1650连铸电磁搅拌辊扇形段地脚螺栓结构改进

邱玉明 万明海

（宝钢湛江钢铁有限公司，广东 湛江 524072）

1 现状分析

湛江新投产的1650连铸机，1#扇形段配备了两对电磁搅拌辊，分别置于扇形段的入口和出口位置。电磁搅拌辊相比于常规的被动辊，直径相同但长度增加了很多，主要是电缆接口所致。而增加的这部分长度正好在扇形段的地脚螺栓安装座孔上方，从而影响了地脚螺栓的安装[1]，特别是影响了螺栓预紧用的电动力矩扳手的空间，以至于该地脚螺栓只能采用呆扳手加榔头敲击的办法来预紧，预紧力矩很难达标。该扇形段处于弯曲段和弧形段交接点，此位置辊子对弧要求高，如果螺栓预紧力矩不达标，很容易影响辊子对弧精度，造成连铸坯质量事故[2-3]。

现场扇形段情况如图1、图2所示。

图1 常规扇形段地脚螺栓位置

图2 电磁搅拌辊扇形段地脚螺栓位置

2 改进方案

2.1 原地脚螺栓安装形式

原地脚螺栓安装形式如下：扇形段支座部位用盖型螺母、香蕉座支座部位用横圆杆螺母与拉杆螺栓连接，如图3所示。拉杆螺栓的预紧方式：通过电动力矩扳手在上方的盖型螺母施加预设力矩，下方的横圆杆螺母卡在香蕉座支座的弧形槽内，不会跟着旋转。当上方电动力矩扳手空间不足时，就只能使用呆扳手和榔头敲击来紧固盖型螺母；或者采购专用的中空液压力矩扳手来紧固，但费用高，效率低。

图3 原扇形段地脚螺栓安装形式

2.2 改进总体思路

改进的思路如下：更改香蕉座支座的结构，取消横圆杆螺母，用盖型螺母来替代，这样就可以仍使用现已配备的电动力矩扳手进行紧固。

扇形段支座不宜更改设计，以保证该扇形段与另外5个弧形段的互换性。

香蕉座支座的改动不宜太大，特别是不宜在支座本体进行火焰切割、焊接等容易引起香蕉座变形的操作。

因此，形成的改进方案如图4所示。

图4 改进方案示意图

2.3 问题点

增设支座过渡块，可以避免在香蕉座本体进行动火作业。但由于扇形段有4个地脚螺栓，入口2个、出口2个，入口或出口扇形段支座横向的中心距，与香蕉座的支座横向中心距是不相同的，扇形段支座横向中心距大了约95 mm。因此，原拉杆螺栓安装并非垂直于扇形段支座平面，而是在断面图方向有约5°的倾角，具体如图5所示。同时，在扇形段的支座受力面也相应设置了一个斜凹槽，具体如图6所示。

图5 地脚螺栓安装断面图

图6 扇形段支座螺栓安装面图

2.4 问题点解决办法

按照前述改进思路，不改变现有扇形段支座和香蕉座支座的结构，采用外加零部件的方式解决。由于采用双螺母的结构形式，拉杆螺栓的安装就必须与安装面垂直，否则会严重影响拉杆螺栓的受力。解决办法包括以下两点：首先应增加香蕉座支座横向中心距离，使得其值与扇形段支座横向的中心距相同，即香蕉座支座设置过渡块使得中心距外移95 mm；其次在扇形段支座螺栓安装的斜凹槽设置一个相同斜度的垫圈，弥补该角度，使得与盖型螺母接触的表面与拉杆螺栓中心线是垂直的。为保证斜垫圈放入斜凹槽的角度正确，在斜垫圈上需设置定位凸台。形成的两个办法方案图如图7、图8所示。

图7 香蕉座支座过渡块示意图

图8 扇形段支座斜垫圈示意图

2.5 关键件结构设计和强度校核

通过上述方案形成零部件图，关键件需进行强度校核以确定材质和形状满足受力要求。本方案中，拉杆螺栓直径和材质不需要改变，但长度需要适当增加以适应新增的过渡块尺寸；垫圈和斜垫圈的材质和形状基本保持不变且不是关键件。因此，新增的主要受力件为过渡块，需进行强度校核[4]。

通过三维建模、有限元受力分析，对受力微弱的局部形状进行优化，得出最终的支座过渡块方案和校核受力云图，如图9、图10所示。拉杆螺栓M48，预紧力矩为4 000 N·m，计算拉杆预紧力约为500 kN。有限元计算结果最大等效应力为135.5 MPa，最大位移为0.11 mm。过渡块选用材质为Q345B，强度满足要求。

图9 香蕉座支座过渡块优化图

3 改进方案的现场安装事宜

在现场实施螺栓紧固的过程中，采用改进方案，可能会遇到上部盖型螺母在预紧过程中与拉杆螺栓跟转的问题。因此，可利用原有扇形段在该位置设置的一个挡块，增设一个防止螺帽跟转的防转扳手，如图11所示。

图11 防转扳手

螺栓安装的步骤粗略概述如下：先将上部盖型螺母拧入拉杆螺栓约40 mm，然后在扇形段支座垫入斜垫圈，将拉杆螺栓穿入斜垫圈，至下部的香蕉座支座及其过渡块，后加平垫圈和下部盖型螺母。手拧紧下部螺母后，在上部盖型螺母套入防转扳手，下部盖型螺母使用电动力矩扳手拧紧，预紧力矩为4 000 N·m。后拆下防转扳手和电动力矩扳手。

最终方案如图12、图13所示。

图12 最终方案示意图

图13 最终方案图纸

4 结束语

连铸机的铸坯支撑段通常由多个扇形段组合成圆滑过渡的辊列，每个扇形段与支撑架通过传统的拉杆螺栓螺母副连接。但有部分扇形段特别是电磁搅拌辊扇形段，其电磁搅拌辊占用了传统的拉杆螺栓安装位置，需单独设置不同的扇形段固定方式。笔者利用现有的扇形段和支撑座结构，巧妙、合理地进行了方案设计和实施，取得了良好的效果，既满足了精确紧固力矩的需要，也实现了高效工具的利用，提升了检修效率和质量。该方案对于相同工况特别是连铸机扇形段改造具有很好的参考意义。