確保2250熱軋粗軋機主軸螺栓的緊固質量的研究

周 毅, 王 濤

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確保2250熱軋粗軋機主軸螺栓的緊固質量的研究

周 毅, 王 濤

（中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 寶山 200941）

2250熱軋R1、R2軋機中間軸與主電機之間采用以雙頭螺栓連接的連接方式，雙頭螺栓的螺桿部分與連接孔之間采用間隙配合形式。基于工作經驗，改進制備了典型形態的鋁系混凝劑，進行了混凝劑投加量對混凝去除有機物效果的研究。

主軸螺栓；擰緊力矩；預緊力

1 引 言

寶鋼股份羅湛江鋼鐵2250熱軋廠粗軋R1軋機為二輥可逆式軋機、R2軋機為四輥可逆式軋機，主傳動軸為滑塊式接軸，分別與上下主電機相連[1,2]。2250熱軋R1、R2軋機中間軸與主電機之間采用以雙頭螺栓連接的連接方式，雙頭螺栓的螺桿部分與連接孔之間采用間隙配合形式，為了實現輸出扭矩的正常傳遞，必須保證雙頭螺栓的預緊力矩達到一定的數值[3-5]。由于整個電機轉矩僅僅靠中間軸和主軸間的平面法蘭表面摩擦力來傳遞，沒有任何鍵，因此，足夠的螺栓預緊力是非常必要的。2250熱軋粗軋機R1、R2機組于2015年11月正式開始投入運行時R2軋機主軸振動發現異常，我們利用定修停機時間拆開R2軋機主傳動軸接軸防護罩，發現一顆螺栓已經斷裂，業主決定停機進行分析處理[6-8]。經過試拆（利用液壓扳手，最大轉矩43 100 N·m），發現每顆螺栓在液壓扳手泵壓顯示30 MPa左右時螺栓就已拆松，查表得知此時拆松力矩為17 530 N·m[9-12]，利用此力矩推算實際擰緊力矩只有11 687 N·m。根據西馬克設備方圖紙技術參數計算螺栓擰緊力矩：=0，（一般取0.1～0.2，根據潤滑方式不同而不同）這里值根據西馬克專家意見取0.125，=0.125×3 800×90=42 750 N·m。對比可知，原螺栓擰緊力矩遠遠沒有達到設計要求。

2 實驗分析

經過現場試驗發現，在緊固主軸連接螺栓過程中另一頭螺母發生跟轉，此時的擰緊力矩只達到液壓扳手最大值的1/4。經討論決定在螺栓另一頭制作輔助工裝將螺母擋死，采用雙向緊固方式，防止在緊固螺栓過程中另一頭螺母發生跟轉。經過試驗，利用液壓扳手可以達到緊固要求。但新的問題隨之出現：①采用輔助工具定位后又容易鎖死，很難卸下，影響工作效率。②由于液壓轉矩扳手動力頭外形尺寸特殊，根據螺栓對稱緊固順序，在緊固過程中需經常調整位置，M90以上的液壓扳手動力頭均在30 kg以上，調整位置至少要2人配合，施工極為不便。③根據公式=0換算扭矩時由于系數要根據潤滑材料取值，潤滑材料的涂抹質量也影響了值的穩定，無法確保緊固質量。④由于主軸螺栓擰緊力矩為42 750 N·m，根據德國標準計算其拆松力矩甚至達到64 125 N·m以上，使用現有的液壓轉矩扳手緊固無法達到拆除要求。而且緊固力矩達到64 125 N·m的液壓扳手動力頭重量在50 kg以上，無論是重量還是尺寸已不適合此類法蘭螺栓緊固。

2.1 優化處理方案

由于2250熱軋粗軋機主軸連接螺栓預緊力已定（3 800 kN），通過和液壓成套設備廠家溝通，設計制造一套螺栓拉伸緊固裝置（最大頂升力4 000 kN），由活塞缸、活塞和拉伸螺母等組成，在壓力作用下活塞缸中的活塞上移，帶動拉伸螺母向上移動。拉伸螺母與工作螺栓螺紋聯接，從而拉長工作螺栓，使螺栓伸長達到所要求的變形量，變形控制在彈性變形范圍之內，然后進行預緊或拆卸作業，最后通過液力或者機械回位的方式使工作螺栓回復原來的形狀，完成作業。該裝置可以使多個螺栓同時被定值緊固和拆卸，布力均勻，并可跳過利用預緊力計算擰緊力矩過程，規避因潤滑方式及涂抹潤滑劑操作造成的影響。該裝置設備體積小、質量輕，單人即可進行操作。

2.2 實驗測試優化過程

2.2.1 實驗材料

改進材料的制備:將AlCl3·6H2O 直接溶于去離子水中配制AlCl3溶液濃度為0.2 mol/L（以鋁計）。PAC-Al30溶液:將制備好的PAC-Al13溶液在95 ℃高溫下快速攪拌回流12 h , 得到濃度為0.1 mol/L的PAC-Al30溶液。

制備鋁形態采用Ferron 比色法進行測定: 取5.5 mL Ferron 比色液加到25 mL比色管中，采用去離子水定容至25 mL，然后加入一定量( 微升級) 的待測液，迅速搖勻并計時，將盛有樣品的比色皿置于分光光度計中進行自動掃描，掃描區間為混合反應后30 s 到2 h，掃描波長366 nm。單體鋁（Ala）可以與Ferron 試劑在1 min內發生反應; 低聚態和中聚態的鋁（Alb）與Ferron 試劑主要在1～120 min 內發生反應; 高聚態的鋁（Alc）為與Ferron 試劑在120 min 內仍不能反應的鋁形態部分。

2.2.2 實驗過程

本實驗采用500 mL 燒杯，燒杯內徑90 mm，杯身高122 mm。混凝程序為四段：第一段為超快攪，攪拌速度為240 r/min），攪拌時間為30 s，在第一段程序結束后迅速投加混凝劑；第二段程序為快攪，攪拌速度為200 r/min，攪拌時間為1 min；第三段程序為慢攪，攪拌速度為40 r/min，攪拌時間為15 min；第四段程序為靜置階段，靜置時間為30 min。本混凝實驗均設 3 組平行樣，最終取平均值。

2.2.3 實驗儀器

儀器：HACH 2100N 濁度儀；程控混凝實驗攪拌儀；TOC分析儀；日立U-2910 紫外可見分光光度計；pH 計；激光粒度儀。

3 實驗結果與分析

通過加入緩沖溶液，控制混凝反應過程pH為7.0左右，混凝劑投加量為0.01～0.2 mmol/L（以Al計），研究混凝劑不同投加量條件下對有機物（DOC）和濁度的去除，結果如圖1所示。從混凝劑對DOC的去除可以看出，AlCl3和PAC-Al30隨著混凝劑投加量的增大，剩余DOC均逐漸降低，兩種混凝劑對DOC的最大去除率相差不大，均達到80%以上。但PAC-Al30在投加量為0.04 mmol/L時即可對DOC有顯著去除，即最佳投加量為0.04 mmol/L ，而AlCl3的最佳投加量為0.08 mmol/L。相比于AlCl3和PAC-Al30，PAC-Al13對DOC的去除不隨投加量的增大而增大。當投加量有0.01 mmol/L增加至0.06 mmol/L時，DOC隨著混凝劑投加量的增大而降至最低，DOC去除率達到81%，但隨著混凝劑投加量的繼續增大，剩余DOC濃度反而上升。混凝劑對濁度的去除規律與DOC去除基本一致。

混凝劑混凝效果的不同主要有混凝劑的混凝機理所決定。對于AlCl3，在pH為7時，卷掃網捕為其主要的混凝機理。因此，隨著投加量的增加，水體中有機物越容易作為晶核與混凝劑形成的無定型氫氧化物沉淀，進而得到去除。而對于PAC-Al13，由于其本身帶有較高的正電荷，因此當投加量合適時，PAC-Al13表面正電荷與水體中有機物所帶的負電荷發生吸附電中和作用，進而使顆粒物脫穩沉淀，但是當混凝劑投加量過量時，水體中的正電荷會多于負電荷而造成水體復穩現象，因此可以DOC反而增大。對于PAC-Al30，雖然同樣帶有較高的正電荷，但同時PAC-Al30在預水解的作用下形成單元粒徑更大聚合體，因此在低投加量條件下，PAC-Al30主要通過電中和機理去除水體有機物，但是隨著投加量的增大，吸附架橋和卷掃網布作用成為其主要機理，因此PAC-Al30在濁度去除上表現出低投加量就可以有效去除有機物（圖1）。

圖1 混凝劑投加量對DOC和濁度去除效果結論

4 改進材料的金相分析

通過分析圖2的100倍金相觀察，可以發現溫度越高，析出物共晶硅越少，這表明當退火溫度為520 ℃時其對偏析的重分配，重彌散有效。隨著溫度不斷升高時，一些不溶于鋁的針狀，棒狀，枝晶狀的粗大的(FeMn)A15將逐漸斷裂，細化，彌散的趨勢更加明顯。共晶硅α（Al）+Si（共晶）相主要集中于板材的中間部分。

圖2 改進后100倍金相觀察

Fig.2 The improved 100 times metallographic observation

當溫度不斷提高時，中間偏析開始慢慢減少，共晶硅相被慢慢從熔彌散在Al基體中，晶粒趨向于細化，組織的力學性能得到提升，保持一定的韌性和硬度。

5 小 結

通過廠家的設計及試制作，并于定修期間到現場進行應用，我們直接將主軸螺栓預緊力控制在3 800 kN，可徹底解決2250熱軋粗軋機主軸連接螺栓緊固及拆卸難題，為2250熱軋粗軋機的安全生產起到很好的保駕護航作用。

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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，工程師，研究方向：冶金工程。E-mail：sunjinling1978@163.com。日期： 2016-07-29