80t轉爐傾動裝置應用螺栓緊固優化技術

胡佩昌 張 凱 張 平

作者通聯：青島鋼鐵控股集團公司第二煉鋼廠設備科 山東青島市遵義路5號 266043

E-mail：hpclwy-2006@163.com

一、概述

圖1 80t轉爐傾動裝置

青鋼1#80t轉爐投產后已連續運行多年，轉爐在生產時傾動裝置（圖1）產生振動，轉爐傾動時，一次減速機與二次減速機機殼間的連接螺栓，二次減速機機殼大結合面的螺栓經常出現松動，導致減速機漏油，每周有一桶的泄漏量。更嚴重的是螺栓松動加劇了減速機軸承磨損、齒輪損壞，設備維護人員不得不花費大量精力對螺栓進行定期人工緊固。傳統緊固方法工人勞動強度大且效果不理想，為防止傾動裝置因螺栓松動而出現故障，需要定期點檢和維護。2012年在1#80t轉爐換煙道大修期間，對轉爐傾動一、二次減速機結合面采用新型緊固優化技術，取得良好效果。

二、緊固優化技術原理

1.傳統緊固方法弊端與緊固優化技術優勢

大錘敲擊、人工扳扛、液壓扳手等傳統緊固方法完全由人的感覺判斷，雖然能緊住螺栓，但螺栓究竟有多大的預緊力并不知道，因此各螺栓承受的預緊力不均勻，結合面獲得的載荷也不均勻，密封性能大大下降。傳統緊固方法通常都需要一個牢固的反作用力支點和防跟轉扳手，由于螺桿在緊固過程中承受了扭力，扭轉力引起的轉動可能導致螺桿損壞，加之在扭轉過程中，反作用力臂造成的偏載會損傷螺牙，使螺栓的整體性能下降。相反，緊固優化技術的實施，不但使傳統緊固方法的弊端完全避免，而且實現了連接法蘭平行閉合和螺栓載荷的精確預知。采用緊固優化技術實現連接法蘭的平行閉合可避免密封墊圈因為螺栓緊固力量不均，而導致的不規則變形使密封性能大大提高，從而防止減速機、動力管網等泄漏的發生。

2.緊固優化技術的核心

（1）拉伸達載荷技術（Stretch-To-Load）。人工用扳手緊固螺栓不知道螺栓的預緊力，而傳統的機械或液壓扭力扳手雖然也能表現出螺栓的預緊力，但緊固過程中需要防跟轉扳手和反作用力力臂，緊固過程中存在偏載，螺栓螺母根部螺牙極易變形，緊固的預緊力誤差較大，緊固優化技術采用特制的拉伸墊圈（圖2），即拉伸達載荷技術，可實現螺栓預緊力的精確預知。采用緊固優化技術緊固螺栓，操作過程中不需要反作用力臂和防跟轉扳手，墊圈內部帶有緊配的螺牙環與螺栓螺紋相連接，安裝在普通螺母下面，其材料與普通螺母的材料一致。

圖2 拉伸墊圈

在進行螺栓的緊固時，緊固專用一體式驅動器（圖3）套在墊圈及螺母外面，驅動器握住拉伸墊圈的同時轉動螺母，而墊圈既與法蘭面接觸，又能握住螺栓使其不能旋轉，一體式驅動器將反作用力支點包含在內，可避免偏載造成的扭矩損失。在螺母上噴上MoS2潤滑劑，螺母和墊圈之間的摩擦力得到控制，進一步轉動螺母時，螺栓就能軸向拉伸，同時墊圈內部的螺牙隨之沿軸向上移，從而扭矩能精確地轉為拉伸力，如同雙并螺母形成防松效果。在已知被緊固螺栓的性能等級后，通過一體式驅動器液壓驅動系統的壓力匹配計算，可以精確地達到預設的緊力。

圖3 緊固驅動器

（2）同步緊固技術（Simultroc Technolagy）。所謂同步緊固技術就是使法蘭上所有的螺栓同時獲得等值的載荷，如緊固優化技術中的四同步系統即為將連接在一臺液壓泵站上的四部或多部驅動工具均勻對稱的安放在法蘭上，由泵站輸出相同的壓力到工具上，工具會以相同的預緊力同時緊固法蘭（圖4）。這樣法蘭上的每一個螺栓都會在相同的載荷下，取得相同的拉伸長度，最終確保配對法蘭的結合面盡量平行，不翹邊、不傷密封墊，中間的密封墊圈圓周上獲得相同的壓縮量，這樣密封墊更加均勻，實現法蘭的平行閉合，最終達到優良的密封性能，不致發生介質的泄漏。

圖4 緊固優化四同步系統

三、80t轉爐傾動裝置緊固優化技術的實施

1.螺栓、螺母及拉伸墊圈的選取

80t轉爐傾動裝置一次減速機小箱與二次減速機機殼間法蘭連接螺栓，原來為單頭螺栓M30 ×120mm（GB 5782—1986），每個小箱15個；二次減速機機殼大結合面連接螺栓為雙頭螺栓M36×240mm（GB 901—1988），數量為 38 個，M56×530mm（GB 901—1988），數量4個。要想實施緊固優化技術，必須重新選取螺栓和螺母。

首先根據兩處緊固法蘭結合面螺栓的結構選取合適的拉伸墊圈，一、二次減速結合面法蘭處選取SD-M30-3.5型墊圈，每個小箱15個，總共60個，墊圈高度為22.6mm；二次減速大結合面處選取SD-M36-4型墊圈38個，墊圈高度25.5mm，SD-M56-5.5型墊圈4個，墊圈高度30.7mm。然后根據所選拉伸墊圈確定配套螺母。SD-M30-3.5配套螺母為M30×3.5mm，高度為25.6mm，數量60個，GB 6170—1986；SD-M36-4配套螺母為M36×4mm，高度31mm，數量76個，GB 6170—1986；SD-M56-5.5配套螺母為M56×5.5mm，高度45mm，數量8個，GB 6170—1986。

最后，根據墊圈和螺母的高度及緊固部位的結構尺寸選定螺栓的規格和長度及性能等級。一、二次減速連接法蘭原先用的為單頭螺栓，即通過單頭螺栓把一次減速法蘭連接在二次減速機機殼上，要想在此處實施緊固優化技術必須改用雙頭螺栓。經計算，選用M30×3.5mm×180mm的雙頭螺栓60件（GB 901—1988）。

表1 相關螺栓螺母匯總

二次減速大結合面原先用的就是雙頭螺栓，因此只要把長度定下來即可，經過計算，兩種螺栓選為M36×4mm×240mm 38件（GB 901—1988）和 M56×5.5mm×530mm 4件（GB 901—1988）。至于性能等級，由于二次減速大結合面受力大、振動劇烈，應選用高強度螺栓螺母，兩種均選用10.9級。一次減速法蘭螺栓直接擰在二次減速機殼上，為了在緊固過程中防止機殼上的螺紋被拉傷，故此處選M30的螺栓螺母，選用8.8級。

2.螺栓預緊力的確定

緊固螺栓所需的預緊力安裝緊固慣例，一般按照螺栓屈服強度的80%確定，80t轉爐傾動需緊固的3種螺栓M56×5.5mm×530mm （10.9 級）、M36×4mm×240mm （10.9級）、M30×3.5mm×180mm（8.8級）屈服強度分別為900MPa、900MPa和 640MPa，因此 3 種螺栓最終達到的預緊力分別為720MPa、720MPa 和 512MPa。

知道了螺栓的預緊力，通過預緊力、緊固扭矩和泵站壓力的轉換計算，可精確確定液壓扭矩拉伸機的操作壓力。計算后相關螺栓螺母匯總結果見表1。

3.實施方案及操作步驟

將轉爐二次減速機打開，由維修人員將結合面清理干凈，專業工程師檢查密封面情況。轉爐二次減速機密封面及一次減速機與二次減速機相連密封面檢查并清理完畢后，維修人員負責將密封面合攏，安裝螺栓。

在設備螺栓都安裝到位之后，根據專用計算軟件計算的預緊力緊固設備上所有螺栓。對所有螺母的接觸平面及內螺紋，用TS-801潤滑。

在位置1～4（參照圖4）安裝4顆舊螺栓，用液壓扳手帶反力臂形式擰緊，將法蘭面對中拉緊，消除結合面間隙。將新螺栓及拉伸墊圈安裝在其余螺栓上，用手預擰緊拉伸墊圈及螺母。在與1～4位置相鄰的4個螺栓處放置液壓扭矩拉伸機，以同步方式對4個螺栓進行鎖緊，設定扭矩輸出為60%。

拆除所安裝的舊螺栓并安裝上經過潤滑的新螺栓及拉伸墊圈，并用60%扭矩緊固位置1處的螺栓。用60%的扭矩依次緊固剩余螺栓，采用向兩側同步擴散的方法來緊固剩余的螺栓。再用110%的扭矩依次緊固所有位置的螺栓。最后用100%的扭矩，順時針檢查所有螺栓，確定所有螺栓無法轉動為止。施工過程中使用的部分工具見圖5。

圖5 部分工具

四、效果

青鋼1#80t轉爐傾動裝置采用螺栓緊固優化技術進行處理后，設備經過近5個多月的運行效果良好。設備漏油得到根本解決，以前基本每周需補充220#齒輪油一桶，按每桶3600元計算，一年可節省油品費用18.72萬元。

維修鉗工勞動強度大大降低，以前每周要安排至少2名鉗工對轉爐傾動裝置螺栓至少緊固2次，采用優化技術處理后基本不再用人工緊固。降低了點檢工作壓力，現在只要正常的崗位點檢和專業巡檢就可解決問題。設備預期使用壽命得到延長，螺栓不再松動大大增加了設備的可靠性及運行穩定性，降低了設備故障發生的概率。緊固優化技術經實踐檢驗，確實對設備穩定運行提供了保障，設備可靠性得到很大提高。