300 t转炉空载状态下弹簧板应力测试分析

李珊珊

摘 要：采用贴应变花的方式对转炉空载状态下不同弹簧板和同一弹簧板的不同部位进行了详细测试，进而得出弹簧板的应力分布情况，以期为转炉弹簧板的检修和维护工作提供理论依据。

关键词：转炉；钢铁厂；弹簧板；应力状态

中图分类号：TF748.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.123

我国某钢铁厂的300 t转炉是我国自行设计、制造和安装的大型转炉，托圈与炉壳之间的连接方式为八点弹簧板式连接。该连接方式具有结构简单、投资少、连接力分散和对连接点处炉壳无特殊要求等优点；缺点为存在静不定、弹簧板角部应力集中和热应力较大等现象。在设计过程中，采用有限元方法对弹簧板的应力和应变状态进行了系统分析，初步掌握了该连接结构的使用安全性和使用寿命。但因静不定、角部应力集中等因素与施工安装过程密切相关，无法准确预估计算过程。因此，必须根据实测数据验证和修正弹簧板的实际应力状态。

1 弹簧板应力测试

为了测量弹簧板的应力分布情况，采用在弹簧板典型位置贴应变花的方式来测试弹簧板的应力分布情况。

1.1 弹簧板应力测点的布置

为了对比分析不同弹簧板在正常工作环境下的承载情况，选择靠近驱动侧的#7和#8弹簧板布点，粘贴了3片式应变花，以测试弹簧板的应力分布情况。

1.2 弹簧板应力测试工况说明

弹簧板应力测试工况按摇炉速度分为二挡、三挡、四挡和五挡。空炉摇炉测试分两次进行，第一次测试1～8#弹簧板居中位置的应力和1#弹簧板角部的纵向应力和水平应力。

2 空炉摇炉过程中的弹簧板应力测试分析

2.1 弹簧板中点应力的变化规律

图1为各弹簧板居中测点的应力波动图，由图1可得出弹簧板应力随倾动角度的变化规律为以下4点：①空炉摇炉时，弹簧板中点应力与倾动角度为近似三角函数的关系。当转炉转至0°附近，即处于直立位置时，各弹簧板的应力值基本处于波谷位置；当转炉转至-180°时，附近各板应力基本处于波峰位置。②由上述分析可知，弹簧板应力在转炉直立与倒立状态时近似处于简单的压-拉状态。当炉口朝上时，大部分弹簧板承受压应力，即应力值为负值；当炉口朝下时，大部分弹簧板承受拉应力，即应力值为正值。③比较八块弹簧板的中点应力波动范围可发现，各弹簧板的应力水平各不相同，比如，在摇炉运行的过程中，#5弹簧板的应力波动值为20.0 MPa；#2弹簧板的应力波动值最小，仅为5.5 MPa。由此可见，因静不定现象，八块弹簧板存在比较明显的受力不均现象。④多次摇炉后发现，各弹簧板中部应力分布现象并不稳定。

2.2 同一弹簧板不同位置的应力分析

测试了#1、#7、#8弹簧板不同位置的应力，结果如下：①中点应力与角部应力的变化基本相似。②同一弹簧板角部折算后的主应力水平均大于中部的应力，弹簧板存在明显的角部应力集中现象。其中，#7弹簧板角部的最高应力集中系数为3.71，#1弹簧板为3.31，#8弹簧板为2.20.③从#7弹簧板角部的多点测试结果看，距夹持区和角部越近，则应力集中现象越明显。④在整个空炉摇炉试验中，#8弹簧板角部的最高应力为42.4 MPa。

2.3 弹簧板内、外表面的应力分析

#7弹簧板和#8弹簧板居中测点内、外表面应力值的倾动角度范围为-179°～118°。由此可见，正、反面应力波动曲线相似，但存在一定的相位差，可能与正、反面测点不在同一块弹簧板上、结构中存在一定的弯曲应力有关。

从应力波动的范围看，正、反面应力水平基本相同，#7弹簧板正面的应力为17.1 MPa，反面的应力为17.6 MPa；#8板正面的应力为6.2 MPa，反面的应力为6.5 MPa。

图1 各弹簧板居中测点的应力波动图

3 结论

由上述内容可发现，距驱动侧越近的弹簧板的应力波动值越大、应力集中现象越明显。因此，相关维护人员需重点检查距驱动侧近的弹簧板。此外，根据同一弹簧板上不同部位的应力分布情况可发现，同一块弹簧板上应力集中较大的部位为角部区域，因此，在日常维护中，相关维护人员应重点检查该部位。

〔编辑：张思楠〕