本鋼2300 mm精軋F3機架螺栓斷裂分析與改造

趙麗清

本溪鋼鐵（集團）公司熱連軋廠 (本溪 117000)

本鋼2300 mm熱軋生產線精軋區共有七架四輥不可逆精軋機組，每架軋機的機架是由兩扇牌坊和上、下橫梁構成一個框架，框架由4根地腳螺栓固定在入、出口軌座上。每扇牌坊由兩根M100×3190 mm“T型頭”錨固套筒螺栓固定在軌座上。其中F3機架入口操作側“T型頭”錨固套筒螺栓在設備點檢時發現已斷裂。面對這個國內同類熱軋廠均未出現過的重大設備故障，設備管理部門沉著應對，緊急制定并實施了精軋F3操作側牌坊底座的臨時加固措施和在線監測方案，目的是避免F3軋機精度的劣化，確保在螺栓更換前的正常生產順行。為確保不影響2300 mm熱軋生產線的正常生產，采用了既能保證精軋機的生產正常運行、又能確保設備基礎混凝土結構的安全的更換設備基礎螺栓的優化方案。

1 臨時加固措施

在確定F3機架入口操作側“T型頭”錨固套筒螺栓斷裂后，對F3軋機牌坊的安裝精度進行了測量，檢查發現F3軋機牌坊的入口軌座，約有1 mm的移位。為確保2300 mm軋機正常生產，必須把F3軋機的牌坊和入口軌座固定住，我們先采取臨時性加固方案。在入口操作側軌座的混凝土設備基礎面上鉆孔，采用環氧砂漿錨固兩根M56×900的地腳螺栓，采用40 mm鋼板制作型鋼構件。用兩根M56×900的地腳螺栓把型鋼構件固定在混凝土設備基礎面上，另一面焊在入口軌座的端面，來加固入口軌座的穩定性；在軋制過程中，用千分表來檢測，軋機牌坊和入口軌座的牢固性。檢測結果顯示：軋機牌坊和入口軌座固定牢靠（見圖1）。

2 螺栓斷裂的原因分析

已斷裂精軋F3機架牌坊底座錨固套筒“T型頭”螺栓為：M100 mm、長3190 mm、材質為50CrMo，錨固盒尺寸為380×280×160、厚5 mm、材質為235B鋼板焊接形成，錨固板頂面安裝標高-4.540 m。地腳螺栓的預緊力為2605 kN；利用檢修時間抽取出斷裂的螺栓，發現地腳螺栓的斷裂部位位于螺栓的圓柱體與“T型頭”的結合處（見圖2），螺栓斷裂面呈現出凸凹不平的形狀，斷裂部位的金屬斷面已微銹蝕，從螺栓斷裂截面直觀判斷，地腳螺栓的斷裂是制造過程中出現的缺陷。“T型頭”部分殘留在錨固盒內。

圖1 軋機牌坊和入口軌座連接后狀況

圖2 螺栓的斷裂部位

3 螺栓更換方案的確定

為確保不影響2300 mm熱軋生產線的正常生產，不可能將F3機架牌坊及其所屬設備進行拆除。若更換螺栓，必須利用每次停機檢修時間來完成螺栓的更換工作。通過進行現場實地勘察、查閱施工圖紙、提出在沖渣溝側墻，錨固板安裝標高-4.540 m處開鑿砼，露出錨固盒，將錨固盒側面打開（錨固盒尺寸為380×280×160、厚5 mm的鋼板焊接形成），取出遺留在盒內的“T型頭”螺栓斷裂的部分，將“T型頭”螺栓加工為雙頭螺栓，將螺母送入錨固盒，安裝雙頭螺栓替代原有“T型頭”螺栓。能夠確保拆除混凝土工程量最少，基礎鋼筋被切斷的最少，確保精軋機設備基礎在局部被拆除的情況下需要投入正常生產使用時，設備基礎結構最安全。達到更換螺栓的目的。

4 螺栓更換實施過程

4.1 腳手架搭設

在F3精軋機沖渣溝-5.500 m處，用鋼跳板滿鋪，鋼跳板上鋪設尼龍防護網。

4.2 設備基礎混凝土拆除

從2010.10.29日至2010.11.30日檢修期間（每10天檢修一次），采用風鎬作業,在F3精軋機設備基礎沖渣溝側壁標高-4.540 m，距沖渣溝側壁1100 mm處掘進將混凝土拆除，隨拆隨清運混凝土渣，已防混凝土渣掉入沖渣溝。在設備基礎混凝土拆除時，將設備基礎鋼筋露出，采用水焊進行切割，切割鋼筋時必須保證鋼筋恢復需要的錨固長度。在距F3精軋機牌坊架底座設備基礎邊460 mm處露出螺栓錨固盒，并將錨固盒的側面切開（盒的斷面尺寸：380 mm×160 mm），取出遺留在盒內的“T型頭”螺栓斷裂的部分，具備新螺栓安裝條件（見圖3）。

4.3 螺栓安裝

新M100螺栓仍由中國第一重型機械制造廠制造。為確保新螺栓上機使用的可靠性，原設計的螺栓墊片進行了必要的修改，使之適應現方形錨固盒配合六角螺母的實際使用工況；在檢修期間，先將螺母送入已切開的錨固盒內，從上部用導鏈拉住螺栓，將螺栓對準精軋F3牌坊底座設備地腳孔，將螺栓穿入錨固套筒盒，將兩端的螺母擰緊，并在錨固盒內的螺母上安裝一防銷釘。同時，對M100螺栓的預緊力又進行了精確校核，計算出安裝壓力應為71.2 MPa，并按此要求全程監控安裝過程，確保了新螺栓安裝預緊力，滿足西馬克原設計的2605 kN的要求（見圖4）。

4.4 設備基礎混凝土的恢復

待雙頭螺栓安裝完成，經檢查符合安裝的質量要求后，用與原錨固盒相同材質的5 mm的鋼板封好錨固盒。將洞內混凝土渣清理干凈，將切斷的基礎鋼筋采用相同的鋼筋焊接聯結恢復，單面焊時焊縫長度為10d（d為鋼筋直徑）。拆除部位鋼筋為：水平鋼筋ф20×160、垂直鋼筋ф25×110，施工按原設計要求，滿足焊縫長度將鋼筋恢復，滿足《鋼筋焊接及驗收規程》（JGJ18-1996）的有關規定。采用鋼板做模板支護，灌漿前將混凝土洞內的油污用高壓水槍清除，并澆水濕潤，混凝土采用薇膨脹C35混凝土澆灌密實。并滿足混凝土結構工程施工質量驗收規范（GB50204-2002）的有關規定。待混凝土達到設計強度，拆模，清理現場，拆除防護鋼跳板腳手架。

圖4 新螺栓就位圖

5 結語

精軋F3機架設備基礎螺栓實施更換改造的成功，是在未拆除精軋F3機架牌坊及其所屬設備，保證精軋機設備基礎混凝土結構安全的情況下；編制并細化了施工網絡圖，在確保施工安全和質量的前提下；采取化整為零的施工方法，利用每一次停機檢修時間、拆除設備基礎局部混凝土，完成螺栓更換改造工作，并將設備基礎按原設計恢復。圓滿完成2300軋機精軋F3機架設備基礎螺栓實施更換技術改造工作。此方法可行，確保了精軋機的正常生產運行，創造了可觀的經濟效益。

[1]GB50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[2]JGJ18-1996，鋼筋焊接及驗收規程[S].