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210噸轉爐傾動二次箱大齒輪齒面膠合原因分析及改進措施
發布時間:2015-01-11 22:05:08  

 遷鋼公司煉鋼作業部3号轉爐檢修清理稀油站濾網時發現大量金屬絲狀物和金屬片狀物,打開二次箱觀察孔并抽出1台一次箱,檢查4個一次箱輸出齒輪和二次箱大齒輪的齒面,發現大齒輪齒面的齒根處存在嚴重的膠合現象,全部齒輪在此處已經出現0.5—1.0mm的台階。

  通過對轉爐傾動裝置傳動系統力矩監測數據、潤滑條件、操作狀況、輪齒技術數據和減速箱裝配精度進行分析,排除了操作、過載、潤滑和裝配等因素,确定大齒輪齒面硬度偏低是齒根處産生膠合現象的主要原因。

  全懸挂扭力杆平衡型式及4點齧合柔性驅動的傾動裝置是目前最通用、技術最成熟的轉爐傾動機構。對于低速、重載減速機,設計上通常采用斜齒傳動。遷鋼公司煉鋼作業部5座轉爐傾動裝置的一次減速機均采用斜齒傳動方式。對于二次減速機,1、2号轉爐傾動采用斜齒傳動,可提高縱向重合度,傳動平穩,但存在一定軸向力;3—5号轉爐傾動采用直齒傳動,沒有軸向力。

  在齒輪材料選擇方面,對于承載高和沖擊力大的齒輪傳動,一般選用滲碳淬火鋼。遷鋼公司煉鋼作業部轉爐傾動裝置的一次減速機所有齒輪以及二次減速機的小齒輪均采用滲碳淬火處理,齒輪的心部具有較好的韌性,表面經硬化後産生殘餘壓應力,具有較強的抗點蝕和耐磨損性能。3—5号轉爐傾動大齒輪采用優質調質鋼,适用于中低速齒輪傳動,制造成本低,強度和韌性較好,齒面硬度低,易于齒輪跑合,但不能充分發揮材料的承載能力;1、2号轉爐傾動大齒輪采用優質調質鋼表面淬火處理,制造成本高,齒輪的心部具有較好的韌性,表面經硬化後産生殘餘壓應力,具有較強的抗點蝕和耐磨損性能,提高了承載能力。

  在正常工作傾動力矩、額定工作傾動力矩和事故工作傾動力矩情況下,以及按照電機額定功率和轉速,校算傾動裝置傳動系統的接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數。在未進行任何修正的情況下,通過對傾動四級傳動進行計算校驗,從校算數據可以看出,在正常工作情況下,按照額定工作傾動力矩、電機額定功率及轉速校算傾動裝置傳動系統,其接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數均符合要求。在事故工作傾動力矩情況下,傾動裝置傳動系統的彎曲強度安全系數符合要求,接觸強度安全系數偏低,但對其進行适當修正後也能符合要求。總體上,所有轉爐傾動裝置設計校算合格。

  需要說明的是,采用斜齒傳動和硬齒面接觸的四級傳動,無論是在工作狀态下、額定狀态下,還是事故狀态下,其接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數都符合要求,并要高于直齒、中硬齒面的四級傳動的安全系數。在低速、重載的轉爐傾動傳動中,采用硬齒面斜齒傳動應為優選方案。

  轉爐傾動減速機實際使用狀況

  及現場檢測分析

  為進一步分析轉爐傾動二次箱大齒輪齒面膠合的原因,對轉爐的煉鋼過程,包括出鋼前啟動、傾動至出鋼位置、出鋼前制動、出鋼過程中點動、出鋼後啟動和回轉複位等過程,篩選出部分實際運行數據。篩選數據過程中盡可能涵蓋出鋼的各個過程,并選取臨近點附近電機功率較大的運行數據作為代表,根據篩選出的運行數據及轉爐在實際運行過程中的電機電壓、電流和轉速分别計算出轉爐在實際運行時的電機功率以及傾動裝置傳動系統的實際工作力矩,并以此來校算傾動裝置傳動系統的接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數。由實際運行數據和校算結果分析可知,轉爐在出鋼、出渣和兌廢鋼等正常傾動過程時,電機功率和實際工作力矩均處于正常範圍,轉爐的傾動裝置傳動系統的接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數均較高,傳動校算合格,轉爐傾動裝置傳動系統工作正常。

  1、2号轉爐在出鋼過程中的18個實際運行狀态中僅5個運行狀态校算後安全系數偏低,在電機功率、實際工作力矩适當超出額定要求時,傾動裝置傳動系統仍然校算合格。但3—5号轉爐在出鋼過程中的20個實際工作狀态中僅4個運行狀态安全系數校算合格,其餘16個運行狀态的安全系數偏低。由此可見,1、2号轉爐傾動裝置的承載能力較強,比3—5号轉爐傾動裝置更能滿足實際工況需求。

  大齒輪齒面膠合原因分析

  通過對轉爐傾動裝置的設計對比和校算分析、實際工況使用情況下的校算分析以及實際檢測結果的校算分析,可将大齒輪齒面膠合原因歸納為以下四個方面:

  1)相對于直齒、中硬齒面傳動而言,斜齒、硬齒面傳動的承載能力強,接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數高,更能滿足低速、重載的轉爐傾動裝置實際工況需求。

  2)傾動裝置傳動系統的實際制造精度,包括齒部精度和熱處理工藝滿足性能的精度,對傾動裝置的承載能力和滿足實際工況需求的能力影響較大。

  3)實際工況下的快速啟動、快速制動和點動以及電機功率和轉速的急劇變化均會形成較大的實際工作力矩,同時造成對傾動裝置傳動系統的沖擊,對傾動裝置的承載能力提出了更高的要求。

  4)基于傾動裝置傳動系統的中硬齒面,再加上實際工況下的快速啟動、快速制動和點動對中硬齒面的沖擊,造成了齒輪表面的損壞,形成了金屬絲狀物和金屬片狀物。

  根據上述對轉爐傾動裝置傳動系統的分析,在盡可能不劇烈快速啟動和快速制動以及盡量減少點動等情況下,對3号轉爐傾動大齒輪進行改進。基于目前轉爐傾動實際情況,改進方案仍然采用直齒大齒輪,其基本參數與原設計基本一緻,實現備件與目前傾動裝置的配套和互換使用。

  方案1仍然采用調質處理的中硬齒面,通過改變淬火和回火的溫度及時間,改善大齒輪的綜合力學性能,将大齒輪齒面的硬度提高到HB320—340。大齒輪齒面硬度提高後,在額定工作力矩情況下,大齒輪的接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數明顯提高。采用此方案,在齒輪毛坯鍛造和粗加工調質處理後,需進行大齒輪的整體焊接和退火,之後再直接加工和滾齒,制造周期相對較短,成本相對較低。

  方案2采用硬齒面,首先對大齒輪整體調質處理使其硬度達到HB320左右,使齒輪的心部具有較好的韌性,之後再進行表面淬火硬化處理,使齒面産生殘餘壓應力,提高齒面硬度及其抗點蝕性能和耐磨損性能。提高齒面硬度後,在額定工作力矩情況下,大齒輪的接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數比中硬齒面有一定提高。采用此方案,首先需進行齒輪毛坯鍛造和粗加工調質處理,之後進行大齒輪的整體焊接和退火,然後進行大齒輪的整體加工和滾齒,最後再進行表面淬火處理,以提高齒面硬度。因大齒輪直徑較大,故後期進行刮齒加工。此方案的制造周期相對較長,成本相對較高,但大齒輪的接觸強度安全系數和彎曲強度安全系數較高,心部綜合力學性能較好,齒面硬度相對較高,更适合于低速、重載和有一定沖擊力的轉爐傾動裝置。

  中硬齒面齒輪和硬齒面齒輪基本參數的對比結果表明,中硬齒面齒輪和硬齒面齒輪都能滿足生産工藝要求。其中,中硬齒面齒輪加工周期短、成本低、同類設備普遍應用;硬齒面齒輪力學性能與中硬齒面齒輪對比無明顯優勢,且加工周期長、成本高、同類設備應用較少。3号轉爐新的大齒圈輪備件采用了中硬齒面的制造工藝。

  綜上所述,采用新工藝制造的中硬齒面的二次箱大齒輪在3号轉爐傾動裝置傳動系統使用3年後,齒面接觸良好,運行狀況正常,說明改變淬火和回火的溫度和時間,可明顯改善大齒輪的綜合力學性能,延長其使用壽命。同時應注意提高輪齒的加工精度,以滿足轉爐傾動裝置低速和重載的實際工況。

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