摘要：本文阐述分析了八钢150转炉炉体支撑连接装置水平连接钢板和垂直吊挂钢板断裂的原因，结合目前使用的炉体支撑连接装置结构形式，提出预防控制措施，从而确保转炉生产长期稳定运行。
关键词：炉体支撑连接装置 关节轴承 连接钢板 吊挂钢板
1、概述
八钢150吨转炉作为炼钢厂生产的核心设备，它是由多个辅助系统组成，其最关键设备是炉壳及支撑系统组成，炉壳的主要作用是承受耐火材料、钢液、渣液的全部重量，炉壳由炉口，炉帽，炉身，炉底组成。各部分用锅炉钢板或低合金钢板成形后，再焊成整体三部分，焊接联接的转折处，必须以不同曲率的圆滑曲线来联接，以减少应力集中。为了适应转炉高温作业频繁的特点，要求转炉炉壳必须具有足够的强度和刚度，在高温下不变形在热应力作用下不破裂。炉体支承系统包括支承炉体的托圈、炉体和托圈的支撑装置，以及支承托圈的耳轴、耳轴轴承和轴承座等。托圈与耳轴联接并通过耳轴坐落在轴承座上，转炉则坐落在托圈上，转炉炉体的全部重量通过支承系统传递到基座上，而托圈又把倾动机构传来的倾动力矩传给炉体，并使其旋转转动。对托圈来说，它在工作中除承受炉壳、炉衬、钢水和自重等全部静载荷外，还要承受由于频繁启动、制动所产生的动载荷和操作过程所引起的冲击载荷，以及来自炉体、钢包等热辐射作用而引起的热负荷。
2、八钢150吨转炉炉体支撑连接装置结构原理
2.1炉体主要参数
炉口形式：铸铁炉口分段水冷（6块）
公称容量：150t
平均出钢量：160t（最大180t）
炉壳直径：7260mm（内径）、7400mm（外径）
炉口直径：3200mm（内径）；
炉壳高度：9880mm
出钢口角度：～10°
炉壳与托圈间距：250mm
炉壳材质：Q345R
炉壳钢板厚度：
炉帽：70mm；炉身：70mm；炉底：70mm；炉口法兰：100mm；
炉体重量：180t（含炉壳，水冷炉口，炉体挡渣板等）
耐材重量：530t（按新耐材重量）
总重量：710t
2.2炉体支撑装置结构原理
转炉本体与托圈采用的是VAI-CONLink五连杆吊挂机构，连接装置是由三组竖直方向的铰形联接和二组水平方向的铰形联接组成。三组垂直方向铰形联接用于悬挂炉壳，两组水平方向铰形联接用于限制炉壳扭转。
该转炉吊挂机构在原理上具有吸收炉壳上联接点两个平移及一个扭转变形的能力，三套这样的吊挂机构按一定角度分布在托圈的下方，配合托圈两耳轴端上方的固定挡座构成转炉炉壳与托圈的静定力学结构。为适应炉壳的异常变形，关节轴承侧装于炉壳上；在炉体连杆座内安装有关节轴承以适应连杆座自身的热异常变形。见下图1.
3、转炉炉体支撑连接装置断裂失效分析
3.1 事故的经过
第一炼钢分厂150t 转炉炉体支撑装置的结构设计为转炉本体与托圈采用的是五连杆吊挂机构，支撑吊挂关节轴承设计采用福建龙溪产品，转炉本体及支撑连接装置由太重整体制造供货。2018 年1月15日，转炉在摇炉过程中炉体发生摆动，摆动幅度达 60mm 左右，并伴有刺耳的摩擦声响，随即停炉检查，发现转炉两侧支撑水平轴承损坏，立即组织实施水平支撑驱动侧关节轴承更换；抢修工作于 2018 年1月28日实施完毕，恢复生产。到2018年10月中旬，150t 转炉在摇炉过程中再次发生摆动，又定于12月23日实施转炉炉体东西两侧水平支撑关节轴承更换。同时对其它支撑装置进行检查，检查发现炉前垂直支撑轴承碎裂，同步安排更换关节轴承。到2019年1月2日，东西两侧水平支撑和炉前垂直吊挂钢板关节轴承更换项目实施完成。于当日开展转炉试车工作，当转炉由0度往炉前方向摇炉，低速旋转至73度时，炉体发生一声巨响，同时转炉炉体发生上下两次摇晃；操作工立即停止摇炉，并进行检查。发现转炉驱动侧（东侧）水平连接钢板和炉前东南侧垂直吊挂钢板断裂。
图1炉体支撑装置示意图
3.2事故原因
3.2.1事故直接原因
因炉体支撑装置在运行过程中轴承碎裂后造成连扳内孔损伤，同时在拆除方法上采用氧乙炔火焰对连板和基座上轴承等部件进行割除作业，使连板局部位置在低温环境下承受高温快冷的影响，加速内孔损伤部位裂纹扩展，是造成转炉倾动试车时连板断裂的直接原因。
3.2.2主要原因
3.2.2.1对炉体结构专业能力认知不到位，导致施工方案不科学，不严谨，未能及时对受伤部位进行清理裂纹及探伤，同时对耐热合金钢 30CrMo 组织及力学性能认识不清楚，致使施工过程中加热制度不规范，使连接钢板部件受快冷快热影响，导致疲劳裂纹扩展，是造成连接钢板在重载情况下受力，突然发生断裂的主要原因。
3.2.2.2 此转炉吊挂装置是由制造厂家生产制造，转炉炉体支撑装置装配使用的关节轴承未选用设计单位规定的制造厂家的关节轴承，造成轴承质量达不到使用要求，是此次事故的另一主要原因。轴承质量问题说明：设备安装的大连华洋关节轴承动静载荷远低于福建龙溪关节轴承。相同规格关节轴承，龙溪轴承动载荷约为国标的2倍，静载荷约为国标的 1.5-1.7 倍；大连华洋轴承的动载荷仅为国标的 1.2 倍左右，在三种规格的关节轴承静载荷（280\380\420），两种较大规格达不到国标要求（约国标标准的0.83）。另外，在抢修过程中发现 280 型号关节轴承，其外圈侧面剖分接缝的形状出现至少四种形式（直缝、大 V 型缝、小 V 型缝、折缝）。
3.2.2.3其它原因
转炉倾动支撑装置采用两点水平支撑和三点垂直吊挂方式，这种炉体支撑方式存在一定不足，一旦轴承或连板损坏，会造成长时间停产损失事故。 4、修复及预防措施
4.1编制150t 转炉水平支撑及垂直吊挂所有的关节轴承、销轴及连接板全部更换的方案，更换的连板和关节轴承必须重新订购质量合格才能使用。
4.2严格按照检修技术和安全方案进行现场安全、技术和施工管理与协调。依据连板材质为合金钢备件，严格按照编制的检修安装技术方案进行过程控制，并做好过程记录。
4.3炼钢厂举一反三对今后更换类似部件或设备，应安排在夏季进行施工，同时对配套部件进行同步整体更换，严禁对合金钢部件进行简单的反复加热作业。
4.4设备工程部在八钢公司范围内进行举一反三，类似合金钢零部件的更换检修工作，在检修过程中严格按照材料特性进行施工。
4.5八钢150吨转炉两点水平和三点垂直吊挂支撑装置存在安全性不足问题，由设备工程部协调设计院评估结构的可靠性，并拿出改造的设计方案，后续进行改造升级。
4.6针对 150t 转炉支撑装臵连板断裂事故开展反思，形成案例教材，由设备工程部组织在全公司范围内开展专家，专业技术人员，设备主修及点检维护人员进行培训和学习。
4.7编制并完善此类关键重点设备的点检管理、功能精度管理等，确保设备在合理的检修周期内稳定运行。
5、结束语
通过此次分析八钢150吨转炉炉体支撑连接装置断裂的原因，首先炼钢转炉最关键的设备的生产制造，必须符合图纸设计要求及国家标准，确保设备备件的供货质量，在施工过程中做好工程安装的监理工作；其次设备投入生产后，不管是生产操作人员，设备点检维护人员，必须做好设备的点检维护管理工作，尤其是对关键设备要定周期做好检查，检测等状态管理：最后是在设备运行过程中，发现设备隐患要及时整改处理，这样才能保证设备稳定运行，确保生产顺利进行。
参考文献：
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3、成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2002．
4、黄庆学．我国钢铁工业的新发展．重型机械，1995（2）：3-5
论文作者:郭刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
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