作為罩式退火爐的重要裝置，爐承板的穩定執行對生產安全有重大影響。 本文從工作環境、應力、安裝精度、位置、材料等入手，採用有限元法分析承重板裂紋的原因，並分析裝置維修方法和注意事項，從而提高裝置的使用壽命，降低裝置的維護成本。 經確定承重板的裂縫修復方案後，共修復了8塊承重板。 修復後，使用時間最長的承重板已使用一年以上，使用效果好，承重板表面光滑無變形，無裂紋後繼續發生。 承重板裂紋修復方案對類似工況和結構工件的維修方法和檢查方法具有參考作用，為維修人員更快速、高效地查詢故障原因提供參考。
罩式退火爐一般採用爐組生產，爐內承載板是罩式退火爐的關鍵裝置。 由於退火過程，爐內承重板在生產週期中會反覆受到交變熱應力[1]，如果發生，將對生產穩定性和機組執行的安全性產生重大影響。 在某鋼鐵公司的冷軋機中，罩式退火爐組的承重板經過1、2年的除錯後，部分承重板開始出現裂紋，裂紋長度隨著生產次數的增加而不斷增大。 當承重板的裂紋長度增長到一定程度時，承重板會出現區域性嚴重變形、坍塌等故障，是安全生產的嚴重隱患，因此應強制報廢。 但是，由於爐承重板成本高，備件數量多，如果全部更換，退火爐芯軸就會報廢，造成大量浪費。 因此，有必要分析爐子軸承板斷裂的原因，制定修復方案，並對後續爐子軸承板的新備件的結構和材料提出改造方案，以便更有效、低成本地解決問題。
裂紋成因分析
在整個退火生產週期中，承重板主要承受鋼捲在高低溫交替的工作環境中的壓力，出現裂紋的原因判斷為承重板結構設計的缺陷和承重板所選材料的耐熱性低。
軸承板結構形狀影響
爐子承重板的裂紋都在同一位置，分布均勻，裂紋出現後，在向中間擴充套件的過程中，通過承重板上的定位孔位置安裝裂紋。 安裝定位孔為沉孔結構，處於懸浮狀態，底板不支撐該部分，在90 100 t鋼捲的壓力下，容易產生應力集中，形成薄弱點。 從出現的初始位置開始，裂紋全部出現在軸承板懸伸的邊緣，見圖1。
此外，承重板在工作過程中同時承受30 700次反覆交替的溫度變化，特別是在加熱階段，爐底邊緣與第一部分之間存在溫差，因此加熱後邊緣和第一部分的熱膨脹率不相同， 邊緣膨脹快，第一次膨脹緩慢，承重板不斷受到週期變熱應力的影響，而承重板懸架的弱點——安裝定位孔的位置，受到反覆變化應力的作用，容易產生應力集中，結果，裂紋首先出現在邊緣，並沿著定位孔的位置逐漸擴大， 並且裂紋繼續擴大，直到承重板報廢[2]。
承重板材質影響
為了分析承重板製造材料對裂紋的影響，在對承重板進行取樣後進行了金相分析。 結果表明，材料中的Ni含量非常小，小於05%，導致承重板在高溫下的耐熱性、塑性和韌性與不鏽鋼相比明顯降低，而在700度的高溫下，承重板結構的薄弱區域容易開裂。
從承重板產生裂紋的原因分析可以看出，承重板結構設計上的缺陷和所選材料構件的低溫耐熱性是承重板產生裂紋的主要原因。
補救計畫和改進措施。
為了避免破裂的承重板報廢，盡量修復承重板，同時改善承重板原有的結構缺陷，以滿足生產工藝的要求。 承重板的改進主要是有效利用原有的舊零件，材料的影響是無法改變的，所以主要方向是改進承重板結構，減少熱變形和熱應力。
確定和實施補救計畫。
從裂紋集**可以看出，現在的承重板定位孔，定位孔的截面積變化很大，屬於應力集中部分，反覆加熱過程產生的熱應力使冷卻緩慢的厚壁被拉伸，冷卻較快的薄壁被壓縮， 加熱應力後產生裂紋。通過加工改變承重板的結構，去除裂紋，減少承重板的熱應力和變形，從而消除裂紋的影響，提高承重板的壽命，從以下幾個方面進行修復方案：
1）承重板中間板加熱後初步調平，調平完成後要求承重板平面最高點與最低點的高度差為<5mm。
2）沿承重板中板裂紋方向，對完全穿透承重板的抗裂槽進行加工，將所有裂紋區域去除後，在抗裂槽末端加工應力孔，使工件在加工裂紋解除槽後形成膨脹縫，釋放受熱狀態下的應力， 並有效防止骨折線的延伸[3]。
3） 重新定位承重板安裝位置。裂紋解除處理完成後，承重板組裝後，擔壓槽邊緣仍處於懸浮狀態，受力較差，為了改善承重板的受力條件，以原設計安裝位置為基準安裝承重板， 並順時針旋轉約8°9°進行安裝（見圖2）。洩壓槽和定位孔都在底板的支撐範圍內，這樣在生產過程中可以有效地支撐溢流槽周圍的區域，同時，承載板加熱後的熱膨脹方向受到限制，使其可以沿承重板的徑向收縮， 改善承載板薄弱區域的應力狀況，有效消除應力集中。
承重板修復方案的有限元分析
根據對承重板裂紋原因的分析及相應的修復方案，利用有限元分析軟體對承重板修復前的受力和變形，以及修復後安裝位置調整前後的受力和變形情況進行分析，從而驗證是否存在裂紋的原因和承重板安裝位置的調整是合理的。
1）承重板的準備模型工作。
根據對承重板材料的合金成分分析，該材料接近40cro鋼，材料的力學效能如下：b=757 MPa，s=540 MPa，e=206 GPA。
已知承重板承載的最大鋼捲重量為1mn，受力集中在承重板上的背板上，並由底板支撐，根據實際工作情況，選擇受力位置約束選項，禁止承重板向正常方向移動， 同時根據支撐底板的承重板的結構約束面積進行修正，同時考慮實際應用中的安全性，在實際工作中取荷載的最大值，用於判斷最危險時期的情況。
2）修復前對承重板的應力情況進行分析。
修復前對承重板模型進行網格劃分後，使用ANSYS有限元力分析軟體對力的弱部分（見圖4）與實際裂紋部分一致，變形方向與實際裂紋擴充套件方向一致。 其中，定位銷孔處的變形最大，產生裂紋的原因是銷孔受到預應力作用。 在實際工況中，承重板受到重力和熱膨脹力的雙重作用，由於疊加而加劇了應力變形，驗證了前人對裂紋成因的分析[4]。
3）承重板修復後安裝位置調整的應力分析。
修復承重板的有限元計算主要針對承重板變形和受力的分析。 分析了工作位置調整前後的承重板狀態，對修復後的承重板模型進行網格劃分後，利用ANSYS有限元力分析軟體計算了調整前後承重板的應力和變形，結果如圖5所示。
從有限元法計算結果可以看出，承重板的應力主要集中在承重板的邊緣，最大應力的地方在承重板底部的支座接觸點邊緣。 變形主要是與鋼捲邊緣的接觸位置，最大變形在承重板的最外側。
根據計算結果，調整承重板位置後，承重板最大變形減少142%，最大應力值降低2134%，說明承重板修復完成後，調整原安裝位置可以提高承重板在增加應力消除槽後強度，減少變形和應力，達到改善承重板受力條件，提高承重板使用壽命的目的[5]。
結束語
1）確定承重板裂紋修復方案後，共修復8塊承重板，修復後的承重板最多使用一年以上，目前使用效果好，承重板表面光滑無變形，無裂紋後繼續發生。因此，繼續按照此修復方案對剩餘變形的承重板進行加工和修復。
2）承重板的維修費用僅為新零件的10%，既保證了連續穩定生產，又大大降低了裝置維護成本。
3）承重板裂紋問題的解決，使今後類似工況和結構工件的維修方法和檢查方法有了借鑑，為維修人員更快、更高效地找到故障原因提供了參考。
引用。 1]張靜瑾.帶鋼和板材的冷軋生產。 北京： 冶金工業出版社， 2006
2] 宋廷欣， 羅元文， 朱若豔.提高退火爐圓盤結構熱疲勞壽命的研究。 北京理工大學學報，2003（8）：14
[3]程大賢.《機械設計手冊》，北京：化學工業出版社，2009
4] 曹華軍， 舒林森， 徐磊， 等. 複雜機械零件的六面體有限元網格生成方法. 機械工程學報， 2014（15）：114
5]方慶華.基於Ansys的開卷機主軸結構研究。 科技創新與生產力， 2013（9）： 107
文章** — 金屬世界。