步進爐爐門升降鏈條螺旋調整裝置改造

王麗果

（北京首鋼機電有限公司曹妃甸檢修分公司，河北唐山 063200）

1 步進梁式加熱爐

步進梁式加熱爐是單塊模式軋制板坯的熱軋帶鋼生產線的核心設備之一，功能是冷裝25 ℃、熱裝＞500 ℃的板坯在爐內加熱到1300±20 ℃的軋制溫度，布料方式分為雙排布料（短尺）和單排布料（長尺）。由裝鋼機將裝鋼輥道輸送過來的板坯裝入爐內水梁裝料端，再由出鋼機將加熱到軋制溫度的板坯從爐內水梁出料端托出至出鋼輥道上。

2 加熱爐爐門結構

在每座加熱爐的裝料端、出料端設有裝料爐門及附屬的液壓升降機構。為適應加熱爐雙排、單排布料，裝料爐門裝置和出料爐門裝置由左右兩套帶水冷框的焊接爐門、兩側水冷爐門框、爐頂鋼結構、爐門液壓升降裝置組成，兩套爐門裝置相對于加熱爐中心線對稱布置，并且焊后要砌筑重質澆注料；爐門的作用是在不裝鋼或出鋼的情況下封住爐內熱量，保持爐壓[1]。爐門液壓升降裝置采用液壓缸驅動鏈輪、鏈條傳動，可使爐門上升和下降，兩扇爐門既可一起升降，也可單獨升降；由位移傳感器控制液壓缸行程，不僅可以控制爐門升降的極限位置，還可與步進梁、裝鋼機、出鋼機進行連鎖控制。液壓爐門升降裝置由液壓缸、鏈輪、重載滾子鏈條、鏈條連接件、螺旋調整裝置組成（圖1～圖3）。

圖1 爐門裝置

圖2 鏈輪鏈條螺旋調整裝置

圖3 螺旋調整裝置

3 螺旋調整裝置螺栓疲勞斷裂

首鋼京唐2250 生產線于2008 年12 月投產，1580 生產線于2009 年12 月投產，兩線各設置4 座加熱爐。從投產至2016年發生過兩次螺旋調整裝置的M42×3 mm 左旋螺栓或右旋螺栓在螺紋根部疲勞，瞬間斷裂造成爐門脫落的停機故障（圖4）。由于爐門本體上方砂封刀脫落，如果臨時生產會剮蹭爐體端墻上部耐材導致脫落，同時封火不嚴導致端墻上方鋼結構受到高溫煙氣烘烤變形。每個爐門水冷鋼結構和砌筑耐材總重約8 t，同時導致次生故障：下部爐門檻內部蛇形冷卻水管微小裂紋漏水造成外部耐材脫落，傾斜擠壓造成兩套爐門耐材同時局部脫落。只能停爐降溫后更換爐門及螺旋調整裝置。

圖4 螺栓根部瞬間疲勞斷裂

4 螺紋根部斷裂原因

（1）爐門液壓升降機構的上部升降鏈條由于鏈條連接件和鏈輪距離很長，需要由螺旋調整裝置調整張緊程度，保持爐門上升、下降過程中，兩條水平布置的重載滾子鏈條張緊程度相同，同步動作。目的是一方面保持兩條鏈條同時均勻受力，鏈輪鏈條不會產生異常磨損；另一方面兩個爐門不管是一起升降還是單獨升降，在上升、下降的過程中爐門保持水平，不互相干涉和剮蹭，防止爐門耐材脫落導致停爐后拆卸爐門重新砌筑耐火材料。

（2）螺旋調整裝置結構：①中間為調整節，一端是左旋螺紋另一端是右旋螺紋；②兩側為左旋螺栓和右旋螺栓；③左旋螺栓和右旋螺栓通過連接銷軸一端連接鏈條緊固件，另一端連接鏈條。通過旋轉中間調整節，一方面調整鏈條的總長度，一方面調整鏈條的張緊程度，調整行程762～1027 mm。

（3）螺栓強度校核。螺旋調整裝置中的螺栓承受軸向變載荷，強度校核公式[2]：

式中 σl——許用應力，MPa

P——軸向力，N；為爐門重量的50%，40 000 N

A——受力面積，mm2；

M42 螺紋小徑為38.75 mm，1179.4 mm2

結果計算，σl=44.1 MPa。

左旋或右旋螺栓材料45#鋼，屈服應力為360 MPa。根據預緊連接螺栓的安全系數M30～M60 取值為6.5～10[2]，安全系數取值為8，計算許用應力σlp=360/8=45 MPa。σl≤σlp，說明螺旋調整裝置符合強度要求。

（4）故障原因：①爐門升降動作頻繁，螺旋調整裝置承受反復交變拉—壓應力，長時間運行導致左旋螺栓或右旋螺栓的螺紋根部產生疲勞源，然后擴展，最后瞬間斷裂；②反復的交變拉—壓載荷，造成疲勞源萌生的位置變化比較大，疲勞源可以在內部也可以在外部，即使螺紋根部（外部）初期疲勞缺陷，如表面微小裂紋，在周期性設備點檢、巡檢時也非常不易發現，除非拆卸后磁粉探傷，而這又增加了周期性檢修期間的工作量；③螺旋調整裝置在制造階段螺紋加工精度低、表面粗糙度低，螺紋旋合長度方向不是全部螺紋承受反復交變應力，起、停瞬間因為螺紋副之間間隙造成巨大沖擊和振動。螺栓連接結構在振動環境下，一方面容易發生夾緊力的下降，導致被連接件的松動，另一方面造成螺栓斷裂[3]。

5 螺旋調整裝置改造

（1）在爐門升降鏈條螺旋調整裝置的兩側增加對稱裝置的保險板2 件，考慮到螺旋調整裝置的實際張力調節作用，即需要實際生產時調節總長度及張緊程度；為了便于安裝，保險板一側為圓形定位孔和連接銷軸小間隙配合，另外一側為槽形調節孔[4]。同時，一方面在爐門升降鏈條調整張緊程度以后，首先實際測量兩端連接銷軸的中心距，然后根據實測數據確定保險板中心距；另一方面左旋或右旋螺栓瞬間斷裂后爐門需要保持水平狀態，避免爐門傾斜造成兩套爐門擠壓導致爐門耐材脫落，因此槽形調節孔兩孔距離為10～20 mm（圖5）。

圖5 增加了保險板的螺旋調整裝置

（2）在中間調整節外側增加鎖緊螺母，調整鏈條張緊程度后，緊固鎖緊螺母，消除由于制造階段螺紋加工精度低造成的螺紋副之間的間隙，消除爐門升降啟停瞬間由于間隙造成的頻繁沖擊。

（3）2 件連接銷軸適度加長，一端臺階，一端開口銷定位。通過以上改造措施的實施，即使左旋螺栓或右旋螺栓在螺紋根部瞬間斷裂，兩側保險板可起到連接作用，爐門只會微小角度傾斜，不足以造成爐門本體上部砂封刀損壞，也不足以因傾斜擠壓造成兩套爐門耐材同時局部脫落，更不會脫落掉下引發停爐更換爐門及其他次生故障。只需短時間內更換螺旋調整裝置就可以恢復生產。

6 改進效果

螺旋調整裝置改造后至今，發生過一次左旋螺栓在螺紋根部斷裂故障，故障后用倒鏈固定兩端鏈條后，不停爐，在很短時間內更換完成螺旋調整裝置。此方案解決了螺旋調整裝置左旋或右旋螺栓偶爾疲勞斷裂引發的停爐更換及次生故障的技術問題，為熱軋步進式加熱爐爐門升降鏈條螺旋調整裝置的改進提供了參考借簽。