钢水包耳轴安全性改造设计

杨付春YANG Fu-chun；周文军ZHOU Wen-jun

（山西同德兴华特钢有限公司，大同037018）

0 引言

炼钢厂现有两台35t 转炉，1 台6 机6 流连铸机和1台5 机5 流连铸机，使用40t 的钢水包，主要参数如下：

炼钢系统主要工艺参数如下：转炉公称容量35t，转炉2 座，转炉平均出钢量38t，转炉最大出钢量42t，转炉平均冶炼周期25 分，日均冶炼炉数125 炉，连浇炉数125 炉，有效作业天数310 天，连铸机年生产能力120 万t。断面：150mm×150mm、165mm×165mm；定尺长度：6～12m；普碳钢Q235 50%，低合金钢HRB400 50%。

连铸机主要工艺参数及设备特点如下：连铸机2 台，连铸机流数，6 流和5 流，连铸机机型是全弧型，连铸机基圆半径是R8m，铸机设计机长是约24m，流间距是1250mm，矫直方式是连续矫直，浇注断面mm2是150×150mm2、165×165mm2，浇铸钢种是普碳钢、低合金钢，定尺长度是6～12m，连铸机作业率是85%，连铸机金属收得率是97%，连铸机年产量是～120 万t/台或100 万吨/台，钢包回转台是直臂型；单臂承重80t×2；事故液压马达，中间罐形式是“T”型大容量中间罐；工作液面～800mm，工作容量～32t；溢流液面～850mm，溢流容量～35t，中间罐车是高低腿式；承载70t；结晶器形式是高效窄水缝弧管式结晶器，结晶器振动是半板簧正弦振动，二次冷却是分为4 段，全水冷却，拉矫机是五辊拉矫机，机械拉速范围：0.45～4.2m/min，切割方式是窄割缝高速火焰切割，切割介质是丙烷，切割行程是1800mm，切割前辊道是自由辊，引锭杆形式是刚性引锭杆，送引锭速度是0.4～3.0m/min，引锭杆存放传动形式是双摩擦轮传动，切割后及输送辊道是集中链传动，出坯辊道是集中链传动，出坯方式是双侧出坯，出坯辊、道移钢机、滑轨冷床、步进冷床（预留）、出坯辊面标高是-1.500m，浊环回水是采用铁皮沉淀池，铸坯清理是离线火焰清理。影响钢水包安全的因素很多，主要有钢水包的耐火材料-、钢水包外壳、滑动水口机件、耳轴、耳轴块等，耳轴从耳轴块中拔出这一故障在2005 年前几次发生，后经过改造，效果良好。改造情况介绍如下。

1 钢水包没改造前的情况

1.1 没改以前的总图（图1）

从总图中可以看出，钢水包外壳用δ20mm 厚16Mn钢板卷制，上口为Φ2460mm，下底为Φ2110mm，高为3132mm 倒锥形容器，从上口向下1010mm 有两个耳轴，由天车的龙门钩挂着耳轴进行吊运，钢水包的重心在耳轴的下方，这样钢水包吊起来不会倾翻，耐火材料厚度为200 mm，所以耳轴是钢水包承重的重要部件，是绝对不能发生事故的，每年要对耳轴进行定期探伤，看有没有裂纹，并检查它的磨损情况，达到报废标准就得更换。

1.2 没改以前的耳轴块（图2）

图2 钢水包耳轴块

1.3 没改以前的耳轴（图3）

图3 钢水包耳轴

2 存在的问题

2.1 尺寸是用特定单位表示长度值的数字

基本尺寸是设计给定的尺寸。设计零件时，根据使用要求，通过刚度、强度计算或结构等方面的考虑，并按标准直径或标准长度圆整后所给定的尺寸。它是计算极限尺寸和极限偏差的起始尺寸。实际尺寸是通过测量获得的尺寸，由于存在测量误差，所以实际尺寸并非尺寸的真值。同时由于形状误差等影响，零件同一表面不同部位的实际尺寸往往是不等得。极限尺寸是指允许尺寸变化的两个极限值。两个极限尺寸中较大的一个称为最大极限尺寸，较小的一个称为最小极限尺寸。这样耳轴配合处和耳轴块的配合处的基本尺寸都是Φ250mm，耳轴块配合处的最大极限尺寸为Φ250.029mm，最小尺寸为Φ250.000mm，耳轴的最大尺寸为Φ250.169mm，最小尺寸为Φ250.140mm。

最大实体尺寸指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最多时的状态，在此状态下的尺寸，称为最大实体尺寸。它是孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸的统称。最小实体尺寸指孔或轴在尺寸公差范围内，具有材料量最少时的状态。在此状态下的尺寸，称为最小实体尺寸，它是孔的最大极限尺寸和轴的最小极限尺寸的统称。

作用尺寸指在配合面的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸，称为孔的作用尺寸。与实际轴外接的最小理想孔的尺寸，称为轴的作用尺寸。引自《互换性与技术测量》p2。

极限尺寸判断原则（泰勒原则）：

孔或轴的作用尺寸不允许超过最大实体尺寸。即对于孔，其作用尺寸应不小于最小极限尺寸；对于轴应不大于最大极限尺寸。在任何位置上的实际尺寸，不允许超过最小实体尺寸。即对于孔，其实际尺寸应不大于最大极限尺寸，对于轴，则应不小于最小极限尺寸。由此可见，孔或轴的最大实体尺寸是控制其作用尺寸的；孔或轴的最小实体尺寸是控制实际尺寸的。

尺寸偏差是指某一个尺寸减其基本尺寸所得的代数差。上偏差指最大极限尺寸减其基本尺寸的代数差。下偏差是指最小极限尺寸减其基本尺寸的代数差。本次轴的上偏差为0.169mm，下偏差为0.14mm，耳轴块的上偏差为0.029mm，下偏差为0，尺寸公差是指允许尺寸的变动量。公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸的代数差的绝对值，也等于上偏差与下偏差的代数差的绝对值。引自《互换性与技术测量》p3。

配合是指基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。国标对配合规定有两种基准制，即基孔制和基轴制。基孔制是指基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。基孔制的孔为基准孔，标准规定基准孔的下偏差为0，基准孔的代号为“H”，基轴制是基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成的各种配合的一种制度，基轴制的轴为基准轴，标准规定基准轴的上偏差为0，基准轴的代号为“h”，现在我们采用基孔制。

配合有三种，即间隙配合、过度配合、过盈配合。间隙配合是指在孔和轴的配合中，孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸，其值为正时是间隙配合。由于孔、轴是有公差的，所以实际间隙的大小将随着孔和轴的实际尺寸而变化，孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸所得代数差称为最大间隙；孔的最小极限市场减轴的最大极限尺寸所得代数差称为最小间隙。过盈配合是指在孔与轴的配合中，孔的尺寸减去相配合轴的尺寸，其差值为负值。实际过盈也随着孔和轴的实际尺寸而变化，孔的最小极限尺寸减去轴的最大极限尺寸说得的代数差，称为最大过盈，孔的最大极限尺寸减轴的最小极限尺寸所得的代数差称为最小过盈。耳轴块和耳轴是过盈配合，最大过盈量为0.169mm，最小过盈量为0.094mm，最小过盈量偏小。引自《互换性与技术测量》p4。

2.2 钢水包保护浇注浇钢工艺技术规程

化学成分：按相关工艺标准控制钢水成分，为保证连铸顺利浇注和提高连铸坯质量，供连铸钢水应该达到以下要求：钢中锰硫比≥20，[P]＜0.045%，[S]＜0.045%（特殊钢种除外），钢中含铝量[AL]≤0.006%，[Gu]＜0.002%，[Sn]＜0.02%，两炉连浇：[C]≤0.02%，[Mn]≤0.15%。

钢水包在吹氩站的温度见表1。

表1 钢水包在吹氩站的温度

钢水包浇钢工艺规程：

浇注前的准备：

准备所需材料：覆盖剂、测温管、烧氧管，浇注作业前检查钢水包回转台，空载转动灵活、无噪音，检查钢水包回转台气动事故回转处于良好备用状态。

浇注操作：

在浇注过程中，每包钢水应在前、中、后期各测量温度一次，中间包温度特殊情况下应及时测量。在正常浇注过程中，应认真控制好中包液面，实行满包或较高液面浇注，杜绝低液面操作（液面低于300mm）。钢水包开浇后中间间包液面到200mm 时，往中包加入覆盖剂，以后根据情况补加，以中间包液面不露红为原则。

特殊情况事故处理：当发现钢水包滑动水口穿钢或关不住时，应该立即采用事故回转设备迅速将钢水包转出浇注位，通知天车及时吊走。

连浇时，当钢水包滑动水口打开困难时，中间包液面降到300 mm 以下时，应通知滑动水口热修工协助处理。

浇注结束操作：密切注视钢流，见到下渣立即关闭钢水包滑动水口，不得向中间包放渣，遇到滑动水口关不住时，应该立即转动钢水包回转台，将钢水包旋转到事故包位。

钢水包中的钢水温度在1600-1700℃，钢水包耳轴处于高温状态，受热胀冷缩的影响，过盈量会进一步减小，耳轴更容易从耳轴块中拔出，非常危险。在2005 年就有数次拔出。为了安全可靠，对耳轴和耳轴块进行了改造。修改情况如下。

3 改造情况

3.1 耳轴块改造情况（图4）

图4 钢水包耳轴块

3.2 耳轴的改造情况（图5）

图5 钢水包耳轴

3.3 在耳轴的左侧设计一个长10mm 高5mm 的轴肩，装配时改为从内侧装配，过盈量不变，这样即使最小过盈量偏小，有轴肩卡着，也不会拔出。从2005 年改造完使用到现在，再也没有出现过耳轴拔出的情况，效果明显。

4 结论

钢水包耳轴是重要的承重部件，绝对不能发生故障，发生故障后，造成的进一步破坏是巨大的，因此钢水包耳轴的安全可靠，是冶金行业重点关注的部位。只有钢水包耳轴安全可靠了，炼钢厂才能连续安全生产，不断提高产量。有同类问题的兄弟单位可以借鉴。