确保2250热轧粗轧机主轴螺栓的紧固质量的研究

周 毅, 王 涛



确保2250热轧粗轧机主轴螺栓的紧固质量的研究

周 毅, 王 涛

（中冶宝钢技术服务有限公司，上海 宝山 200941）

2250热轧R1、R2轧机中间轴与主电机之间采用以双头螺栓连接的连接方式，双头螺栓的螺杆部分与连接孔之间采用间隙配合形式。基于工作经验，改进制备了典型形态的铝系混凝剂，进行了混凝剂投加量对混凝去除有机物效果的研究。

主轴螺栓；拧紧力矩；预紧力

1 引 言

宝钢股份罗湛江钢铁2250热轧厂粗轧R1轧机为二辊可逆式轧机、R2轧机为四辊可逆式轧机，主传动轴为滑块式接轴，分别与上下主电机相连[1,2]。2250热轧R1、R2轧机中间轴与主电机之间采用以双头螺栓连接的连接方式，双头螺栓的螺杆部分与连接孔之间采用间隙配合形式，为了实现输出扭矩的正常传递，必须保证双头螺栓的预紧力矩达到一定的数值[3-5]。由于整个电机转矩仅仅靠中间轴和主轴间的平面法兰表面摩擦力来传递，没有任何键，因此，足够的螺栓预紧力是非常必要的。2250热轧粗轧机R1、R2机组于2015年11月正式开始投入运行时R2轧机主轴振动发现异常，我们利用定修停机时间拆开R2轧机主传动轴接轴防护罩，发现一颗螺栓已经断裂，业主决定停机进行分析处理[6-8]。经过试拆（利用液压扳手，最大转矩43 100 N·m），发现每颗螺栓在液压扳手泵压显示30 MPa左右时螺栓就已拆松，查表得知此时拆松力矩为17 530 N·m[9-12]，利用此力矩推算实际拧紧力矩只有11 687 N·m。根据西马克设备方图纸技术参数计算螺栓拧紧力矩：=0，（一般取0.1～0.2，根据润滑方式不同而不同）这里值根据西马克专家意见取0.125，=0.125×3 800×90=42 750 N·m。对比可知，原螺栓拧紧力矩远远没有达到设计要求。

2 实验分析

经过现场试验发现，在紧固主轴连接螺栓过程中另一头螺母发生跟转，此时的拧紧力矩只达到液压扳手最大值的1/4。经讨论决定在螺栓另一头制作辅助工装将螺母挡死，采用双向紧固方式，防止在紧固螺栓过程中另一头螺母发生跟转。经过试验，利用液压扳手可以达到紧固要求。但新的问题随之出现：①采用辅助工具定位后又容易锁死，很难卸下，影响工作效率。②由于液压转矩扳手动力头外形尺寸特殊，根据螺栓对称紧固顺序，在紧固过程中需经常调整位置，M90以上的液压扳手动力头均在30 kg以上，调整位置至少要2人配合，施工极为不便。③根据公式=0换算扭矩时由于系数要根据润滑材料取值，润滑材料的涂抹质量也影响了值的稳定，无法确保紧固质量。④由于主轴螺栓拧紧力矩为42 750 N·m，根据德国标准计算其拆松力矩甚至达到64 125 N·m以上，使用现有的液压转矩扳手紧固无法达到拆除要求。而且紧固力矩达到64 125 N·m的液压扳手动力头重量在50 kg以上，无论是重量还是尺寸已不适合此类法兰螺栓紧固。

2.1 优化处理方案

由于2250热轧粗轧机主轴连接螺栓预紧力已定（3 800 kN），通过和液压成套设备厂家沟通，设计制造一套螺栓拉伸紧固装置（最大顶升力4 000 kN），由活塞缸、活塞和拉伸螺母等组成，在压力作用下活塞缸中的活塞上移，带动拉伸螺母向上移动。拉伸螺母与工作螺栓螺纹联接，从而拉长工作螺栓，使螺栓伸长达到所要求的变形量，变形控制在弹性变形范围之内，然后进行预紧或拆卸作业，最后通过液力或者机械回位的方式使工作螺栓回复原来的形状，完成作业。该装置可以使多个螺栓同时被定值紧固和拆卸，布力均匀，并可跳过利用预紧力计算拧紧力矩过程，规避因润滑方式及涂抹润滑剂操作造成的影响。该装置设备体积小、质量轻，单人即可进行操作。

2.2 实验测试优化过程

2.2.1 实验材料

改进材料的制备:将AlCl3·6H2O 直接溶于去离子水中配制AlCl3溶液浓度为0.2 mol/L（以铝计）。PAC-Al30溶液:将制备好的PAC-Al13溶液在95 ℃高温下快速搅拌回流12 h , 得到浓度为0.1 mol/L的PAC-Al30溶液。

制备铝形态采用Ferron 比色法进行测定: 取5.5 mL Ferron 比色液加到25 mL比色管中，采用去离子水定容至25 mL，然后加入一定量( 微升级) 的待测液，迅速摇匀并计时，将盛有样品的比色皿置于分光光度计中进行自动扫描，扫描区间为混合反应后30 s 到2 h，扫描波长366 nm。单体铝（Ala）可以与Ferron 试剂在1 min内发生反应; 低聚态和中聚态的铝（Alb）与Ferron 试剂主要在1～120 min 内发生反应; 高聚态的铝（Alc）为与Ferron 试剂在120 min 内仍不能反应的铝形态部分。

2.2.2 实验过程

本实验采用500 mL 烧杯，烧杯内径90 mm，杯身高122 mm。混凝程序为四段：第一段为超快搅，搅拌速度为240 r/min），搅拌时间为30 s，在第一段程序结束后迅速投加混凝剂；第二段程序为快搅，搅拌速度为200 r/min，搅拌时间为1 min；第三段程序为慢搅，搅拌速度为40 r/min，搅拌时间为15 min；第四段程序为静置阶段，静置时间为30 min。本混凝实验均设 3 组平行样，最终取平均值。

2.2.3 实验仪器

仪器：HACH 2100N 浊度仪；程控混凝实验搅拌仪；TOC分析仪；日立U-2910 紫外可见分光光度计；pH 计；激光粒度仪。

3 实验结果与分析

通过加入缓冲溶液，控制混凝反应过程pH为7.0左右，混凝剂投加量为0.01～0.2 mmol/L（以Al计），研究混凝剂不同投加量条件下对有机物（DOC）和浊度的去除，结果如图1所示。从混凝剂对DOC的去除可以看出，AlCl3和PAC-Al30随着混凝剂投加量的增大，剩余DOC均逐渐降低，两种混凝剂对DOC的最大去除率相差不大，均达到80%以上。但PAC-Al30在投加量为0.04 mmol/L时即可对DOC有显著去除，即最佳投加量为0.04 mmol/L ，而AlCl3的最佳投加量为0.08 mmol/L。相比于AlCl3和PAC-Al30，PAC-Al13对DOC的去除不随投加量的增大而增大。当投加量有0.01 mmol/L增加至0.06 mmol/L时，DOC随着混凝剂投加量的增大而降至最低，DOC去除率达到81%，但随着混凝剂投加量的继续增大，剩余DOC浓度反而上升。混凝剂对浊度的去除规律与DOC去除基本一致。

混凝剂混凝效果的不同主要有混凝剂的混凝机理所决定。对于AlCl3，在pH为7时，卷扫网捕为其主要的混凝机理。因此，随着投加量的增加，水体中有机物越容易作为晶核与混凝剂形成的无定型氢氧化物沉淀，进而得到去除。而对于PAC-Al13，由于其本身带有较高的正电荷，因此当投加量合适时，PAC-Al13表面正电荷与水体中有机物所带的负电荷发生吸附电中和作用，进而使颗粒物脱稳沉淀，但是当混凝剂投加量过量时，水体中的正电荷会多于负电荷而造成水体复稳现象，因此可以DOC反而增大。对于PAC-Al30，虽然同样带有较高的正电荷，但同时PAC-Al30在预水解的作用下形成单元粒径更大聚合体，因此在低投加量条件下，PAC-Al30主要通过电中和机理去除水体有机物，但是随着投加量的增大，吸附架桥和卷扫网布作用成为其主要机理，因此PAC-Al30在浊度去除上表现出低投加量就可以有效去除有机物（图1）。

图1 混凝剂投加量对DOC和浊度去除效果结论

4 改进材料的金相分析

通过分析图2的100倍金相观察，可以发现温度越高，析出物共晶硅越少，这表明当退火温度为520 ℃时其对偏析的重分配，重弥散有效。随着温度不断升高时，一些不溶于铝的针状，棒状，枝晶状的粗大的(FeMn)A15将逐渐断裂，细化，弥散的趋势更加明显。共晶硅α（Al）+Si（共晶）相主要集中于板材的中间部分。

图2 改进后100倍金相观察

Fig.2 The improved 100 times metallographic observation

当温度不断提高时，中间偏析开始慢慢减少，共晶硅相被慢慢从熔弥散在Al基体中，晶粒趋向于细化，组织的力学性能得到提升，保持一定的韧性和硬度。

5 小 结

通过厂家的设计及试制作，并于定修期间到现场进行应用，我们直接将主轴螺栓预紧力控制在3 800 kN，可彻底解决2250热轧粗轧机主轴连接螺栓紧固及拆卸难题，为2250热轧粗轧机的安全生产起到很好的保驾护航作用。

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How to Ensure the Fastening Quality of Main Bearing Bolt in 2250 Hot Rolling Roughing Mill

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(MCC baosteel service co., LTD Shanghai Baoshan 200941, China)

2250 hot rolling R1, R2 mill uses the connecting way of stud bolt connection between intermediate shaft and the main motor, the form of clearance fit is used between stud screw part and connected holes. Based on working experiences, typical aluminum coagulants were modified, and effect of the coagulant dosing quantity on removing organic matter was investigated.

main shaft bolt; tightening torque, pre-tightening force

TM 312

A

1671-0460（2016）09-2102-03

周毅（1982-），男，湖北公安人，工程师，研究方向：冶金工程。E-mail：sunjinling1978@163.com。日期： 2016-07-29