浅谈济钢210吨转炉整体平移工装平台的设计

2012-07-24杜军科张万红

中国新技术新产品 2012年1期

杜军科张万红姜坤

（天津二十冶建设有限公司，天津 300301）

1 前言

济钢4#210吨转炉工程是二十冶天津公司当时施工的最大容积的转炉工程。该工程的设计单位为中冶京诚工程技术有限公司，转炉本体的托圈与炉壳之间的连接型式为全悬挂方式，不同于三个球铰的连接方式。由于其连接方式，必须采用整体平移的施工方法进行转炉就位。

2 概况

在转炉本体设备就位前，根据炼钢车间内各跨天车情况，转炉整体平移工装平台在车间的精炼跨安装，并且为保证转炉能够平移，工装平台安装在两台钢包车上，由钢包车移动使转炉就位。工装平台需要承受炉壳、托圈、托圈防护板、水冷炉口、炉体悬挂装置、炉体挡渣板、轴承座的重量总重为563吨。

转炉就位后托圈耳轴中心标高▽+12.0m，轴承座中心间距12.200m；炉底标高+6.70m。炉体尺寸为：炉体外径Φ7960mm，内径Φ7800mm，炉壳壁厚80mm，高 10680mm；托圈尺寸为：直径 Φ内 8460mm，Φ外10260mm，托圈高2500mm；加耳轴长度最大外形尺寸14950mm。

钢包车尺寸：车体高度2200mm，额定载荷380吨，车轮跨距5200mm。

3 工装平台外形设计

工装平台在两台钢包车上生根，靠钢包车的移动带动转炉整体平移就位。考虑到工装平台需要承受整套转炉设备的重量，又要将主要受力点避开托圈下的悬挂装置，只能采用4个受力点。考虑将钢柱受力能够垂直传递到炉下钢包车和炉下轨道上，工装平台立柱的柱中与炉下轨道中心对应，宽度方向的柱中间距为5200mm。为使转炉炉壳不与钢柱相撞，并留出余量，采用CAD绘出工装平台的长度为7850mm。考虑到转炉炉壳底部远低于托圈下表面，工装平台设计分成两层，钢包车上表面为第一层，在低于炉底标高100mm处设置第二层，高出第二层的四根立柱不做任何拉撑。考虑到转炉就位前，转炉轴承座要比轴承座高约50mm，在柱顶设置200吨液压千斤顶将托圈、炉壳顶起，柱顶标高需预留出千斤顶高度，并能满足千斤顶的行程要求，千斤顶零行程时高度为400mm，行程为200mm，柱高8070mm。为了将千斤顶能够顺利的安装和移出，需要在柱顶制作四个钢支座，钢支座高度能够满足转炉轴承座比轴承底座高约50mm的要求，底座高度530mm。按照该设计构想，采用CAD制图绘出工装平台的外形尺寸。如下图：

4 力学计算

按照《材料力学》柱的失效形式是由于屈曲引起的。短柱的失效是由于载荷超出了材料的屈服强度，长柱的失效是由于外部载荷造成侧向弯曲超出范围引起失稳。

4.1 单柱的力学特性

工装平台的钢柱长度为8500mm，应当为长柱进行计算，由于钢柱的连接形式不同，需要采用不同的长度系数。在次可以参照下图示意根据《钢结构工程设计施工实例与图集》为上端可以移动但不可以转动，下端焊接的形式，其计算长度 L0=0.7L1+2×（L-L1）=。

4.2 单根钢柱的失稳计算

根据工装平台的外形设计要求，每根立柱承受的垂直载荷应当为563÷4≈141吨，单根立柱的载荷P=1.41×106N，立柱高度按照8500mm进行计算。在施工现场作为工装平台的材料为常用的Q235材质的钢材。按照现场常用的Q235钢的弹性模量E=2.1×105Mpa、需要的立柱高度8500mm，按照《冶金机械设备安装手册》的有关要求在冶金系统的钢结构失稳安全系数为4~8倍①,由于此处为静载荷，按照欧拉公式②

可以推算出单根立柱的最薄弱部位的惯性矩 I=5×PL2/π2E=246,007,517mm4。

钢柱材料的选择。根据《钢结构工程设计施工实例与图集》，对于承受大载荷的轴心受压构件一般采用实腹式结构制作而成。并且在施工现场一般借用现场的剩余材料进行制作。在济钢转炉工地因设计原因拆除了两根1000×500×30×50钢梁，经查《钢结构截面特性手册》H 型1000×500×30×50数据如下：

能够满足设备安装要求。

4.4 柱间支撑的设计

工装平台的柱间支撑按照《钢结构设计规范》GB50017-2003相关要求进行，在此我们采用了 HM400×400×13×21的H型钢做柱间支撑。

5 工装平台的制作及安装技术要求

工装平台的制作安装全部采用车间内天车进行安装。工装平台的立柱与转炉炉下钢包车上平面焊接，采用满焊形式，焊缝高度不小于30mm，其余部位的焊缝高度不小于最薄焊件的厚度；工装平台的柱顶标高采用水准仪测量校核，标高必须满足千斤顶顶出后能够使转炉本体高度大于轴承座，钢柱的垂直度不大于1.5/1000，柱顶板的水平度1/1000。