鋼水包耳軸安全性改造設計

楊付春YANG Fu-chun；周文軍ZHOU Wen-jun

（山西同德興華特鋼有限公司，大同037018）

0 引言

煉鋼廠現有兩臺35t 轉爐，1 臺6 機6 流連鑄機和1臺5 機5 流連鑄機，使用40t 的鋼水包，主要參數如下：

煉鋼系統主要工藝參數如下：轉爐公稱容量35t，轉爐2 座，轉爐平均出鋼量38t，轉爐最大出鋼量42t，轉爐平均冶煉周期25 分，日均冶煉爐數125 爐，連澆爐數125 爐，有效作業天數310 天，連鑄機年生產能力120 萬t。斷面：150mm×150mm、165mm×165mm；定尺長度：6～12m；普碳鋼Q235 50%，低合金鋼HRB400 50%。

連鑄機主要工藝參數及設備特點如下：連鑄機2 臺，連鑄機流數，6 流和5 流，連鑄機機型是全弧型，連鑄機基圓半徑是R8m，鑄機設計機長是約24m，流間距是1250mm，矯直方式是連續矯直，澆注斷面mm2是150×150mm2、165×165mm2，澆鑄鋼種是普碳鋼、低合金鋼，定尺長度是6～12m，連鑄機作業率是85%，連鑄機金屬收得率是97%，連鑄機年產量是～120 萬t/臺或100 萬噸/臺，鋼包回轉臺是直臂型；單臂承重80t×2；事故液壓馬達，中間罐形式是“T”型大容量中間罐；工作液面～800mm，工作容量～32t；溢流液面～850mm，溢流容量～35t，中間罐車是高低腿式；承載70t；結晶器形式是高效窄水縫弧管式結晶器，結晶器振動是半板簧正弦振動，二次冷卻是分為4 段，全水冷卻，拉矯機是五輥拉矯機，機械拉速范圍：0.45～4.2m/min，切割方式是窄割縫高速火焰切割，切割介質是丙烷，切割行程是1800mm，切割前輥道是自由輥，引錠桿形式是剛性引錠桿，送引錠速度是0.4～3.0m/min，引錠桿存放傳動形式是雙摩擦輪傳動，切割后及輸送輥道是集中鏈傳動，出坯輥道是集中鏈傳動，出坯方式是雙側出坯，出坯輥、道移鋼機、滑軌冷床、步進冷床（預留）、出坯輥面標高是-1.500m，濁環回水是采用鐵皮沉淀池，鑄坯清理是離線火焰清理。影響鋼水包安全的因素很多，主要有鋼水包的耐火材料-、鋼水包外殼、滑動水口機件、耳軸、耳軸塊等，耳軸從耳軸塊中拔出這一故障在2005 年前幾次發生，后經過改造，效果良好。改造情況介紹如下。

1 鋼水包沒改造前的情況

1.1 沒改以前的總圖（圖1）

從總圖中可以看出，鋼水包外殼用δ20mm 厚16Mn鋼板卷制，上口為Φ2460mm，下底為Φ2110mm，高為3132mm 倒錐形容器，從上口向下1010mm 有兩個耳軸，由天車的龍門鉤掛著耳軸進行吊運，鋼水包的重心在耳軸的下方，這樣鋼水包吊起來不會傾翻，耐火材料厚度為200 mm，所以耳軸是鋼水包承重的重要部件，是絕對不能發生事故的，每年要對耳軸進行定期探傷，看有沒有裂紋，并檢查它的磨損情況，達到報廢標準就得更換。

1.2 沒改以前的耳軸塊（圖2）

圖2 鋼水包耳軸塊

1.3 沒改以前的耳軸（圖3）

圖3 鋼水包耳軸

2 存在的問題

2.1 尺寸是用特定單位表示長度值的數字

基本尺寸是設計給定的尺寸。設計零件時，根據使用要求，通過剛度、強度計算或結構等方面的考慮，并按標準直徑或標準長度圓整后所給定的尺寸。它是計算極限尺寸和極限偏差的起始尺寸。實際尺寸是通過測量獲得的尺寸，由于存在測量誤差，所以實際尺寸并非尺寸的真值。同時由于形狀誤差等影響，零件同一表面不同部位的實際尺寸往往是不等得。極限尺寸是指允許尺寸變化的兩個極限值。兩個極限尺寸中較大的一個稱為最大極限尺寸，較小的一個稱為最小極限尺寸。這樣耳軸配合處和耳軸塊的配合處的基本尺寸都是Φ250mm，耳軸塊配合處的最大極限尺寸為Φ250.029mm，最小尺寸為Φ250.000mm，耳軸的最大尺寸為Φ250.169mm，最小尺寸為Φ250.140mm。

最大實體尺寸指孔或軸在尺寸公差范圍內，具有材料量最多時的狀態，在此狀態下的尺寸，稱為最大實體尺寸。它是孔的最小極限尺寸和軸的最大極限尺寸的統稱。最小實體尺寸指孔或軸在尺寸公差范圍內，具有材料量最少時的狀態。在此狀態下的尺寸，稱為最小實體尺寸，它是孔的最大極限尺寸和軸的最小極限尺寸的統稱。

作用尺寸指在配合面的全長上，與實際孔內接的最大理想軸的尺寸，稱為孔的作用尺寸。與實際軸外接的最小理想孔的尺寸，稱為軸的作用尺寸。引自《互換性與技術測量》p2。

極限尺寸判斷原則（泰勒原則）：

孔或軸的作用尺寸不允許超過最大實體尺寸。即對于孔，其作用尺寸應不小于最小極限尺寸；對于軸應不大于最大極限尺寸。在任何位置上的實際尺寸，不允許超過最小實體尺寸。即對于孔，其實際尺寸應不大于最大極限尺寸，對于軸，則應不小于最小極限尺寸。由此可見，孔或軸的最大實體尺寸是控制其作用尺寸的；孔或軸的最小實體尺寸是控制實際尺寸的。

尺寸偏差是指某一個尺寸減其基本尺寸所得的代數差。上偏差指最大極限尺寸減其基本尺寸的代數差。下偏差是指最小極限尺寸減其基本尺寸的代數差。本次軸的上偏差為0.169mm，下偏差為0.14mm，耳軸塊的上偏差為0.029mm，下偏差為0，尺寸公差是指允許尺寸的變動量。公差等于最大極限尺寸與最小極限尺寸的代數差的絕對值，也等于上偏差與下偏差的代數差的絕對值。引自《互換性與技術測量》p3。

配合是指基本尺寸相同的、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系。國標對配合規定有兩種基準制，即基孔制和基軸制。基孔制是指基本偏差為一定的孔的公差帶，與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度。基孔制的孔為基準孔，標準規定基準孔的下偏差為0，基準孔的代號為“H”，基軸制是基本偏差為一定的孔的公差帶，與不同基本偏差的孔的公差帶形成的各種配合的一種制度，基軸制的軸為基準軸，標準規定基準軸的上偏差為0，基準軸的代號為“h”，現在我們采用基孔制。

配合有三種，即間隙配合、過度配合、過盈配合。間隙配合是指在孔和軸的配合中，孔的尺寸減去相配合的軸的尺寸，其值為正時是間隙配合。由于孔、軸是有公差的，所以實際間隙的大小將隨著孔和軸的實際尺寸而變化，孔的最大極限尺寸減軸的最小極限尺寸所得代數差稱為最大間隙；孔的最小極限市場減軸的最大極限尺寸所得代數差稱為最小間隙。過盈配合是指在孔與軸的配合中，孔的尺寸減去相配合軸的尺寸，其差值為負值。實際過盈也隨著孔和軸的實際尺寸而變化，孔的最小極限尺寸減去軸的最大極限尺寸說得的代數差，稱為最大過盈，孔的最大極限尺寸減軸的最小極限尺寸所得的代數差稱為最小過盈。耳軸塊和耳軸是過盈配合，最大過盈量為0.169mm，最小過盈量為0.094mm，最小過盈量偏小。引自《互換性與技術測量》p4。

2.2 鋼水包保護澆注澆鋼工藝技術規程

化學成分：按相關工藝標準控制鋼水成分，為保證連鑄順利澆注和提高連鑄坯質量，供連鑄鋼水應該達到以下要求：鋼中錳硫比≥20，[P]＜0.045%，[S]＜0.045%（特殊鋼種除外），鋼中含鋁量[AL]≤0.006%，[Gu]＜0.002%，[Sn]＜0.02%，兩爐連澆：[C]≤0.02%，[Mn]≤0.15%。

鋼水包在吹氬站的溫度見表1。

表1 鋼水包在吹氬站的溫度

鋼水包澆鋼工藝規程：

澆注前的準備：

準備所需材料：覆蓋劑、測溫管、燒氧管，澆注作業前檢查鋼水包回轉臺，空載轉動靈活、無噪音，檢查鋼水包回轉臺氣動事故回轉處于良好備用狀態。

澆注操作：

在澆注過程中，每包鋼水應在前、中、后期各測量溫度一次，中間包溫度特殊情況下應及時測量。在正常澆注過程中，應認真控制好中包液面，實行滿包或較高液面澆注，杜絕低液面操作（液面低于300mm）。鋼水包開澆后中間間包液面到200mm 時，往中包加入覆蓋劑，以后根據情況補加，以中間包液面不露紅為原則。

特殊情況事故處理：當發現鋼水包滑動水口穿鋼或關不住時，應該立即采用事故回轉設備迅速將鋼水包轉出澆注位，通知天車及時吊走。

連澆時，當鋼水包滑動水口打開困難時，中間包液面降到300 mm 以下時，應通知滑動水口熱修工協助處理。

澆注結束操作：密切注視鋼流，見到下渣立即關閉鋼水包滑動水口，不得向中間包放渣，遇到滑動水口關不住時，應該立即轉動鋼水包回轉臺，將鋼水包旋轉到事故包位。

鋼水包中的鋼水溫度在1600-1700℃，鋼水包耳軸處于高溫狀態，受熱脹冷縮的影響，過盈量會進一步減小，耳軸更容易從耳軸塊中拔出，非常危險。在2005 年就有數次拔出。為了安全可靠，對耳軸和耳軸塊進行了改造。修改情況如下。

3 改造情況

3.1 耳軸塊改造情況（圖4）

圖4 鋼水包耳軸塊

3.2 耳軸的改造情況（圖5）

圖5 鋼水包耳軸

3.3 在耳軸的左側設計一個長10mm 高5mm 的軸肩，裝配時改為從內側裝配，過盈量不變，這樣即使最小過盈量偏小，有軸肩卡著，也不會拔出。從2005 年改造完使用到現在，再也沒有出現過耳軸拔出的情況，效果明顯。

4 結論

鋼水包耳軸是重要的承重部件，絕對不能發生故障，發生故障后，造成的進一步破壞是巨大的，因此鋼水包耳軸的安全可靠，是冶金行業重點關注的部位。只有鋼水包耳軸安全可靠了，煉鋼廠才能連續安全生產，不斷提高產量。有同類問題的兄弟單位可以借鑒。