300 t轉爐空載狀態下彈簧板應力測試分析

李珊珊

摘 要：采用貼應變花的方式對轉爐空載狀態下不同彈簧板和同一彈簧板的不同部位進行了詳細測試，進而得出彈簧板的應力分布情況，以期為轉爐彈簧板的檢修和維護工作提供理論依據。

關鍵詞：轉爐；鋼鐵廠；彈簧板；應力狀態

中圖分類號：TF748.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.123

我國某鋼鐵廠的300 t轉爐是我國自行設計、制造和安裝的大型轉爐，托圈與爐殼之間的連接方式為八點彈簧板式連接。該連接方式具有結構簡單、投資少、連接力分散和對連接點處爐殼無特殊要求等優點；缺點為存在靜不定、彈簧板角部應力集中和熱應力較大等現象。在設計過程中，采用有限元方法對彈簧板的應力和應變狀態進行了系統分析，初步掌握了該連接結構的使用安全性和使用壽命。但因靜不定、角部應力集中等因素與施工安裝過程密切相關，無法準確預估計算過程。因此，必須根據實測數據驗證和修正彈簧板的實際應力狀態。

1 彈簧板應力測試

為了測量彈簧板的應力分布情況，采用在彈簧板典型位置貼應變花的方式來測試彈簧板的應力分布情況。

1.1 彈簧板應力測點的布置

為了對比分析不同彈簧板在正常工作環境下的承載情況，選擇靠近驅動側的#7和#8彈簧板布點，粘貼了3片式應變花，以測試彈簧板的應力分布情況。

1.2 彈簧板應力測試工況說明

彈簧板應力測試工況按搖爐速度分為二擋、三擋、四擋和五擋。空爐搖爐測試分兩次進行，第一次測試1～8#彈簧板居中位置的應力和1#彈簧板角部的縱向應力和水平應力。

2 空爐搖爐過程中的彈簧板應力測試分析

2.1 彈簧板中點應力的變化規律

圖1為各彈簧板居中測點的應力波動圖，由圖1可得出彈簧板應力隨傾動角度的變化規律為以下4點：①空爐搖爐時，彈簧板中點應力與傾動角度為近似三角函數的關系。當轉爐轉至0°附近，即處于直立位置時，各彈簧板的應力值基本處于波谷位置；當轉爐轉至-180°時，附近各板應力基本處于波峰位置。②由上述分析可知，彈簧板應力在轉爐直立與倒立狀態時近似處于簡單的壓-拉狀態。當爐口朝上時，大部分彈簧板承受壓應力，即應力值為負值；當爐口朝下時，大部分彈簧板承受拉應力，即應力值為正值。③比較八塊彈簧板的中點應力波動范圍可發現，各彈簧板的應力水平各不相同，比如，在搖爐運行的過程中，#5彈簧板的應力波動值為20.0 MPa；#2彈簧板的應力波動值最小，僅為5.5 MPa。由此可見，因靜不定現象，八塊彈簧板存在比較明顯的受力不均現象。④多次搖爐后發現，各彈簧板中部應力分布現象并不穩定。

2.2 同一彈簧板不同位置的應力分析

測試了#1、#7、#8彈簧板不同位置的應力，結果如下：①中點應力與角部應力的變化基本相似。②同一彈簧板角部折算后的主應力水平均大于中部的應力，彈簧板存在明顯的角部應力集中現象。其中，#7彈簧板角部的最高應力集中系數為3.71，#1彈簧板為3.31，#8彈簧板為2.20.③從#7彈簧板角部的多點測試結果看，距夾持區和角部越近，則應力集中現象越明顯。④在整個空爐搖爐試驗中，#8彈簧板角部的最高應力為42.4 MPa。

2.3 彈簧板內、外表面的應力分析

#7彈簧板和#8彈簧板居中測點內、外表面應力值的傾動角度范圍為-179°～118°。由此可見，正、反面應力波動曲線相似，但存在一定的相位差，可能與正、反面測點不在同一塊彈簧板上、結構中存在一定的彎曲應力有關。

從應力波動的范圍看，正、反面應力水平基本相同，#7彈簧板正面的應力為17.1 MPa，反面的應力為17.6 MPa；#8板正面的應力為6.2 MPa，反面的應力為6.5 MPa。

圖1 各彈簧板居中測點的應力波動圖

3 結論

由上述內容可發現，距驅動側越近的彈簧板的應力波動值越大、應力集中現象越明顯。因此，相關維護人員需重點檢查距驅動側近的彈簧板。此外，根據同一彈簧板上不同部位的應力分布情況可發現，同一塊彈簧板上應力集中較大的部位為角部區域，因此，在日常維護中，相關維護人員應重點檢查該部位。

〔編輯：張思楠〕