轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承更換分析

崔文靜，陳先才

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063000）

0 引言

為應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承損壞，編制轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承更換施工預(yù)案，以先進(jìn)合理、科學(xué)可行為原則，編制項(xiàng)目機(jī)械設(shè)備、技術(shù)等資源計(jì)劃；規(guī)劃了現(xiàn)場(chǎng)平面布置、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)容管理等管理內(nèi)容；解決了項(xiàng)目空間劃分、時(shí)間排序、專業(yè)穿插和銜接等問(wèn)題。以優(yōu)化施工方案、強(qiáng)化施工管理、最大限度縮短施工工期、確保施工質(zhì)量與施工安全等為原則，作出具體施工程序及操作要領(lǐng)，以指導(dǎo)施工。

1 工程概況

轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承更換計(jì)劃將原設(shè)計(jì)調(diào)心滾子軸承更換為帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承，須將轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承及轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置整體向上頂升之后進(jìn)行更換施工。其中，爐殼、托圈、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承整體向上頂升時(shí)，該部分構(gòu)件總重578.5 t，考慮爐殼粘連鋼渣及積灰，起重重量總計(jì)為650 t；轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置185 t，下方設(shè)置獨(dú)立千斤頂，與其他部件同步頂升。

2 施工工序

施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→爐底鋼渣坑清理→爐底鋼渣坑下立柱設(shè)置→轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架設(shè)置→驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端擋渣板、轉(zhuǎn)爐空冷配管軟連、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端旋轉(zhuǎn)接頭管道軟連拆除→轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置下方設(shè)置4 臺(tái)1000 t 千斤頂→轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置扭力桿鉸接座螺栓拆除、驅(qū)動(dòng)端旋轉(zhuǎn)接頭扭力桿拆除→轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承座上蓋拆除→轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、傾動(dòng)裝置整體頂升50 mm→轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承更換→轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承座上蓋回裝→轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置扭力桿鉸接座螺栓回裝、驅(qū)動(dòng)端旋轉(zhuǎn)接頭扭力桿回裝→驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端擋渣板、轉(zhuǎn)爐空冷配管軟連、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端旋轉(zhuǎn)接頭管道軟連等回裝→轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架拆除。

3 施工準(zhǔn)備

（1）熟悉圖紙及有關(guān)技術(shù)文檔。參加設(shè)備安裝的主體施工人員必須在施工之前熟知施工圖紙及有關(guān)技術(shù)文件。

（2）施工用具。施工前根據(jù)施工計(jì)劃進(jìn)度和現(xiàn)場(chǎng)情況配置足夠數(shù)量的機(jī)具，確保設(shè)備安裝正常作業(yè)。

（3）施工準(zhǔn)備階段須根據(jù)需要制作轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架。

4 工裝框架的制作與安裝

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承更換采用轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承于安裝位置整體向上頂升之后進(jìn)行更換的方式進(jìn)行，轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承整體向上頂升時(shí)，該部分構(gòu)件起重重量650 t。

（2）轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承整體向上頂升時(shí)，應(yīng)將轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)至爐口向下位置，頂升用工裝框架支撐于爐殼爐口上。耳軸中心標(biāo)高為+12.850 m，為此，需制作設(shè)備頂升支撐臺(tái)架，方可滿足設(shè)備拆除要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置圖和拖圈、爐殼位置等外形尺寸，轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 頂升用工裝框架設(shè)計(jì)圖

（3）由于轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架制作設(shè)置于轉(zhuǎn)爐爐下鋼渣坑上方，故轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架設(shè)置之前須先在鋼渣坑內(nèi)設(shè)置4 個(gè)輔助立柱，立柱上設(shè)置厚度為300 mm 的板坯，最終轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架設(shè)置于板坯上。

施工步驟：①輔助立柱設(shè)置之前須先將鋼渣坑內(nèi)清理干凈，于鋼渣坑底鋪設(shè)20 mm 鋼板增加受力面積，鋼板使用平墊鐵調(diào)平，使之水平度小于1/1000 后使用C20 混凝土將底部澆筑牢固，之后于鋼板上設(shè)置輔助立柱。鋼渣坑底部澆筑層為C20 混凝土，抗壓強(qiáng)度為20 MPa，上方構(gòu)件總重為799.15 t（其中轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承整體計(jì)算650 t，鋼坯（300 mm×2150 mm×7000 mm）2 件計(jì)70.89 t，頂升用框架重78.258 t），則鋪設(shè)鋼板總面積不得小于0.394 m2；四根鋼柱下方鋪設(shè)鋼板（面積為5.4 m×2 m）2 塊，遠(yuǎn)大于0.394 m2，鋼板鋪設(shè)面積滿足需求。②輔助立柱選用與支架立柱截面相同的焊接方鋼柱；立柱頂標(biāo)高與周邊原有鋼水車軌道頂標(biāo)高相同；立柱底部與之前鋪設(shè)的鋼板焊接固定。③于立柱與周邊原有鋼水車軌道上設(shè)置厚度為300 mm 的板坯，板坯底標(biāo)高與周邊原有鋼水車軌道頂標(biāo)高標(biāo)高相同。

（4）工裝框架設(shè)置前，應(yīng)提前拆除水冷爐口及爐口壓磚法蘭，將轉(zhuǎn)爐內(nèi)耐火材料鑿除后，將轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)至爐口豎直向下位置，再設(shè)置工裝框架。

施工步驟：①工裝框架設(shè)置時(shí)，須先使用汽車吊將2 塊300 mm×2150 mm×7000 mm 鋼坯調(diào)運(yùn)設(shè)置于轉(zhuǎn)爐正下方鋼水車軌道上，之后在工裝框架下方焊接20 mm 鋼板，立柱兩側(cè)焊接支座，支座下方設(shè)置車輪組，之后將工裝框架設(shè)置于鋼水接收跨鋼水運(yùn)輸車軌道上，使用鋼水運(yùn)輸車將工裝框架推動(dòng)滑移至之前設(shè)置的鋼坯上；當(dāng)工裝框架一端移動(dòng)至鋼坯上時(shí)，拆除該端下方車輪組，同時(shí)在鋼坯與工裝框架之間設(shè)置30 mm 圓鋼作為滾杠，之后繼續(xù)推動(dòng)工裝框架，直至設(shè)置于轉(zhuǎn)爐正下方；②使用4臺(tái)100 t 千斤頂配合設(shè)置車輪所用支座將工裝框架頂起，拆除鋼坯與轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體頂升用工裝框架之間設(shè)置的滾杠，再將工裝框架回落至鋼坯上，與鋼坯焊接固定；③工裝框架設(shè)置時(shí)，在框架4 根頂部立柱上設(shè)置4 臺(tái)1000 t 液壓千斤頂，頂升用千斤頂與工裝框架同時(shí)就位；4 臺(tái)1000 t 千斤頂為兩臺(tái)液壓泵組驅(qū)動(dòng)，同一臺(tái)液壓泵組驅(qū)動(dòng)的2 臺(tái)千斤頂應(yīng)設(shè)置于轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)端或游動(dòng)端的一側(cè)，不得交叉設(shè)置；工裝框架設(shè)置完成后，使用1000 t 千斤頂將轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體支撐于工裝框架上，同時(shí)使用安全支座及墊板支撐牢固。

（5）工裝框架立柱承載力校核：工裝框架立柱截面如圖2 所示，立柱截面積為215 000 mm2，Q235 材料的屈服強(qiáng)度為215 MPa。工裝框架立柱抗壓承載力為：215 000 ×215=46 225 000 N=4622.5 t，4 根立柱總承載力為4622.5 t×4=18 490 t 大于轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈、水冷爐口、爐內(nèi)耐火材料、爐體吊掛裝置、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承裝置總重650 t，滿足需要。

圖2 工裝框架立柱截面

立柱與寬度方向慣性矩為Ix=1 130 937.5 cm4，立柱于長(zhǎng)度方向慣性矩為Iy=2 626 250 cm4，Q235 材料剛才的彈性模量為196～216 GPa，工程計(jì)算中，Q235 彈性模量一般取200 GPa。

立柱與寬度方向兩端為鉸接，故立柱與寬度方向的失穩(wěn)臨界壓力為：Fcrx=3.142×200×1 130 937.5/（0.7×619）2=11 878.2 kN=1187.82 t。每根立柱受力約為650 t/4=162.5 t，安全系數(shù)為2.3，小于立柱與寬度方向的失穩(wěn)臨界壓力，故滿足須要。

立柱與長(zhǎng)度方向兩端為鉸接，故立柱于寬度方向的失穩(wěn)臨界壓力為：Fcrx=3.142×200×2 626 250/（0.7×619）2=27 583.4 kN=2 758.34 t。每根立柱受力約為650 t/4=162.5 t，安全系數(shù)為2.3，小于立柱與寬度方向的失穩(wěn)臨界壓力，故滿足須要。

（6）工裝框架將轉(zhuǎn)爐爐殼支撐牢固后，進(jìn)行托圈防護(hù)板、軸承防熱板、轉(zhuǎn)爐空冷配管、驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端旋轉(zhuǎn)接頭、轉(zhuǎn)爐底吹配管及底吹防護(hù)樁等拆除。之后于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置下方設(shè)置4 臺(tái)100 t 千斤頂，使用千斤頂頂住轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置后拆除爐傾動(dòng)裝置扭力桿及二次減速機(jī)與底座間連接螺栓。使用20#槽鋼將轉(zhuǎn)爐游動(dòng)端軸承座鉸接底座與+11.300 m 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)梁及轉(zhuǎn)爐擋墻立柱焊接連接進(jìn)行臨時(shí)固定后，拆除拆除轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承座上蓋。

（7）拆除轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承座上蓋連接螺栓后，在軸承座上蓋與底座上焊接支座，使用32 t 千斤頂使轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端軸承座上蓋與底座分離，再在軸承座上方+20.300 m 平臺(tái)梁下方設(shè)置吊點(diǎn)系掛10 t 倒鏈，使用10 t 倒鏈將軸承座上蓋吊起，沿鋼水運(yùn)輸方向?qū)⑤S承座上蓋運(yùn)輸至爐前平臺(tái)。

（8）施工步驟：①使用4 臺(tái)1000 t 液壓千斤頂將轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體向上頂升50 mm，轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈整體向上頂升的同時(shí)須將轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置同步向上頂起，頂升時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀察轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈及轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置上升高度是否同步，防止構(gòu)件傾覆。轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈頂升到位后，應(yīng)在工裝框架頂端設(shè)置安全支座及墊板將轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈支撐牢固，防止千斤頂卸壓，導(dǎo)致構(gòu)件傾覆。觀察轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈及轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置上升高度是否同步，可在轉(zhuǎn)爐托圈耳軸上方沿轉(zhuǎn)爐橫縱中心線方向設(shè)置4 臺(tái)框式方水平儀，隨時(shí)觀測(cè)氣泡移動(dòng)，同時(shí)在轉(zhuǎn)爐托圈驅(qū)動(dòng)端及游動(dòng)端耳軸及托圈前后位置設(shè)置標(biāo)高定位點(diǎn)，使用4 臺(tái)水平儀觀測(cè)兩側(cè)耳軸及托圈前后位置設(shè)置的標(biāo)高定位點(diǎn)上升高度是否相同。②使用乙炔火焰切割拆除轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承，切割軸承內(nèi)圈時(shí)不應(yīng)將耳軸軸承切斷，應(yīng)預(yù)留一定厚度，最終使用角向磨光機(jī)配合切片切斷，防止托圈耳軸因切割影響其金屬組織結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承拆除后，在20.300 m 平臺(tái)梁下方系掛10 t 倒鏈，使用倒鏈將吊轉(zhuǎn)爐托圈耳軸軸承沿鋼水運(yùn)輸方向?qū)⑤S承座上蓋吊起并運(yùn)輸至爐前平臺(tái)。

5 更換軸承

（1）轉(zhuǎn)爐托圈耳軸主動(dòng)端軸承更換需將將原設(shè)計(jì)調(diào)心滾子軸承更換為帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承安裝，帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承裝配前應(yīng)進(jìn)行清洗預(yù)組裝，轉(zhuǎn)爐托圈耳軸與軸承配合尺寸為，帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承裝配后內(nèi)圈內(nèi)徑偏差不得超過(guò)0～0.035 mm，軸承座與軸承配合尺寸為，帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承裝配后外圈內(nèi)徑偏差不得超過(guò)-0.035～0 mm。

（2）帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承預(yù)組裝合格后進(jìn)行裝配，帶套剖分式圓柱輥?zhàn)虞S承裝配時(shí)應(yīng)首先將兩個(gè)內(nèi)圈臨時(shí)固定于耳軸上，之后將下半部外圈就位于耳軸下方的軸承座內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)、觀察并調(diào)整內(nèi)圈位置，使之與就位的外圈對(duì)齊，再使用螺釘將兩個(gè)內(nèi)圈緊固為一體。安裝輥?zhàn)优c其他零部件后，安裝上半部外圈并使用螺釘將兩個(gè)外圈緊固為一體。螺栓緊固力矩應(yīng)按軸承生產(chǎn)單位使用說(shuō)明進(jìn)行裝配，緊固時(shí)須蘸金屬膠后擰緊。

（3）轉(zhuǎn)爐脫圈耳軸被動(dòng)端軸承為調(diào)心滾子軸承，安裝前須在被動(dòng)端耳軸中心線上方、上層平臺(tái)梁下方設(shè)置滑軌，滑軌上設(shè)小型滑車，滑車下方系掛5 t 倒鏈。軸承安裝采用熱裝方式進(jìn)行，轉(zhuǎn)爐托圈耳軸與軸承配合尺寸為，采用煮油加熱方式對(duì)軸承進(jìn)行加熱，加熱溫度為120 ℃，孔軸孔合間隙大于0.50 mm 時(shí)方可進(jìn)行壓裝。在加熱過(guò)程中利用電子測(cè)溫儀每隔20 min 檢測(cè)一次，其局部溫度不能高于150 ℃，當(dāng)超出時(shí)應(yīng)停止加熱并均熱。當(dāng)整體溫升超出50 ℃時(shí)，對(duì)熱孔尺寸進(jìn)行實(shí)測(cè)，確認(rèn)孔軸間隙大于0.50 mm 時(shí)使用滑車下方系掛的5 t 倒鏈將軸承從油槽內(nèi)吊出進(jìn)行壓裝。

6 設(shè)備回裝

（1）設(shè)備回裝為拆除的逆順序，轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈及轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置回裝就位至安裝位置后，回裝轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)扭力桿及底座連接螺栓。為防止轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈及轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置頂升回落過(guò)程中轉(zhuǎn)爐橫縱中心線位置偏移，可在施工開(kāi)始前于支撐框架頂部安全支座頂板上銑出與轉(zhuǎn)爐橫縱中心線水平的凹槽，如需調(diào)整轉(zhuǎn)爐橫縱中心線位置，可使用1000 t 千斤頂將轉(zhuǎn)爐及托圈向上頂起，在凹槽內(nèi)設(shè)置圓鋼制作的滑輥，再將爐殼及托圈回落于安全支座上；在轉(zhuǎn)爐耳軸軸承座端蓋位置設(shè)置擋塊后，在另一側(cè)耳軸端頭設(shè)置千斤頂，使用千斤頂配合滑輥調(diào)整轉(zhuǎn)爐中心線位置。

（2）所有拆卸零部件回裝時(shí)螺栓緊固應(yīng)使用扭力扳手進(jìn)行緊固，螺栓緊固應(yīng)分兩次進(jìn)行，螺栓應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)緊固力矩的75%進(jìn)行預(yù)緊，再緊固至標(biāo)準(zhǔn)緊固力矩。35#鋼螺栓最小斷裂強(qiáng)度為530 MPa，緊固力矩可按6.8 級(jí)螺栓執(zhí)行。

7 結(jié)束語(yǔ)

在本項(xiàng)目施工進(jìn)度編制中，綜合考慮了各因素發(fā)生的可能性，同時(shí)為了排除各干擾因素對(duì)工程進(jìn)度的影響，采取相應(yīng)的控制措施，確保工程進(jìn)度按計(jì)劃完成。