本钢2300 mm精轧F3机架螺栓断裂分析与改造

赵丽清

本溪钢铁（集团）公司热连轧厂 (本溪 117000)

本钢2300 mm热轧生产线精轧区共有七架四辊不可逆精轧机组，每架轧机的机架是由两扇牌坊和上、下横梁构成一个框架，框架由4根地脚螺栓固定在入、出口轨座上。每扇牌坊由两根M100×3190 mm“T型头”锚固套筒螺栓固定在轨座上。其中F3机架入口操作侧“T型头”锚固套筒螺栓在设备点检时发现已断裂。面对这个国内同类热轧厂均未出现过的重大设备故障，设备管理部门沉着应对，紧急制定并实施了精轧F3操作侧牌坊底座的临时加固措施和在线监测方案，目的是避免F3轧机精度的劣化，确保在螺栓更换前的正常生产顺行。为确保不影响2300 mm热轧生产线的正常生产，采用了既能保证精轧机的生产正常运行、又能确保设备基础混凝土结构的安全的更换设备基础螺栓的优化方案。

1 临时加固措施

在确定F3机架入口操作侧“T型头”锚固套筒螺栓断裂后，对F3轧机牌坊的安装精度进行了测量，检查发现F3轧机牌坊的入口轨座，约有1 mm的移位。为确保2300 mm轧机正常生产，必须把F3轧机的牌坊和入口轨座固定住，我们先采取临时性加固方案。在入口操作侧轨座的混凝土设备基础面上钻孔，采用环氧砂浆锚固两根M56×900的地脚螺栓，采用40 mm钢板制作型钢构件。用两根M56×900的地脚螺栓把型钢构件固定在混凝土设备基础面上，另一面焊在入口轨座的端面，来加固入口轨座的稳定性；在轧制过程中，用千分表来检测，轧机牌坊和入口轨座的牢固性。检测结果显示：轧机牌坊和入口轨座固定牢靠（见图1）。

2 螺栓断裂的原因分析

已断裂精轧F3机架牌坊底座锚固套筒“T型头”螺栓为：M100 mm、长3190 mm、材质为50CrMo，锚固盒尺寸为380×280×160、厚5 mm、材质为235B钢板焊接形成，锚固板顶面安装标高-4.540 m。地脚螺栓的预紧力为2605 kN；利用检修时间抽取出断裂的螺栓，发现地脚螺栓的断裂部位位于螺栓的圆柱体与“T型头”的结合处（见图2），螺栓断裂面呈现出凸凹不平的形状，断裂部位的金属断面已微锈蚀，从螺栓断裂截面直观判断，地脚螺栓的断裂是制造过程中出现的缺陷。“T型头”部分残留在锚固盒内。

图1 轧机牌坊和入口轨座连接后状况

图2 螺栓的断裂部位

3 螺栓更换方案的确定

为确保不影响2300 mm热轧生产线的正常生产，不可能将F3机架牌坊及其所属设备进行拆除。若更换螺栓，必须利用每次停机检修时间来完成螺栓的更换工作。通过进行现场实地勘察、查阅施工图纸、提出在冲渣沟侧墙，锚固板安装标高-4.540 m处开凿砼，露出锚固盒，将锚固盒侧面打开（锚固盒尺寸为380×280×160、厚5 mm的钢板焊接形成），取出遗留在盒内的“T型头”螺栓断裂的部分，将“T型头”螺栓加工为双头螺栓，将螺母送入锚固盒，安装双头螺栓替代原有“T型头”螺栓。能够确保拆除混凝土工程量最少，基础钢筋被切断的最少，确保精轧机设备基础在局部被拆除的情况下需要投入正常生产使用时，设备基础结构最安全。达到更换螺栓的目的。

4 螺栓更换实施过程

4.1 脚手架搭设

在F3精轧机冲渣沟-5.500 m处，用钢跳板满铺，钢跳板上铺设尼龙防护网。

4.2 设备基础混凝土拆除

从2010.10.29日至2010.11.30日检修期间（每10天检修一次），采用风镐作业,在F3精轧机设备基础冲渣沟侧壁标高-4.540 m，距冲渣沟侧壁1100 mm处掘进将混凝土拆除，随拆随清运混凝土渣，已防混凝土渣掉入冲渣沟。在设备基础混凝土拆除时，将设备基础钢筋露出，采用水焊进行切割，切割钢筋时必须保证钢筋恢复需要的锚固长度。在距F3精轧机牌坊架底座设备基础边460 mm处露出螺栓锚固盒，并将锚固盒的侧面切开（盒的断面尺寸：380 mm×160 mm），取出遗留在盒内的“T型头”螺栓断裂的部分，具备新螺栓安装条件（见图3）。

4.3 螺栓安装

新M100螺栓仍由中国第一重型机械制造厂制造。为确保新螺栓上机使用的可靠性，原设计的螺栓垫片进行了必要的修改，使之适应现方形锚固盒配合六角螺母的实际使用工况；在检修期间，先将螺母送入已切开的锚固盒内，从上部用导链拉住螺栓，将螺栓对准精轧F3牌坊底座设备地脚孔，将螺栓穿入锚固套筒盒，将两端的螺母拧紧，并在锚固盒内的螺母上安装一防销钉。同时，对M100螺栓的预紧力又进行了精确校核，计算出安装压力应为71.2 MPa，并按此要求全程监控安装过程，确保了新螺栓安装预紧力，满足西马克原设计的2605 kN的要求（见图4）。

4.4 设备基础混凝土的恢复

待双头螺栓安装完成，经检查符合安装的质量要求后，用与原锚固盒相同材质的5 mm的钢板封好锚固盒。将洞内混凝土渣清理干净，将切断的基础钢筋采用相同的钢筋焊接联结恢复，单面焊时焊缝长度为10d（d为钢筋直径）。拆除部位钢筋为：水平钢筋ф20×160、垂直钢筋ф25×110，施工按原设计要求，满足焊缝长度将钢筋恢复，满足《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-1996）的有关规定。采用钢板做模板支护，灌浆前将混凝土洞内的油污用高压水枪清除，并浇水湿润，混凝土采用薇膨胀C35混凝土浇灌密实。并满足混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）的有关规定。待混凝土达到设计强度，拆模，清理现场，拆除防护钢跳板脚手架。

图4 新螺栓就位图

5 结语

精轧F3机架设备基础螺栓实施更换改造的成功，是在未拆除精轧F3机架牌坊及其所属设备，保证精轧机设备基础混凝土结构安全的情况下；编制并细化了施工网络图，在确保施工安全和质量的前提下；采取化整为零的施工方法，利用每一次停机检修时间、拆除设备基础局部混凝土，完成螺栓更换改造工作，并将设备基础按原设计恢复。圆满完成2300轧机精轧F3机架设备基础螺栓实施更换技术改造工作。此方法可行，确保了精轧机的正常生产运行，创造了可观的经济效益。

[1]GB50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ18-1996，钢筋焊接及验收规程[S].