本钢板材炼钢厂新型轻轨吊车滑触线温度应力的解决与分析

  目前，安全滑触线、铜质钢体滑触线等取代陈旧的轻轨式吊车供电滑线已成为冶金企业现代化发展的趋势，但是，由于工况环境的影响及生产的制约，现今，在本钢板材股份有限公司炼钢厂还有部分区域仍然沿用轻轨式滑触线，技术人员通过技术革新，取消了原随轻轨并排铺设，并分段补偿的多层铝排，而**性地采用了在轻轨的轨腰两侧焊接两条铜排的新型滑触线，使电压损耗得到了有效控制，故障率显著下降，设备维护量也大大降低。但是，由于在当初改造过程中，并未将轻轨的温度应力问题考虑进去，在滑触线铺设距离较长、距现场热源较近的区域，新型轻轨滑触线(简称 NLATL)的温度应力问题就比较突出，从而随着现场温度的急剧变化而出现严重的膨胀和收缩的现象，并由此引发了设备故障。在本钢板材炼钢厂，此种新式的轻轨滑触线还将在相当长的时间内继续使用，如何确保其在复杂的冶金环境下稳定运行，关系到能否确保吊车的安全稳定运行和炼钢厂生产目标的顺利实现，具有迫切的现实意义。

1 新型轻轨吊车滑触线的技术性能

1.1 新型轻轨滑触线的组成结构

新型 24kg 轻轨滑触线的安装结构图如图 1 所示。

如图 1 所示，50mm×10mm 导电铜排（图中 5）被焊接在轨腰的两侧，结构紧凑牢固。

1.2 新型轻轨滑触线的优点

与老式轻轨滑触线相比，因为取消了分段补偿的多层铝排、补偿电缆及相关连接组件，结构更加简洁，既减少了故障点，又便于维护；由轨腰两侧焊接的两条铜排替代了导电性较差的铝排，减少了传输过程中的电压损耗。

1.3 新型轻轨滑触线运行中存在的问题

在炼钢厂铸钢二跨区域，吊车滑线全长达 500m 的吊车采用新型轻轨滑触线供电 (上压式)，有 260t 桥式铸造起重机 2 台，225t 桥式铸造起重机 1 台，由于该区域滑线标高仅为 13.5m，而地面设置的烤罐器、倾翻机、运送钢水罐的台车等热源与吊车滑线的直线距离有时还不到6m如此长的铺设距离及复杂的工况环境，给没有任何温度应力补偿功能的吊车滑触线造成了较大影响，使其随着现场温度的急剧变化而出现了严重的胀缩现象，并频繁引发设备故障。仅 2011 年全年，因滑触线胀缩而引发的故障达 10 起，故障台时为 270min，其中，8 月 7 日，由于滑线变形导致 11 号 225t 吊车集电器“下炕”，造成设备热停机 30min，4 号连铸机断浇，对炼钢生产产生了严重影响。

2 轻轨式吊车滑触线温度应力的产生

2.1 轻轨滑触线温度应力的产生轻轨滑触线的基本应力包括：弯曲应力和温度应力[1]。其中温度应力 σt：σt=1.6Δt

在温度应力的作用下，轻轨会出现纵向水平推力，引发胀轨或缩轨现象。

2.2 轻轨滑触线温度应力对生产的**影响

由温度应力引发的胀轨或缩轨现象，若能通过轻轨滑触线间的连接轨缝完全吸收和化解，则不会对滑触线本身造成影响。但是，如果轻轨的温度应力过大或铺设不合理，每当温度改变 1℃，轻轨就需要承受 1.6t的压力或拉力。当现场温度升高而胀轨严重时，滑线变形弯曲（图 2 a），将造成吊车集电器“下炕”；当冬季气温降低时，滑线缩轨严重，导致滑线间连接轨缝过大（图 2 b），吊车集电器通过时，会造成“戗耙子”现象。

3 轻轨式吊车滑触线温度应力的解决

3.1 新型轻轨滑触线温度补偿装置的设计

针对新型轻轨滑触线的结构和运行特点，并结合 JGH 钢体铜质滑触线温度补偿装置的原理，开发设计了新型轻轨滑触线温度补偿器，如图 3 所示。

将原有连接铜排的圆形连接孔（图 2 b）改为长 40mm 的圆角矩形孔，使轻轨可在连接板的束缚下胀缩窜动，从而具有吸收温度应力的作用；同时，为了确保轻轨在胀缩过程中接头处的导电性，在接头两侧各焊接一块引流板，用 6 根 1×70mm2电缆跨接，具体形式如图 7 所示。

3.2 预留轨缝的设置

为了更好地发挥温度补偿器的效能，在补偿器的安装过程中，必须严格按照相关标准要求预留轨缝，其计算公式为：

a = 0.0118(Tmax − t)L − C [1] （1）

式中 a —— 铺设时预留轨缝（mm）；

Tmax——轻轨可达到的*高温度（℃），可采用*高气温加 20℃；

t ——铺设时测定的轻轨温度（℃）；

L ——轻轨长度（m）；

C ——轻轨接头应力限制轻轨自由胀缩的长度（mm），轻轨小于 15m 时，取值为 1.5~3mm。

根据上式，铸钢二跨滑触线年*高温度为 55℃，轻轨每根长 10m，平均每 4 根加装 1 套补偿器，则 L取 40，改造时的实测温度为 20~ 30℃间，C 取 1.5，则：

a = 0.0118×40×（55−25）−1.5=12.66

取 15mm.根据计算结果，在安装补偿器的施工过程中，对轻轨间的轨缝进行了调整，从而确保了补偿器的效能发挥。

3.3 新型轻轨滑触线连接矫正器的设置

旧式轻轨滑线的接头处采用鱼尾板连接，鱼尾板能紧密地固定在轻轨的轨腰处，从而限制轻轨发生错位变形，但是，新型轻轨滑线改用 50mm×10mm 铜排作为连接板后，虽然导电性增强了，但连接板在轨腰处存在 12mm 左右的间隙（如图 4 所示，上图为采用铜板连接，下图为鱼尾板连接），极易造成轻轨接头的错位变形，如图 5 所示。

为了确保补偿器在轻轨接头处连接可靠，又研究设计了轻轨连接矫正器，矫正器由 1 块连接底板和 4块卡板组成，如图 6 b 所示。

安装时，先将底板焊接于轻轨接头的一侧（于轨底处两侧焊接），然后，将接头处矫直、轨面矫平，稳定后，将 4 块卡板分别焊接于另一轻轨接头的轨底两侧（图 6 a，粗线为焊接处），从而，既可以实现轻轨的自由纵向胀缩，又严格限制了轻轨的变形错位。

3.4 新型轻轨滑触线温度应力补偿系统的确立

如上所述，新型轻轨滑触线温度应力补偿系统由温度应力补偿器（包括补偿连接铜板、引流板、过渡电缆）和轻轨连接矫正器组成，同时按照技术标准对接头的轨缝做好调整（图 7），以确保补偿系统效能的发挥。

4 温度补偿系统的现场设置与监控

4.1 温度补偿系统安装位置的选择

铸钢二跨的吊车滑线全长 500m，而距离热源*近、作业率*高的区域主要集中在中段，即从 2 号转炉至 6 号转炉共 230m 左右的区域内，根据计算及现场勘查，计划分别于 1 号转炉对面、2 号转炉对面、3 号倾翻机对面、4 号转炉对面、5 号转炉对面，每隔 40m 均匀分布安装温度补偿 5 套。

4.2 补偿器系统安装及效果监控

从 2012 年 2 月~10 月 16 日，利用低产期及三次联合检修的时间，对铸钢二跨轻轨滑线中段进行了增设温度应力补偿器系统的改造施工，累计消耗材料费用 18600 元左右（原计划费用为 23400 元，利用拆吊车留存的旧电缆 60m，节约近 5000 元），如表 1 所示，累计施工共 14.5h，在安装补偿器的同时，对相应的接头处的预留轨缝进行了调整（预留 15mm），并加装了轻轨连接矫正器，以提高补偿器的稳定性，安装效果如图 7 所示。

通过上述改造，新型轻轨滑线补偿器每处可增加 40mm 的*大补偿量，即全程新增*大补偿量为：

40mm×5=200mm。

经过近 1 年的运行证明：增设温度应力补偿器系统，使铸钢二跨滑线温度应力的问题得到了彻底解决。从 2012 年初开始改造，至 2012 年 12 月（10 月 16 日改造基本完成），改造区域滑线经受住了年初−20 多摄氏度严寒及夏天 40 多摄氏度高温的考验，没有发生一起滑线变形的设备故障，实现了零故障运行，技术改造效果非常明显。

5 结论

（1）铸钢二跨所使用的新型轻轨滑触线原设计及施工标准不能够满足现有生产环境变化的要求，造成故障频发，严重地影响了炼钢生产，必须改造解决。

（2）所设计的温度应力补偿器系统由补偿连接铜板、引流板、连接矫正器及过渡电缆组成，设计简单，科学合理，且实效性强。

（3）近 1 年的零故障运行，充分证明了上述解决方案的科学性、有效性，符合现场实际要求。

（4）通过科学有效的技术改造，使旧设备重新焕发了活力，同时，通过技术改造不但取得了可观的经济效益，也积累了宝贵的经验，对提高设备管理水平具有重要意义。