中間包偏心梁整體式吊具的研究與應用

田 波，雷 洲，丁洪周

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠，山東濟南 271104）

0 引言

中間包是短流程煉鋼中用到的一個耐火材料容器，位于鋼包和結晶器之間的中間包車上，作為鋼包和結晶器之間的緩沖容器，用于澆注時存儲和分配鋼水，以實現多爐連澆。中間包吊具為一種起重機械設備，用于實現連鑄中間包吊裝等功能。常規中間包的設計不存在偏重，且中間包吊具一般為分體式吊具，按照AQ 2001—2018《煉鋼安全規程》規定：煉鋼車間鐵水、鋼水或液渣，應使用鑄造起重機，鑄造起重機額定能力應符合GB 50439—2015《煉鋼工程設計規范》的規定；AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運安全規程》規定：煉鋼企業吊運鐵水、鋼水或液渣，應使用帶有固定龍門鉤的鑄造起重機，鑄造起重機額定能力應符合GB 50439—2015 的規定。因此，可分式的吊具不能吊裝帶有液態鋼水的中間包。

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠新動區為十機十流小方坯連鑄機型，使用的雙中間包為偏心式設計。目前中間包吊裝過程中，由于中間包本身存在偏重，使用正常的中間包吊具吊裝偏心中間包，存在偏重、歪斜問題，吊裝不能處于垂直狀態。同時，起重機鋼絲繩與吊具滑輪之間存在傾斜，不能保證鋼絲繩、中間包吊具與中間包的垂直度，影響安全吊裝，存在較大的安全風險。為此，設計中間包偏心梁整體式吊具，實現安全、可靠、合規的中間包吊運。

1 存在的問題及分析

1.1 存在的問題

十機十流小方坯連鑄機使用偏心式設計的雙中間包，每個中間包有4 個耳軸，中間包本體存在偏重。連鑄跨起重機原設計吊運中間包的吊具為整體式常規吊具，在吊裝偏重的中間包過程中，吊裝不能處于垂直狀態，鋼絲繩與吊具滑輪存在傾斜，不能保證鋼絲繩、中間包吊具與中間包的垂直度。此時，起重機鋼絲繩通過一系列滑輪，且會受到傾斜造成的不均勻受力、彎曲和擠壓的反復作用，加速了鋼絲繩的磨損及斷絲，存在較大安全隱患。

1.2 問題分析

中間包吊具設計雖然考慮了需要滿足吊運含熔融金屬裝置的安全規范要求，將其設計為整體式吊具，但在吊裝過程仍存在偏重問題。分析原因如下：

（1）十機十流小方坯連鑄機為雙中間包設計，中間包為異型偏心式中間包，鋼包采用雙水口形式，一個鋼包水口對應一個中間包（5 個流），中間包采用L 形設計，因此中間包本體存在偏重（圖1）。

圖1 十機十流小方坯連鑄機偏心中間包

（2）整體式吊具設計行車鋼絲繩通過均勻布置在吊具橫梁上的2 組滑輪組帶動橫梁，通過吊鉤叉、板鉤進行中間包的吊裝。由于中間包偏心，使中間包本身存在偏重，而中間包吊具橫梁上的2 組滑輪組為均勻布置，吊具中心與吊裝重心重合，在吊裝過程中無法起到調整中間包偏重的效果，導致吊裝過程出現偏斜問題。

2 設計優化方案

2.1 設計要求

根據十機十流雙中間包偏心式設計情況，并結合AQ 2001—2018《煉鋼安全規程》及AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運安全規程》的要求，中間包吊具必須滿足以下要求：

（1）中間包吊具按照整體固定式吊具進行設計，包括吊具橫梁、滑輪組、叉形件、龍門鉤等部件。設計使用板鉤進行中間包的4 點吊裝，滿足含有熔融金屬的中間包吊裝。

（2）根據中間包存在偏心重量的實際情況，吊具設計時要根據中間包的重心位置進行配重，保證在空載及重載時都能保持平衡，以保證其能夠運行平穩。因此，首先要確定中間包的重量及重心，只有確定中間包的重心位置后才能合理設計中間包吊具的重心位置，解決吊裝存在偏重、傾斜等問題，確保吊裝垂直。

（3）中間包吊具起重負荷應滿足中間包在事故滿包鋼水狀態下的吊裝能力，并根據現場情況考慮吊具設計強度及相應的規范要求。

（4）中間包吊具需要具備剛度可靠、不易變形的特性，設計結構不宜復雜，應進行輕量化設計，并根據中間包在不同液面時的狀態，靈活調整偏心重量，以實現中間包的快速吊裝。

（5）根據AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運安全規程》規定：吊運熔融金屬的起重機的主梁下翼緣板、吊具橫梁等直接受高溫輻射的部位和電氣設備，應采取隔熱防護措施。因此，中間包吊具應設計隔熱防護裝置。

2.2 設計思路

為滿足現場使用要求，對中間包吊具進行優化設計，思路如下：

（1）結合原起重機主起升結構，按照鑄造起重機的要求進行設計。原起重機主起升機構由4 根鋼絲繩組成，吊具按照設計2 組卷筒上的2 根鋼絲繩分別通過新中間包吊具2 組動滑輪組，實現吊具隨鋼絲繩的起升、下降功能，因此吊具設計包含吊具橫梁、滑輪組、叉形件、龍門鉤及配套的固定銷軸，確保中間包吊具為整體固定式吊具。

（2）對中間包進行建模和受力分析，對中間包吊具動滑輪組進行偏心設計，在中間包吊具一側設計配重裝置。配重裝置應可拆卸并且裝卸方便，保證快捷，能夠實現與中間包偏心的相互抵消，以保證垂直吊裝。

（3）針對中間包內液面高度的變化及載荷重量變化，滿足各種狀態下的吊裝，中間包吊具的設計載荷必須充分考慮滿足重載情況下的中間包的吊運。載荷重量為中間包包殼+耐材+鋼水+包蓋+吊具的總重量。

（4）中間包吊具橫梁采用Q355B 鋼板加工箱型梁，箱體焊縫、銷軸需進行探傷。箱型梁設計叉形件，叉形件為整體鍛件，中間包吊具含板鉤。吊具滑輪護罩厚度不低于10 mm，采用全封閉護罩，以避免鋼絲繩的出槽。滑輪片為軋制滑輪片，母板厚度不低于40 mm，輪片軋制均勻，滑輪裝配后應能靈活轉動，無側向擺動。板鉤的設計尺寸需滿足正常中間包吊裝的空間需求，可正常摘掛鉤。配重裝置的設計考慮采用單片配重塊插入一側梁體支撐部位，通過螺栓進行固定，實現靈活拆裝調整。

（5）箱體需要具備良好的耐熱及抗變形性能。在中間包吊具底部設計加裝隔熱板，隔熱板采用兩層鋼板，中間夾層為隔熱保溫材料，滿足吊具隔熱安全防護要求。

2.3 設計分析

測算中間包在不同液面時的重心位置，并進行建模受力分析。由于吊具按照鑄造起重機整體固定式吊具要求，吊具在橫梁上設計為加裝雙滑輪組的雙吊點，因此吊具在水平方向不會失衡，吊裝過程只會影響兩側受力的大小。當吊點中心與中間包重心位置不一致時將造成偏斜。通過測算中間包重心坐標變動幅度大小隨中間包液面變化的規律，取變動中間值設置滑輪組位置為雙吊點位置進行設計，并在距離滑輪組一側的近端設計配重塊，進行不同液面狀態時的調節，實現中間包的垂直吊裝。根據測算分析結果，設計制作用于吊運中間包的偏心梁整體式吊具。

2.4 設計方案

通過對中間包不同液面的偏重分析，設計中間包偏心梁整體式吊具，包括吊具橫梁、滑輪組、叉形件、固定銷軸、板鉤、配重塊及隔熱裝置（圖2）。偏心梁整體式吊具橫梁設計為工字形橫梁，吊具橫梁的上方兩側端各設置滑輪組，滑輪組的中心線需要偏移吊具橫梁側端的長度方向的中心線設置。在吊具橫梁四端的下方都通過叉形件與龍門鉤進行連接，在靠近滑輪組一側的吊具橫梁兩端設置可拆卸的配重塊。通過對配重塊的增加、減少進行調整，實現對不同液面時的垂直吊裝。優化后，吊具通過橫梁上方的2 套滑輪組與起重機鋼絲繩進行連接，形成雙吊點整體式吊具，因此吊具在水平方向不會失衡，只會影響兩側受力的大小，對于偏心中間包來說，其一側偏重會導致偏心歪斜。使用本吊具時，由于滑輪組和吊具橫梁本身的偏心設置，吊具的偏心與中間包的偏心相互抵消，因此吊裝后偏心中間包仍處于垂直狀態，不會造成鋼絲繩與吊具滑輪傾斜。

圖2 偏心梁整體式吊具設計優化

通過中間包偏心梁整體式吊具，實現連鑄偏心中間包的吊裝，靈活調整偏心配重塊重量，保證偏心中間包的吊裝始終處于垂直狀態，避免由于中間包的偏重導致吊裝時的歪斜，從而保證起重設備工作穩定及吊裝的安全。

3 實施效果

對中間包吊具進行優化設計，一般中間包澆鑄完成后為空包狀態進行吊裝，吊具可不額外增加配重塊進行正常吊裝，吊具的偏心與中間包的偏心相互抵消，使吊具在吊裝偏心中間包的過程仍處于垂直狀態，不會造成鋼絲繩與吊具滑輪傾斜。優化后，中間包吊具在吊裝中間包的過程中運行平穩、安全，實際應用效果良好（圖3）。

圖3 偏心梁整體式吊具

當中間包處于事故狀態，存在液態鋼水需要應急吊裝時，在中間包偏心梁吊具距離滑輪組一側的近端增加配重塊進行調節，調節過程操作便捷、勞動強度低。對不同液面狀態所需的配重進行標記，適當調整配重重量，解決了偏心問題，可確保中間包吊裝的平穩、垂直性，同時也符合冶金行車必須使用整體式吊具的規定要求，從而保證了吊裝的安全。

4 結束語

本文對中間包偏心梁整體式吊具進行了優化設計，采用合理、經濟的方案解決了中間包吊具的設計缺陷，同時滿足AQ 2001—2018《煉鋼安全規程》及AQ 7011—2018《高溫熔融金屬吊運安全規程》的相關要求，可以吊裝帶有液態鋼水的中間包。從根本上消除了中間包吊裝存在傾斜的問題，杜絕了鋼絲繩與滑輪組的異常傾斜受力，提高了滑輪組及鋼絲繩的使用壽命，同時確保中間包吊裝的平穩、垂直性。中間包吊具為整體式吊具，不需要二次摘掛可分吊具，符合冶金鑄造起重機必須使用整體式吊具的規定要求，具有結構簡單、操作便捷、隔熱防護效果好、使用壽命長等特點，具有較高推廣價值。