转炉轴承支座受损分析与修复

周贱生 漆良明 邓志宏

（新余钢铁集团有限公司 江西新余 338001）

1 引言

新余钢铁集团有限公司第一炼钢厂2＃转炉由于发生爆炸事故后，转炉轴承座局部遭受严重损坏，为早日恢复生产，必须尽快了解设备损坏情况，制定简单、可行、可靠的修复方案。

2 转炉设备损坏情况

由于2＃转炉发生爆炸使托圈非传动侧耳轴在水平面上偏离其轴线约80mm，造成转炉非传动侧轴承支座破坏，轴承支座往炉后下方明显倾斜。轴承支座左侧铰座销轴剪断，飞射出撞至临近混凝土柱（见图1）。轴承支座右端铰座破坏错位（见图2），且铰座外侧局部崩裂。

图1 左铰座销轴剪断撞射水泥柱

图2 右端铰座破坏错位

3 转炉设备损坏修复方案及核算

图3转炉总装图中右侧即为严重受损的非传动侧轴承座。

3.1 转炉修复方案

转炉设备可视损坏主要位于非传动侧轴承支座下部的铰支座，因此必须先修复铰座，使托圈与耳轴恢复至原始安装状态，进而摇炉以便检查、调整其它设备。由图3看出，传动侧耳轴轴承是调心滚子轴承，最大允许偏心角度为1.5°。故可将非传动侧轴承座顶升至合适高度，在线更换修复损坏的铰座，然后在水平方向施加推力使转炉整体包括托圈、非传动侧轴承座恢复原始位置。其过程简化为图4模型，使转炉炉体、托圈以及非传动侧轴承座以传动侧轴承座为支点（图中O1点）向上偏转一定角度，修复完铰座后，再沿垂直纸面方向偏转一定角度复位。

图3 转炉总装图

3.2 转炉修复方案核算

图4 转炉受力分析示意图

3.2.1 非传动侧轴承支座强度核算

此时转炉自重约580t，其中包括炉体设备180t、耐材340t、炉内渣和残钢60t；托圈自重为256t。转炉受力简化为图4所示，F1为传动侧轴承座支撑力，F2为非传动侧轴承座支撑力，G1为炉体及托圈总重，G2为倾动装置重量。

根据转炉系统力学平衡条件［1］，以转炉中心O点为力矩平衡点，可得如下力学方程

式（1）中，炉体和托圈自重G1＝580t＋256t＝836t；倾动装置自重G2＝114.8t，代入（1）式得

即传动侧轴承支座支撑力为557.75t，非传动侧轴承支座支撑力为393.05t，因此非传动侧轴承支座顶升力必须大于393.05t。

为保证非传动侧轴承支座顶升时的稳定，拟对称布置2个千斤顶位于非传动侧轴承支座底部，两千斤顶相距500mm，单个千斤顶最大顶升能力500t。

核算2个500t千斤顶同时顶升时，须先核算非传动侧轴承支座的机械强度，以保证顶升时不损坏支座。已求出非传动侧轴承支座支撑力为393.05t，有限元计算时载荷取400t，均布作用在轴承支座上表面。

按非传动侧轴承支座图简化，建立轴承支座三维计算模型［1］。两个千斤顶直接作用在轴承支座下表面，假定千斤顶与支座接触面为Ф400mm圆，千斤顶中心到轴承支座中心线距离为500mm，计算时在接触面施加固定约束，如图5所示。

图5 支座有限元计算模型

计算结果如图6，最大应力约为86MPa，出现在千斤顶与支座接触面边缘。轴承支座底板材料为Q235B，厚度为100mm，其屈服极限为205MPa，则轴承支座的安全系数n＝20 5／86＝2.38。由计算结果知，轴承支座强度足够，符合安全要求。

图6 顶升时轴承支座应力分布

3.2.2 土建结构强度核算

顶升时千斤顶下部作用于土建基础平台上，千斤顶位置距离基础边缘超过500mm且作用点不悬空，经核算＋5.990m基础平台能提供足够支撑力。

轴承支座水平方向平推矫正需借助炉后混凝土柱提供千斤顶支撑，该混凝土柱下端固定、上端自由，柱子截面尺寸为600×800mm，以截面剪力校核柱子强度，经计算柱子可以承受最大46.2t的水平推力。因为柱子上端是平台，平台可以将力传递到其他柱子，则柱子可承受的水平力可提高约35%左右，即62.37t。

根据文献［2］钢-钢滑动摩擦系数为0.1，静摩擦系数为0.15，故炉前炉后水平矫正推力启动时所需克服的水平阻力为：

滑动过程中所需克服的水平阻力为：其中非传动侧轴承支座水平移动矫正的静摩擦力为（3）式中的589.6kN，小于混凝土柱能承受的最大水平力。因此拟在非传动侧轴承支座下部，铺设滑轨方钢方案可行，而无需采用滚动摩擦工装平推复位。同时，为减小摩擦阻力，平推时在滑轨表面涂抹润滑脂。

3.3 顶升及修复过程中的相关设备分析

转炉耳轴调心滚子轴承最大偏心角度为1.5°，两轴承座之间跨距为10130mm，计算出非传动侧剖分上铰座最大可顶升262.7mm，见图7。而剖分铰座销轴轴向定位挡板直径为Φ244mm，顶升高度只需大于销轴轴向定位挡板半径R122mm就能装拆销轴，即偏心角度为0.75°时，上铰座可顶升131mm，可满足销轴装拆及剖分铰座的修复操作所需空间。

图7 托圈中心线偏转角度为1.5°时铰座上升距离

顶升非传动侧轴承支座时，倾动装置将下沉。由倾动装置与扭力杆几何关系知，传动侧轴承座中心相对倾动装置偏转1°，扭力杆装置的连杆偏转1.7°，曲柄偏转4°。而扭力杆关节轴承的允许偏转角为8°，可见非传动侧轴承支座顶升不会影响扭力杆装置。

顶升非传动侧轴承支座时，传动侧轴承座的密封轴套将与端盖上、下二处干涉，如图8所示。因此，顶升前需先拆除传动侧轴承座二端端盖。

3.4 核算结论

以上核算数据及相关设备分析表明，用千斤顶顶升非传动侧轴承支座一定高度，进而修复轴承支座铰座，最后平推复位的方案理论上可行。

图8 顶升时传动侧轴承座相干涉部位

4 修复方案实施

实际修复时共采用6个千斤顶，见图9修复工装布置图。2个500t千斤顶位于非传动侧轴承支座下部，另外4个200t千斤顶分别水平布置，位于轴承支座的东、西、北三个位置，在轴承支座顶升时使转炉保持稳定，同时还起水平推动轴承支座移动复位作用。在非传动侧轴承支座＋5.990m标高设备底板（厚度50mm）上，铺设4层60mm厚的1200×1300mm钢板，2个500t千斤顶放置在这4层厚板上，一方面顶升时防止设备底板变形，另一方面扩大支撑面积，降低顶升轴承支座时作用于土建基础的压强。

图9 实施修复工装布置图

在2个500t千斤顶的两旁设置有箱型结构的支撑立柱，立柱顶部南北方向分别安放垫块和两根170×170mm的方钢，起轴承座水平移位支撑导轨作用。方钢顶部打磨光滑并涂敷润滑脂，同样打磨光滑的轴承支座底板，通过2个500t千斤顶顶升200mm高度后，缓慢放置在两根方钢顶面上，然后开始在线分别修复左、右剖分铰座，修复后装入新加工的铰座销轴，微调北侧千斤顶，使剖分铰座吻合，随即用东侧（炉后）千斤顶水平推动轴承座，使上下铰座端部对齐，随后再次顶升轴承支座，拆去箱型立柱后，缓慢下降轴承支座，最后组装二端铰座销轴盖，至此非传动侧轴承支座铰座修复工作完成。

图10 左、右铰座修复及复位后照片

转炉非传动侧轴承支座剖分铰座修复从方案制定、工装准备、修复实施到最后完成共用时4天，并在拆除脚手架和临时支撑架后，初步检查托圈挡座、倾动制动器等设备均正常后开始试摇炉投入生产。2＃转炉修复后投入正常生产至今，转炉设备符合安全规范，运行平稳，能满足生产要求。

5 结束语

简介了转炉因事故造成的设备损坏情况，拟定修复方案并进行相关分析、计算验证，通过实践证明修复方案可行、有效，对冶金行业转炉设备设计及事故后设备修复有参考和借鉴意义。

［1］（美）Solidworks公司.Solidworks Simulation高级教程（2009版）［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2007.