밀의 중공축과 외피를 연결하는 볼트가 정상 가동 중에 빈번하게 파손되는 현상이 자주 관찰됩니다. 파손 부위는 볼트 머리 밑부분, 너트 근처, 또는 샤프트와 나사산 사이의 접합부 등 다양합니다. 파단면은 비교적 평평합니다. 파손된 볼트를 교체할 때마다 다시 조여주지만, 얼마 지나지 않아 다시 파손됩니다.

(1) 원인 분석

제강소에서 볼트 파단을 일으키는 요인은 여러 가지가 있으며, 이를 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

① 볼트 재질이 설계 요건을 충족하지 못하며, 볼트 구조 설계가 부적절하다

a. 볼트 재질 문제는 새로 가동된 제철소에서 연결 볼트 파단 고장의 주요 원인 중 하나입니다. 부적절한 재료 선정, 볼트 샤프트에 적합하지 않은 열처리 공정, 부주의한 담금질 작업, 그리고 부적절한 템퍼링 시간 조절은 볼트 헤드 뿌리 부분에 미세 균열을 쉽게 유발할 수 있습니다. 또한 볼트 헤드 단조 시 최종 단조 온도가 너무 낮을 경우에도 미세 균열이 발생할 수 있습니다.

b. 볼트 헤드의 구조 설계상, 볼트 헤드 뿌리 부분에 기계 가공된 필렛이 마련되어 있다. 이 필렛은 선반 가공 과정에서 종종 간과되곤 한다. 이 필렛과 맞물리는 쉘 플랜지의 나사 구멍 해당 위치에는 필요한 모따기가 설계되어 있지 않습니다. 그 결과, 조립 시 볼트 머리 면이 쉘 면에 밀착되기 어렵습니다. 국부적인 응력 집중을 제거할 수 없어 볼트 파단이 발생합니다.

② 조립 품질이 좋지 않음

a. 플랜지 평면의 수직도가 허용 오차를 심각하게 초과하거나, 쉘이 올바른 제작 절차에 따라 제조되지 않아 조립 간극이 크게 발생합니다. 이로 인해 볼트 연결부의 강성이 저하되어 볼트에 피로 균열이 발생하고, 결국 파단으로 이어집니다.

b. 볼트 조임은 일반적으로 작업자의 경험에 따라 이루어지기 때문에, 모든 볼트에 걸쳐 응력이 균일하게 분산되도록 보장하기 어려우며, 이로 인해 제강소 가동 중 볼트 파단이 발생할 수도 있다.

③ 너트 조임력의 약화 및 너트의 자가 잠금 기능 상실

a. 나사산 간극이 지나치게 크거나 나사산 피치가 너무 크면 자가 잠금 성능이 저하됩니다.

b. 나사산 표면 거칠기가 불량하면 하중이 가해질 때 나사산 측면 사이에서 밀림 현상이 발생하여 피치 직경 간극이 커지고, 이로 인해 너트가 풀리게 된다.

c. 밀 쉘 엔드 커버의 내면은 가공되지 않은 표면입니다. 밀이 작동 중 하중이 가해지면, 볼트 머리와 쉘 엔드 커버 사이의 접촉면에서 돌출된 부분이 눌려 평평해지거나(또는 아래로 눌려) 내려갑니다. 그 결과, 조여진 너트 중 일부가 상대적으로 느슨해져 모든 볼트에 걸쳐 응력 분포가 고르지 않게 됩니다. 밀이 한 바퀴 회전할 때마다 하나 또는 여러 개의 볼트가 충격에 노출됩니다. 볼트 머리 아래에 있는 엔드 커버 강판은 이 충격으로 인해 함몰되고, 볼트 머리는 변형됩니다. 볼트가 느슨할수록 충격력은 더 커지며, 함몰과 변형도 더 심해집니다.

d. 중공축과 쉘 엔드 커버를 연결하는 볼트는 우나사이며, 밀의 회전으로 인해 너트가 풀리게 된다.

e. 제분기의 시운전 기간 중에는 볼트 풀림 현상이 대체로 방치되며, 이를 조이는 조치도 취해지지 않습니다. 본격적인 생산에 들어간 후에는 볼트 풀림 현상이 점점 심해지고, 플랜지 간극이 점차 확대됩니다. 두 플랜지 면 사이에 얇은 재료층이 끼이게 되어, 연결 부위의 강성이 저하되고 볼트 응력 진폭이 증가합니다. 또한, 플랜지 스파이고트의 막힘 효과로 인해 이 재료층을 제거하기 어렵기 때문에 볼트의 피로 파손이 가속화됩니다.

f. 가동 중, 연마 매체와 원료가 외피에 충격을 가하면 밀의 회전 부품이 진동하게 되어 너트가 풀리게 됩니다. 조임력의 약화로 인해 발생하는 너트 풀림 정도는 균일하지 않습니다. 그 결과, 풀리지 않은 볼트에는 더 큰 하중이 가해지게 되며, 이를 제때 발견하지 못하면 볼트가 파단될 수 있습니다.

④ 피팅 볼트와 리밍된 구멍 사이의 간격이 지나치게 헐겁다 이로 인해 중공축과 쉘 엔드 커버 사이에 상대적인 반경 방향 미끄러짐이 발생합니다. 이 경우, 볼트(특히 일부 너트가 풀려 상황을 악화시키는 경우)는 축방향 인장 충격력뿐만 아니라 반경 방향 전단 충격력도 받게 됩니다. 이러한 불리한 하중 조건으로 인해 볼트는 볼트 머리와 샤프트의 접합부, 샤프트 자체, 또는 나사산의 소직경 부위에서 파단됩니다.

⑤ 쉘 엔드 커버 재질의 강성이 부족함, 또는 쉘 엔드 커버의 내면과 대형 중공 샤프트 플랜지의 외면 간의 비평행성, 또한 볼트 파손으로 이어질 수 있습니다.

⑥ 밀의 높은 작동 온도 쉘 플랜지를 연결하는 볼트의 기계적 특성을 저하시킵니다. 경우에 따라서는 나사산 형상이 변형되어 연결 강도가 떨어지고, 결국 파단이 발생하기도 합니다.

⑦ 부적절한 유지보수 방법 또한 볼트 파손을 유발할 수도 있습니다. 예를 들어, 정기 점검 시스템이 없거나 명목상으로만 존재할 경우, 풀린 볼트를 제때 발견하여 다시 조일 수 없습니다. 또 다른 경우에는 파손된 볼트를 즉시 교체하지 않고 볼트가 빠진 상태로 밀을 가동하여 인접한 볼트까지 파손되는 경우가 있습니다. 게다가 교체용 볼트가 원래 설계된 볼트와 다른 재질로 제작된 경우, 볼트에 불균일한 응력이 가해져 강도가 낮은 볼트가 파손될 수 있습니다.

(2) 치료 방법

고장이 발생한 후, 특히 볼트가 자주 파손되는 경우에는 원인을 파악하고 이에 상응하는 조치를 취해야 합니다.

① 볼트 자체의 품질을 향상시켜야 합니다.

a. 연결 볼트는 가급적 No. 45 중탄소강 또는 40Cr 담금질 및 템퍼링 처리된 강재로 제작해야 한다. A3강, 저탄소강 또는 그 외 강도가 낮은 재질은 볼트 제작에 사용해서는 안 된다.

b. 볼트와 너트를 가공할 때, 나사산 표면 거칠기는 최소 Ra 1.6을 충족해야 한다. 적절한 미세 피치 나사산을 선택해야 하며, 나사산의 편심도에 주의를 기울여야 한다. 피치 직경과 대경/소경 사이의 간극이 0에 가까워지도록 볼트와 너트를 매칭하여, 너트와 볼트 간의 결합 상태를 개선하고 응력 집중을 줄이며, 나사산 맞물림 및 연결 강도를 확보해야 한다.

c. 자체 제작한 볼트와 너트를 전용 시설에서 열처리할 수 없는 경우, 실험실의 고온 전기로를 사용하여 담금질 및 템퍼링을 수행할 수 있다. 로에서 공작물을 850 °C까지 가열한 후 40분간 유지한 다음, 오일에서 담금질하고, 500 °C에서 2시간 동안 유지한 뒤 꺼내어 공기 냉각합니다. 작업 시 발생하는 압력을 분산시키기 위해 공작물 아래에 강판을 놓으십시오.

② 정기 및 비정기 점검 체계를 구축한다 문제를 신속하게 파악하고 해결하기 위해.

a. 파손된 볼트는 적시에 교체하십시오(파손된 볼트가 소수인 경우, 예를 들어 1~2개 정도라면, 가동 중단 시간을 줄이기 위해 정기 점검 기간 중에 교체를 진행할 수 있습니다).

b. 헐거운 볼트는 즉시 조이십시오.

c. 국부적인 타원형 변형, 거친 가장자리, 돌출된 모서리 등 변형된 볼트 구멍의 경우, 조립 후 잔여 간극이 발생하지 않도록 수리 과정에서 주의 깊게 줄로 다듬어 매끄럽게 만들어야 합니다.

d. 중공축을 쉘 플랜지에 조립한 후 스피곳에 틈이 생기는 경우, 두께 약 10 mm, 폭 80–100 mm의 원형 강판을 스피곳에 추가로 용접할 수 있다. 내경은 스피곳 크기에 맞춰 가공해야 하며, 강판은 원주 방향으로 3~4개의 세그먼트로 분할해야 합니다. 강판에 직경 20 mm의 구멍을 여러 개 뚫은 후, 스터드 용접 방식을 사용하여 쉘 플랜지에 용접함으로써 강도를 높이고 스피곳의 파손을 방지해야 합니다.

e. 이중 너트 잠금 방식을 채택하는 경우, 동일한 재질과 크기의 일반 너트를 사용할 수 있습니다. 두께가 다른 너트 두 개를 사용해야 하는 경우에는 얇은 너트를 먼저 설치한 다음, 두꺼운 너트를 설치해야 합니다.

f. 플랜지 표면이 심하게 거칠거나 버가 생긴 경우, 앵글 그라인더나 수동 샌더를 사용하여 연마한 뒤, 마지막으로 연마 블록을 이용해 손으로 마무리 연마하여 평평하게 만드십시오.

③ 밀의 중공축 양쪽 끝에 있는 볼트는 각각 왼쪽 나사산과 오른쪽 나사산을 사용해야 합니다., 좌측 및 우측 구동 방식에 모두 적합합니다. 좌나사 및 우나사 볼트의 구성은 다음과 같이 확인할 수 있습니다. 밀의 한쪽 끝에 서서 중공축의 축 방향을 따라 회전 방향을 확인하십시오. 반시계 방향으로 회전하는 경우, 중공축의 이쪽 끝에는 우나사 볼트를, 반대쪽 끝에는 좌나사 볼트를 사용해야 합니다. 시계 방향으로 회전하는 경우, 이쪽 끝에는 좌나사 볼트를, 반대쪽 끝에는 우나사 볼트를 사용해야 합니다.

④ 제분기 가동 중에는 중공축과 쉘 엔드 커버의 너트가 느슨해지지 않았는지 정기적으로 점검하십시오. 시운전 기간 중에는 1~2시간마다 점검하십시오. 너트를 초기 토크로 다시 조이십시오. 풀림이 발견되면 즉시 조이고 잠금 와이어를 교체하십시오. 3회 연속 점검에서 풀림이 없는 경우(즉, 재조임 시 토크가 초기 상태를 유지하는 경우), 24시간마다 점검하십시오. 3교대 연속(즉, 24시간) 동안 풀림 현상이 없으면 24시간마다 한 번씩 점검하십시오. 3일 연속 근무일(즉, 72시간) 동안 풀림 현상이 없으면 주 1회 점검하십시오. 그 이후에는 정상적인 점검 주기로 돌아가 주 1회 점검하십시오.

⑤ 파손된 볼트의 경우, 교체 후 새로운 파손(즉, 빈번한 볼트 파손의 재발)을 방지하기 위해, 해당 쪽의 모든 연결 볼트를 완전히 교체하는 것이 좋습니다. 고장 처리 절차는 다음과 같습니다:

a. 수리 공구 및 장비 준비, 인력 배치, 충분한 중공축 연결 볼트 및 거친 가공이 완료된 맞춤 볼트(매치 리밍 후 정밀 선반 가공 예정) 비축 등을 포함하여 필요한 모든 준비를 완료한다.

b. 파손된 볼트가 있는 구획에서 연마재를 제거하고, 밀 배출 그레이트 플레이트, 리프터 플레이트 또는 밀 헤드 라이너를 분해하십시오. 메인 베어링 캡 볼트를 풀고 잭을 사용하여 밀 본체를 들어 올려 완전히 분리하십시오.

c. 중공축 연결 볼트를 풀어 중공축을 분리하고, 이를 바닥에 내려놓으십시오.

d. 중공축과 엔드 커버 사이의 접촉면을 청소하여, 그 사이에 끼어 있는 이물질이나 기타 잔여물을 모두 제거하고, 먼지가 완전히 없어질 때까지 세척하여 “적절한 밀착 상태와 절대적인 간극 없음”을 달성해야 합니다.”

e. 볼트를 정렬하여 설치하고, 대칭적으로 조입니다. 장착된 8개의 볼트를 매치 리밍한 후, 단단히 고정합니다. 그런 다음 밀 배출 그레이트 플레이트, 리프터 플레이트 또는 밀 헤드 라이너를 재조립하고, 연마재를 넣은 뒤 가동을 준비합니다.

f. 정비 후 24시간 동안 시험 가동을 마친 뒤, 연결 볼트를 다시 조이십시오.