石横特钢铁水包耳轴接长设计应用

林明烈

（石横特钢集团有限公司，山东 泰安271612）

1 存在问题及分析

石横特钢集团三炼钢车间，转炉公称容量60 t，配套600 t 的混铁炉。向转炉兑铁水的工艺过程为：高炉铁水用65 t 铁水罐通过铁路运至转炉跨，铸造起重机将铁水倒入混铁炉，再将混铁炉内的铁水倒入55 t铁水包，最后用起重机将铁水包内的铁水兑入转炉。转炉跨共配备了两台100/20 t铸造起重机，分别用于吊运65 t铁水罐和55 t铁水包。65 t铁水罐的耳轴中心距是3 620 mm；55 t 铁水包的耳轴中心距是3 050 mm。如果将两台起重机的龙门钩钩距分别设计成3 620 mm 和3 050 mm，则当其中任1台起重机发生故障时将严重影响炼钢生产。为了解决这一问题，以便两台起重机能互为备用，在方案设计时，将两台起重机的龙门钩钩距设计成可调式结构，如图1 所示，以满足铁水罐和铁水包不同钩距要求，保证生产的正常运行。

图1 可调式龙门钩

在投产的最初几年，由于生产节奏较慢，当1台起重机发生故障时，用另1台起重机通过调整钩距的办法基本能够满足生产要求。但随着操作水平的不断提高，生产节奏越来越快，而调整龙门钩钩距操作流程繁琐。在这种情况下，如果1台起重机发生故障，再采取用另1台起重机来回调整钩距的方法，分别完成向混铁炉和转炉倒铁水的工作将严重影响生产节奏，因此急需将55 t铁水包的耳轴中心距由3 050 mm改为3 620 mm。

2 方案设计比较

2.l 更换耳轴

根据冶金用钢水罐YB/T 4175—2008耳轴中心距3 620 mm 的结构要求，重新设计加工两个新耳轴。将原来的耳轴用机械加工的方法去掉，并将包壳上的耳轴孔根据新耳轴尺寸进行加工，最后按照工艺要求将耳轴与包壳焊好，最后按有关要求对焊缝进行100%超声检测。此方案特点：需要大型机械加工设备，且加工量大，新耳轴重量较大，需要将包内的耐火材料拆除。该方案改造周期较长，改造成本较高。

2.2 接长耳轴

根据铁水包原来耳轴的结构尺寸，设计加工两个接长耳轴。接长耳轴的外端结构尺寸与原耳轴相同，另一端加工1 个内孔与原耳轴的轴颈相配合。将原耳轴轴头的多余部分用气割割去并打磨平整，然后把新加工的耳轴套装在原来耳轴的轴颈上，最后将新耳轴与原耳轴座开坡口焊接牢固，焊缝按要求进行100%超声检测。该方案特点：机械加工量小，接长耳轴重量小，不用拆除包内耐火材料，改造周期短，改造费用低。

3 方案实施

通过对两个方案的比较，决定采用接长耳轴方案。原耳轴结构如图2所示，接长耳轴的结构如图3 所示。主要技术要求为：材料为35#钢锻件；锻造应符合JB/T 5000.8的规定；耳轴应进行调质处理。

方案实施：将原耳轴在距外端面90 mm处用气割割断，把断面打磨平整，再将加工好的接长耳轴套装在原来的耳轴上，并与耳轴座焊接牢固，最后对焊缝进行100%超声检测。为了便于装配时将接长耳轴沉孔中的空气排出，在接长耳轴的沉孔底部沿径向钻1个透气孔。改造后的铁水包见图4。

图2 原耳轴

图3 接长耳轴

图4 改造后铁水包

4 强度校核

由于接长耳轴的主要尺寸与原耳轴相同，所以接长耳轴本体的强度能够满足要求，无需校核，只需校核接长耳轴与耳轴座的焊缝剪切强度即可。根据《机械零件设计手册》，焊缝剪切强度的校核公式为［1］：

式中：M为焊缝所受弯矩，N·m；R为焊接处耳轴的半径，0.16 m；K为焊角高度，因耳轴有25 mm的倒角，焊角高度为20 mm，所以K为0.045 m；［τ］为焊缝的许用应力，耳轴材料为35#钢，［τ］为118 MPa［2］。

耳轴受力如图5所示。焊缝所受弯矩为：

式中：Q为铁水包总质量，8×105N；L为耳轴中心至焊接处的距离，0.38 m。

图5 耳轴受力分析

将数值代入（1）式得：τ为71.8 MPa＜118 MPa，故焊缝强度满足要求。

5 实施效果

铁水包采用接长耳轴方法加大耳轴中心距，与整体更换长耳轴相比，节省了改造费用，缩短了改造时间。改造后的铁水包经实际运行证明安全可靠。改造后铁水包与铁水罐耳轴中心距相同，使两台起重机完全通用，提高了生产效率，具有较好的经济效益。该改造方法已获得实用新型专利。