定结构代替静不定结构是今后转炉炉体与托圈的连接装置技术发展的趋势。而三点静定吊挂连接装置因其结构合理、简单，设计、制作、安装容易，使用中不会产生附加应力，可延长炉体和托圈的寿命，在大型转炉的设计中可作为连接装置的最优方案采用。

[1]谭牧田.氧气转炉炼钢设备[M].北京：机械工业出版社，1983.

[2]黄锡恺 郑文纬.机械原理[M].上海：人民教育出版社，1981.

[3]闻名.一种新型实用的转炉炉体与托圈的连接装置[J].冶金科技2005，1.

Analysis and Research of the Hanging Rod Connected Devices

GUO Rui-Fang
(The BERIS Corporation,Baotou Inner Mongolia 014010,China)

This article introduced three types of the structure of rod hanging devices.Depending on the analysis of the working principle，expatiating the advantages and disadvantages of these three connected devices.And defined the future about the technology of the connect devices for converter trunnion ring and converter.

the hanging rod connected devices；structural analysis；working principle；feature

TH122

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.032

1002－6673（2014）03－079－03

2014－04－09

郭瑞芳（1982-），女，工程师。主要从事钢铁冶金设备的设计研究工作。