300 t轉(zhuǎn)爐空載狀態(tài)下彈簧板應(yīng)力測試分析

李珊珊

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

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；鋼鐵廠；彈簧板；應(yīng)力狀態(tài)

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

我國某鋼鐵廠的300 t轉(zhuǎn)爐是我國自行設(shè)計、制造和安裝的大型轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yōu)點；缺點為存在靜不定、彈簧板角部應(yīng)力集中和熱應(yīng)力較大等現(xiàn)象。在設(shè)計過程中，采用有限元方法對彈簧板的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)進行了系統(tǒng)分析，初步掌握了該連接結(jié)構(gòu)的使用安全性和使用壽命。但因靜不定、角部應(yīng)力集中等因素與施工安裝過程密切相關(guān)，無法準(zhǔn)確預(yù)估計算過程。因此，必須根據(jù)實測數(shù)據(jù)驗證和修正彈簧板的實際應(yīng)力狀態(tài)。

1 彈簧板應(yīng)力測試

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

1.1 彈簧板應(yīng)力測點的布置

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

1.2 彈簧板應(yīng)力測試工況說明

彈簧板應(yīng)力測試工況按搖爐速度分為二擋、三擋、四擋和五擋?？諣t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(yīng)力和1#彈簧板角部的縱向應(yīng)力和水平應(yīng)力。

2 空爐搖爐過程中的彈簧板應(yīng)力測試分析

2.1 彈簧板中點應(yīng)力的變化規(guī)律

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

2.2 同一彈簧板不同位置的應(yīng)力分析

測試了#1、#7、#8彈簧板不同位置的應(yīng)力，結(jié)果如下：①中點應(yīng)力與角部應(yīng)力的變化基本相似。②同一彈簧板角部折算后的主應(yīng)力水平均大于中部的應(yīng)力，彈簧板存在明顯的角部應(yīng)力集中現(xiàn)象。其中，#7彈簧板角部的最高應(yīng)力集中系數(shù)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(jié)果看，距夾持區(qū)和角部越近，則應(yīng)力集中現(xiàn)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(yīng)力為42.4 MPa。

2.3 彈簧板內(nèi)、外表面的應(yīng)力分析

#7彈簧板和#8彈簧板居中測點內(nèi)、外表面應(yīng)力值的傾動角度范圍為-179°～118°。由此可見，正、反面應(yīng)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(jié)構(gòu)中存在一定的彎曲應(yīng)力有關(guān)。

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

圖1 各彈簧板居中測點的應(yīng)力波動圖

3 結(jié)論

由上述內(nèi)容可發(fā)現(xiàn)，距驅(qū)動側(cè)越近的彈簧板的應(yīng)力波動值越大、應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯。因此，相關(guān)維護人員需重點檢查距驅(qū)動側(cè)近的彈簧板。此外，根據(jù)同一彈簧板上不同部位的應(yīng)力分布情況可發(fā)現(xiàn)，同一塊彈簧板上應(yīng)力集中較大的部位為角部區(qū)域，因此，在日常維護中，相關(guān)維護人員應(yīng)重點檢查該部位。

〔編輯：張思楠〕