1650連鑄電磁攪拌輥扇形段地腳螺栓結構改進

邱玉明 萬明海

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524072）

1 現狀分析

湛江新投產的1650連鑄機，1#扇形段配備了兩對電磁攪拌輥，分別置于扇形段的入口和出口位置。電磁攪拌輥相比于常規的被動輥，直徑相同但長度增加了很多，主要是電纜接口所致。而增加的這部分長度正好在扇形段的地腳螺栓安裝座孔上方，從而影響了地腳螺栓的安裝[1]，特別是影響了螺栓預緊用的電動力矩扳手的空間，以至于該地腳螺栓只能采用呆扳手加榔頭敲擊的辦法來預緊，預緊力矩很難達標。該扇形段處于彎曲段和弧形段交接點，此位置輥子對弧要求高，如果螺栓預緊力矩不達標，很容易影響輥子對弧精度，造成連鑄坯質量事故[2-3]。

現場扇形段情況如圖1、圖2所示。

圖1 常規扇形段地腳螺栓位置

圖2 電磁攪拌輥扇形段地腳螺栓位置

2 改進方案

2.1 原地腳螺栓安裝形式

原地腳螺栓安裝形式如下：扇形段支座部位用蓋型螺母、香蕉座支座部位用橫圓桿螺母與拉桿螺栓連接，如圖3所示。拉桿螺栓的預緊方式：通過電動力矩扳手在上方的蓋型螺母施加預設力矩，下方的橫圓桿螺母卡在香蕉座支座的弧形槽內，不會跟著旋轉。當上方電動力矩扳手空間不足時，就只能使用呆扳手和榔頭敲擊來緊固蓋型螺母；或者采購專用的中空液壓力矩扳手來緊固，但費用高，效率低。

圖3 原扇形段地腳螺栓安裝形式

2.2 改進總體思路

改進的思路如下：更改香蕉座支座的結構，取消橫圓桿螺母，用蓋型螺母來替代，這樣就可以仍使用現已配備的電動力矩扳手進行緊固。

扇形段支座不宜更改設計，以保證該扇形段與另外5個弧形段的互換性。

香蕉座支座的改動不宜太大，特別是不宜在支座本體進行火焰切割、焊接等容易引起香蕉座變形的操作。

因此，形成的改進方案如圖4所示。

圖4 改進方案示意圖

2.3 問題點

增設支座過渡塊，可以避免在香蕉座本體進行動火作業。但由于扇形段有4個地腳螺栓，入口2個、出口2個，入口或出口扇形段支座橫向的中心距，與香蕉座的支座橫向中心距是不相同的，扇形段支座橫向中心距大了約95 mm。因此，原拉桿螺栓安裝并非垂直于扇形段支座平面，而是在斷面圖方向有約5°的傾角，具體如圖5所示。同時，在扇形段的支座受力面也相應設置了一個斜凹槽，具體如圖6所示。

圖5 地腳螺栓安裝斷面圖

圖6 扇形段支座螺栓安裝面圖

2.4 問題點解決辦法

按照前述改進思路，不改變現有扇形段支座和香蕉座支座的結構，采用外加零部件的方式解決。由于采用雙螺母的結構形式，拉桿螺栓的安裝就必須與安裝面垂直，否則會嚴重影響拉桿螺栓的受力。解決辦法包括以下兩點：首先應增加香蕉座支座橫向中心距離，使得其值與扇形段支座橫向的中心距相同，即香蕉座支座設置過渡塊使得中心距外移95 mm；其次在扇形段支座螺栓安裝的斜凹槽設置一個相同斜度的墊圈，彌補該角度，使得與蓋型螺母接觸的表面與拉桿螺栓中心線是垂直的。為保證斜墊圈放入斜凹槽的角度正確，在斜墊圈上需設置定位凸臺。形成的兩個辦法方案圖如圖7、圖8所示。

圖7 香蕉座支座過渡塊示意圖

圖8 扇形段支座斜墊圈示意圖

2.5 關鍵件結構設計和強度校核

通過上述方案形成零部件圖，關鍵件需進行強度校核以確定材質和形狀滿足受力要求。本方案中，拉桿螺栓直徑和材質不需要改變，但長度需要適當增加以適應新增的過渡塊尺寸；墊圈和斜墊圈的材質和形狀基本保持不變且不是關鍵件。因此，新增的主要受力件為過渡塊，需進行強度校核[4]。

通過三維建模、有限元受力分析，對受力微弱的局部形狀進行優化，得出最終的支座過渡塊方案和校核受力云圖，如圖9、圖10所示。拉桿螺栓M48，預緊力矩為4 000 N·m，計算拉桿預緊力約為500 kN。有限元計算結果最大等效應力為135.5 MPa，最大位移為0.11 mm。過渡塊選用材質為Q345B，強度滿足要求。

圖9 香蕉座支座過渡塊優化圖

3 改進方案的現場安裝事宜

在現場實施螺栓緊固的過程中，采用改進方案，可能會遇到上部蓋型螺母在預緊過程中與拉桿螺栓跟轉的問題。因此，可利用原有扇形段在該位置設置的一個擋塊，增設一個防止螺帽跟轉的防轉扳手，如圖11所示。

圖11 防轉扳手

螺栓安裝的步驟粗略概述如下：先將上部蓋型螺母擰入拉桿螺栓約40 mm，然后在扇形段支座墊入斜墊圈，將拉桿螺栓穿入斜墊圈，至下部的香蕉座支座及其過渡塊，后加平墊圈和下部蓋型螺母。手擰緊下部螺母后，在上部蓋型螺母套入防轉扳手，下部蓋型螺母使用電動力矩扳手擰緊，預緊力矩為4 000 N·m。后拆下防轉扳手和電動力矩扳手。

最終方案如圖12、圖13所示。

圖12 最終方案示意圖

圖13 最終方案圖紙

4 結束語

連鑄機的鑄坯支撐段通常由多個扇形段組合成圓滑過渡的輥列，每個扇形段與支撐架通過傳統的拉桿螺栓螺母副連接。但有部分扇形段特別是電磁攪拌輥扇形段，其電磁攪拌輥占用了傳統的拉桿螺栓安裝位置，需單獨設置不同的扇形段固定方式。筆者利用現有的扇形段和支撐座結構，巧妙、合理地進行了方案設計和實施，取得了良好的效果，既滿足了精確緊固力矩的需要，也實現了高效工具的利用，提升了檢修效率和質量。該方案對于相同工況特別是連鑄機扇形段改造具有很好的參考意義。