延長鐵水罐及鋼包耳軸使用壽命的制作方法

鄭蕾

（萊蕪鋼鐵集團有限公司 檢修中心，山東 萊蕪 271104）

0 引言

鋼包、鐵水罐屬盛鋼類產品，是鋼鐵生產如企業煉鋼廠、煉鐵廠等熱線生產所用的裝載、運輸鋼水和鐵水的設備。耳軸是起吊鋼包（鐵水罐）的部件，承載著整個鋼包和鋼水的重量并且在高溫下作業，因此耳軸是整個鋼包構造中的關鍵部件，它直接影響著整套設備的安全。在生產實踐中，鋼包經常因為鋼水飛濺、吊鉤撞擊、頻繁接觸、擠壓對耳軸造成磨損，影響耳軸的使用壽命，其更換困難且成本較高，導致整個鋼包的大修，帶來很大的經濟損失。我們在制作鋼包耳軸過程中采取了一系列的工藝措施，可以在保證耳軸的使用性能的前提下，延長其使用壽命。

1 耳軸材質選用

鋼包（鐵水罐）耳軸承重量大，需要較高的安全性；耳軸與包體之間有一定量的焊接，需要具備較好的焊接性能；鋼包工作環境惡劣，處于高溫作業。基于以上幾點考慮，耳軸一般情況下由鍛制而成，材料可選用35CrMo 合金結構鋼，該材料具有很高的靜力強度、沖擊韌性及抗疲勞極限，淬透性比40Cr 高，高溫下有高的蠕變強度與持久強度，長期工作溫度可達500℃。該材質熱強度較高，淬透性較好，在520℃以下有較好的熱強性，無回火脆性，焊接性相當好，形成冷裂的傾向很小，可切削性極好。鍛造后，精加工前應該做調質處理，處理過后其硬度在220～260 HBW 之間，其綜合性能滿足生產需求。

2 耳軸的結構

耳軸的制作首先應考慮安全因素，其次由于大批量的使用，還需考慮其經濟適用性。鑒于此，我們對目前國內盛鋼容器的耳軸結構形式進行結構分析。大多數采用耳軸塊為鑄件，耳軸為鍛件，耳軸與耳軸塊焊接，耳軸塊與鋼包體焊接。該結構的優點是耳軸為小型鍛件，易加工。耳軸塊為鑄鋼件，成本低。缺點是耳軸與耳軸塊之間為過盈配合才能夠達到安全使用的效果，此裝配工藝較難控制。該結構適用于各種類型的盛鋼類容器。

3 耳軸耐磨套

由于耳軸的使用壽命直接影響鋼包（鐵水罐）的使用壽命，耳軸的更換也非常不易，所以在耳軸上增加耐磨套可以有效防止因鋼水飛濺、吊鉤撞擊、磨損等原因損壞鋼包耳軸。在以往的生產當中軸端擋板圓環形，與耳軸一般采用焊接形式連接。此結構簡單易實施，但焊接應力對耳軸本體有所傷害，且耳軸耐磨套無法進行更換。為達到上述目的，設計了一種延長鋼包耳軸使用壽命的軸端擋板組合裝置（如圖1 所示）。

該裝置包括第一軸端擋板、第二軸端擋板和軸套。在耳軸上加工兩處長槽，定位軸端擋板，防止軸端擋板轉動。

將原來圓環形軸端擋板改為以下結構：第一軸端擋板和第二軸端擋板。第一軸端擋板和第二軸端擋板之間通過螺栓固定，相對固定于耳軸端部的卡槽上。第一軸端擋板和第二軸端擋板相同，均成Ω 形。如此便將軸端擋板分成兩半，通過螺栓連接軸端擋板，在保證定位尺寸的基礎上實現其功能，不轉動，方便制作、拆卸、更換（圖2、3 中 尺 寸a、b、c 相對應）。

軸端擋板與耳軸之間為間隙配合，方便拆裝。軸端擋板不與耳軸進行焊接，避免了此處焊接應力對耳軸本體的傷害。

圖1 軸端擋板組合裝置結構簡圖

圖2 耳軸

圖3 軸端擋板

4 耳軸的對裝

耳軸與耳軸塊裝配時，從設計理論上一般要求過盈配合。裝入時多采用火焰加熱的方式進行熱裝。但由于耳軸塊壁厚較大，鏜制孔加熱不均勻，熱脹效果不好。且火焰加熱本身對局部材質形成一定的破壞，會損害其原有的機械性能。所以經過分析，設計了一種新型耳軸裝配方法——冷卻收縮法。設計一個密閉的冷卻箱體，箱體周圍用保溫材料保護，工作時，打開上蓋，將耳軸放置于箱體內，倒入液態氮，直至沒過耳軸整體。經多次實驗證明，每冷卻10 min，軸徑可縮減0.5 mm。耳軸由于冷卻收縮，直至尺寸縮減至裝配的理想狀態。待耳軸裝入后放置幾小時，待耳軸溫度恢復常溫狀態后再進行焊接等后續工序。

5 結語

經我公司跟蹤調研已生產的鋼包、鐵水罐，耳軸的制作工藝改進、附加耐磨套以后，其使用壽命至少延長3 倍以上，并且耐磨套本身制作成本較低，加工制作也較方便。

本制作方法是一種改變耳軸磨損、改變耳軸軸端擋板連接形式的新型冷卻收縮裝配方法。解決了鋼包（鐵水罐）耳軸因無軸套保護易損壞，使用普通軸套更換困難、軸端擋板焊接應力對耳軸本體的傷害，熱裝耳軸對耳軸材質的傷害等問題，從而延長了耳軸的使用壽命。它的特點是效率高、結構簡單、更換方便、制造方便，可廣泛應用于此類冶金設備的制作。