拉桿吊掛連接裝置的分析與研究

郭瑞芳

（中冶東方工程技術有限公司，內蒙古 包頭 014010）

拉桿吊掛連接裝置的分析與研究

郭瑞芳

（中冶東方工程技術有限公司，內蒙古 包頭 014010）

論文著重就三種拉桿吊掛裝置的結構型式進行介紹，并從工作原理上進行分析，說明這三種連接裝置的優點以及存在的缺陷，明確了轉爐爐體與托圈的連接裝置未來的技術發展趨勢。

拉桿吊掛連接裝置；結構分析；工作原理；特點

0 引言

爐體通過連接裝置與托圈相連接。為了保證轉爐能正常工作，連接裝置應保證：①連接裝置能將爐體牢靠地固定在托圈上；②在爐殼和托圈熱膨脹時，在徑向和軸向產生相對位移的情況下，不使位移受到限制，避免造成爐殼或托圈產生嚴重變形和破壞；③連接裝置中傳遞載荷重新分布后，造成的局部過載，不會引起特別嚴重的變形和破壞；④安裝方便，加工、維修容易。

截至目前，國內外設計中廣泛采用的連接裝置結構型式有：三點球面支承連接裝置、懸盤連接裝置、法蘭螺栓連接裝置、卡板夾持器連接裝置、薄帶連接裝置和拉桿吊掛連接裝置等類型，本文著重研究拉桿吊掛裝置。

1 結構介紹和原理分析

拉桿吊掛裝置使用兩組拉桿，將爐體吊掛在托圈上。爐體直立時，靠一組垂直拉桿吊掛，爐體傾轉到水平位置時，靠另一組水平拉桿吊掛在托圈上。該結構又分為四點靜不定系統和三點靜定系統，由于四點靜不定系統結構復雜，對材料要求較高，制作困難；現只對結構簡單，對材料要求不高，制作簡單的三點靜定系統進行論述。

1.1 俄羅斯100噸轉爐型三點拉桿吊掛裝置

爐殼下部有一加強箍，其上焊有吊掛爐體的支座，爐體通過兩個活動垂直拉桿和一個固定垂直拉桿吊掛在托圈上。在驅動側與固定拉桿對應位置有水平拉桿。

爐體傾轉時，固定拉桿與水平拉桿一起承受托圈平面內的橫向載荷。圖1為拉桿在托圈上的配置情況，兩個活動垂直拉桿3配置在與耳軸軸線成60°的位置，固定垂直拉桿2和水平拉桿4的軸線則在耳軸軸線垂直的方向，活動垂直拉桿和水平拉桿的結構分別表示在圖2中。

由圖2可知，活動垂直拉桿2通過兩個球鉸分別與上支座1和下支座9相連接。上支座1焊在托圈7的面板上，下支座9則與爐殼6焊在一起。水平拉桿11則是通過兩個球鉸，把焊在爐殼上的支承13與焊在托圈下面的支承12連接起來。

圖1 拉桿配置圖

圖2 垂直和水平拉桿連接結構

爐體直立時，靠三點吊掛在托圈上。爐體傾轉時，托圈平面的橫向力則通過水平拉桿和固定垂直拉桿向托圈傳遞。水平拉桿和固定垂直拉桿還可防止爐體發生曠動。

為了盡量減少爐殼及托圈對結構使用性能的影響，這種結構把吊掛爐體的支座放在爐體下部，這里溫度較低，變形較小，對結構是有利的。這種結構的 “拉桿”，在爐體處于一定傾轉位置時，它們都會成 “壓桿”進行工作。

這種結構的特點，在于采取了三點靜定的支承系統，拉桿球鉸的連接能充分地滿足各種變形的需要。因此，從結構原理上說，能較好地滿足前面提到的要求。這種結構具有以下優點：①轉爐在任何位置時，都能將爐體負荷傳遞到托圈上面，并保持爐體在托圈中的正確位置；②能適應爐體在軸向和徑向的脹、縮，而不產生曠動；③將爐體負荷均勻地分布在托圈上，對爐殼的強度與變形的影響減小到最低限度；④考慮到變形的產生，能以預先確定的方式傳遞載荷，基本上避免了因靜不定問題的存在而使支承系統承受附加載荷；⑤該連接裝置工作環境相對較好，又采用了多個先進的耐高溫、免維護型球鉸軸承，維護的工作量小，并且載荷傳遞元件的表面沒有間隙，從而避免了傾動時的載荷震動沖擊；⑥該連接裝置重量輕；⑦由于該連接裝置設置在爐體的下部，結構合理，工作環境相對較好，爐體的變形較小，因此爐體的安裝和更換容易；⑧該連接裝置設置在爐體的下部，利于中、小型轉爐的爐體設置爐帽防熱板和擋渣板；利于大、中型轉爐爐體設置擋渣板及水冷爐帽，提高爐體的壽命。這一點對大、中型轉爐尤為重要；⑨由于該連接裝置設置在爐體的下部，使得整體轉爐爐體的重心下移，因此利于轉爐采用死爐底結構和活爐底中的小爐底結構。

1.2 俄羅斯300噸轉爐型三點拉桿吊掛裝置

圖3 所示為俄羅斯300噸轉爐采用同一原理的連接，其結構做了一些改動，爐體用三根垂直拉桿1吊掛在托圈3上，橫向載荷則通過兩耳軸座下面的水平支承2傳遞。三根垂直拉桿在圓周是1200分布，其中在出鋼口對面 （相當傾動夾持器）位置上的一根為固定拉桿。

固定拉桿的結構，如圖4所示。圖中拉桿的上部支承座由原來在托圈上面移至下部固定。拉桿3下端開有切槽，切槽中嵌入帶有套筒的固定銷軸9。固定銷軸的支座與拉桿下支座8一起焊在爐殼上。

圖3 300噸轉爐的連接裝置

固定拉桿的作用，在于阻止爐體在托圈內發生耳軸方向的擺動。該連接裝置克服了爐體沿耳軸軸線的方向發生竄動及托圈結構較復雜等缺陷，降低了托圈的制作難度。而且這種連接裝置在任何傾轉位置絕對沒有變形力，爐殼的所有變形均由懸掛系統補償，甚至是嚴重翹曲的爐殼。不會對爐殼或托圈造成損害，引起附加應力。

1.3 三點拉桿吊掛裝置的另一種型式

圖5 所示為三點靜定系統吊掛裝置的另一種型式，它采用兩組連桿，將爐體吊掛在托圈上。爐體直立時，靠一組垂直連桿吊掛，爐體傾轉到水平位置時，靠另一組水平連桿吊掛在托圈上。爐體傾轉時，垂直拉桿與水平連桿及水平導向架一起承受托圈平面內的橫向載荷。

圖5 所示為連桿在托圈1上的配置情況，爐體5通過三個活動垂直連桿3吊掛在托圈1上。兩個活動垂直連桿3配置在與耳軸軸線成45°的位置，一根連桿3在出鋼口對面位置上。在驅動側和非驅動側各有一個活動水平連桿2。在出鋼口對面位置的下方設有一個水平導向架4，作用是阻止爐體5在托圈1內發生耳軸方向的擺動。爐體5傾轉時，水平連桿2與水平導向架4一起承受托圈平面內的橫向載荷。

活動垂直連桿3和活動水平連桿2的結構型式相同表示在圖6中。

由圖6可知：垂直連桿和水平連桿中的連桿10通過兩個球鉸5和兩個軸6鉸接，軸6又通過四個球鉸14分別與兩個托圈凸耳1及兩個爐體凸耳17鉸接，用其他零件將各個球鉸定位且使球鉸處于全封閉狀態，球鉸全部采用先進的耐高溫、免維護型球鉸軸承。托圈凸耳1焊在托圈的底板上，爐體凸耳17則與爐殼焊在一起。將水平導向架中的導向塊與托圈底板焊在一起，導向支架與爐殼焊在一起。

為了盡量減少爐殼及托圈對結構使用性能的影響，這種連接裝置設置在托圈的下面板上和爐體的下部，這里溫度較低，變形較小，對結構是有利的。這種結構的連桿，在爐體處于一定傾轉位置時，它們會成為 “拉桿”或 “壓桿”進行工作。

該裝置與上述兩種結構相比具有如下優點：①由于該連接裝置設置在托圈的下面板上和爐體的下部，結構合理，工作環境相對較好并且利于冷卻，爐體的變形較小，因此爐體的安裝和更換容易；②該連接裝置工作環境相對較好，又采用了多個先進的耐高溫、免維護型球鉸軸承且這些球鉸軸承處于全封閉狀態，維護的工作量更小；③該連接裝置的設置對托圈的結構沒有任何特殊的要求，因而托圈的制作簡單；④各連桿的局部約束（連桿兩端的軸的兩端支承各采用一球鉸軸承），能夠適應托圈和爐體的變形，使得托圈和爐體在脹、縮的情況下，對該裝置不產生附加應力，不改變其中軸的工作狀態；⑤各連桿受力狀況簡單，均為二力桿。

該類型連接裝置的缺點，在于系統中只要有一根桿破壞，整個承載結構就會失去作用。因此，在生產過程中必須經常定期進行仔細檢查。

圖5 連桿配置圖

圖6 水平、垂直連桿結構圖

2 結論

綜上所述，轉爐爐體與托圈的連接裝置從原理上分為：靜定和靜不定兩種結構類型。靜定結構的優點在于系統能夠避免由于機械和溫度差引起的附加應力；缺點在于系統中只要有一個構件破壞，整個承載結構就會失去作用，導致事故產生。而靜不定結構系統有承載潛力，在系統中個別地方損壞時，尚可利用其承載潛力，不致發生重大事故。

但是，實際使用中靜定結構較靜不定結構重量輕，制造、安裝、維修容易，特別在延長轉爐的使用壽命方面優勢明顯。靜定結構代替靜不定結構是今后轉爐爐體與托圈的連接裝置技術發展的趨勢。而三點靜定吊掛連接裝置因其結構合理、簡單，設計、制作、安裝容易，使用中不會產生附加應力，可延長爐體和托圈的壽命，在大型轉爐的設計中可作為連接裝置的最優方案采用。

[1]譚牧田.氧氣轉爐煉鋼設備[M].北京：機械工業出版社，1983.

[2]黃錫愷 鄭文緯.機械原理[M].上海：人民教育出版社，1981.

[3]聞名.一種新型實用的轉爐爐體與托圈的連接裝置[J].冶金科技2005，1.

Analysis and Research of the Hanging Rod Connected Devices

GUO Rui-Fang
(The BERIS Corporation,Baotou Inner Mongolia 014010,China)

This article introduced three types of the structure of rod hanging devices.Depending on the analysis of the working principle，expatiating the advantages and disadvantages of these three connected devices.And defined the future about the technology of the connect devices for converter trunnion ring and converter.

the hanging rod connected devices；structural analysis；working principle；feature

TH122

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.032

1002－6673（2014）03－079－03

2014－04－09

郭瑞芳（1982-），女，工程師。主要從事鋼鐵冶金設備的設計研究工作。