淺析新技術(shù)在轉(zhuǎn)爐改造中的應(yīng)用

時(shí)慧斌

（山西太鋼煉鋼二廠 設(shè)備能源科，山西 太原 030003）

1 概述

太鋼煉鋼二廠南區(qū)2＃、3＃兩臺(tái)80t轉(zhuǎn)爐，爐殼、托圈從2001年投入使用，服役10余年來(lái)，均已達(dá)到蠕變極限，雖經(jīng)過(guò)數(shù)次修補(bǔ)，但由于爐殼、托圈變形開(kāi)焊嚴(yán)重，球鉸裝置存在缺陷，耳軸密封以及爐口使用周期縮短等嚴(yán)重問(wèn)題，導(dǎo)致2＃、3＃轉(zhuǎn)爐運(yùn)行狀態(tài)極不穩(wěn)定。

2 轉(zhuǎn)爐存在的重大隱患

2.1 轉(zhuǎn)爐爐殼內(nèi)部嚴(yán)重開(kāi)裂

對(duì)轉(zhuǎn)爐爐殼內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部焊縫多處出現(xiàn)裂紋，熱影響區(qū)的母材出現(xiàn)撕裂，如圖1、圖2所示。

圖1 2＃轉(zhuǎn)爐爐殼內(nèi)部裂紋（總長(zhǎng)3 520mm）

圖2 3＃轉(zhuǎn)爐爐殼內(nèi)部裂紋（總長(zhǎng)2 130mm）

2.2 爐殼、托圈變形嚴(yán)重

判斷轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈是否變形，二者之間的間隙是重要參數(shù)之一。根據(jù)圖紙資料，爐殼及托圈間隙原設(shè)計(jì)尺寸為150mm，2009年中修時(shí)，對(duì)爐殼與托圈間隙進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2＃、3＃轉(zhuǎn)爐爐殼與托圈間隙測(cè)量表 mm

表1數(shù)據(jù)顯示，3＃轉(zhuǎn)爐最小間隙為20mm，最大間隙為200mm；2＃轉(zhuǎn)爐最小間隙為30mm，最大間隙為180mm。由此得出，兩個(gè)轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈均嚴(yán)重變形。

2.3 托圈散熱孔開(kāi)焊嚴(yán)重

轉(zhuǎn)爐托圈采用箱體分段焊接，自然水冷，由于煉鋼過(guò)程中受熱以及出鋼出渣時(shí)受力，導(dǎo)致散熱孔焊縫開(kāi)裂嚴(yán)重，如圖3所示，檢修時(shí)需經(jīng)常性補(bǔ)焊。

圖3 托圈散熱孔開(kāi)裂情況

2.4 爐殼吊掛裝置隱患重重

轉(zhuǎn)爐吊掛機(jī)構(gòu)及限位裝置承受爐殼的軸向載荷和對(duì)爐殼的定位導(dǎo)向，屬于轉(zhuǎn)爐關(guān)鍵部件。2＃、3＃轉(zhuǎn)爐吊掛系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為三點(diǎn)球鉸支撐機(jī)構(gòu)，安裝在爐殼支撐法蘭與托圈銷座之間，成120°均布，如圖4所示。2008年以來(lái)，3＃轉(zhuǎn)爐的托圈上限位裝置曾出現(xiàn)3次撕裂，每次檢修都對(duì)其進(jìn)行檢查加固。轉(zhuǎn)爐日常搖爐時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)異音。2009年中修前，由于爐殼熱變形、綜合受力等原因，3＃轉(zhuǎn)爐支撐機(jī)構(gòu)軸銷發(fā)生3次竄出，嚴(yán)重影響了設(shè)備的運(yùn)行和安全生產(chǎn)。

圖4 轉(zhuǎn)爐三點(diǎn)球鉸支撐機(jī)構(gòu)

3 原因分析及改造方案

3.1 爐殼、托圈變形開(kāi)裂的原因及改造方案

煉鋼過(guò)程中，隨著出鋼溫度的升高及應(yīng)用了傳熱系數(shù)較大的Mg－O轉(zhuǎn)爐襯等因素，使得轉(zhuǎn)爐爐殼溫度升高，爐殼長(zhǎng)期工作在接近或超過(guò)蠕變溫度的高溫下，導(dǎo)致?tīng)t殼發(fā)生嚴(yán)重的熱蠕變變形，使?fàn)t殼與托圈之間的間隙減小，甚至使?fàn)t殼頂靠托圈，危及安全生產(chǎn)。解決此問(wèn)題的辦法只有2個(gè)，其一是提高爐殼用鋼的熱強(qiáng)性，其二是加強(qiáng)對(duì)爐體的冷卻。具體措施如下：

（1）2＃、3＃轉(zhuǎn)爐爐殼、托圈材質(zhì)為16Mng，它具有較高的強(qiáng)度、較好的焊接性能和耐開(kāi)裂性能，但其抗熱蠕變的性能較差（蠕變溫度400℃）。通過(guò)對(duì)爐殼、托圈常用鋼號(hào)的理化性能進(jìn)行分析比較（見(jiàn)表2、表3），在本次改造中，我們采用低合金耐熱鋼16Mo3。

表2 16Mng、16Mo3化學(xué)成分對(duì)照表 %

表3 16Mng、16Mo3力學(xué)性能對(duì)照表

從表2和表3可知，新材料16Mo3與原材料相比，具有較好的高溫性能和抗熱蠕變性能，具有較高的耐熱強(qiáng)度，且無(wú)熱脆性，一般在正火和高溫回火后使用，具有良好的焊接性以及延展性。采用的專用焊接材料在室溫力學(xué)性能、高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能等方面與母材完全匹配，能確保焊接接頭性能，也具有良好的施焊性。

（2）加強(qiáng)對(duì)爐體的冷卻，控制其表面溫度，是延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐爐殼壽命的有效措施之一。在這次更換改造過(guò)程中，對(duì)2＃、3＃轉(zhuǎn)爐爐殼的爐帽部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，其方法是用角鋼倒扣焊接在冷卻錐形段，角鋼垂直布置，上、下分別與半圓管制作的集水管相通，垂直角鋼和集水管焊接在爐帽錐體上。為了加強(qiáng)冷卻效果，將冷卻通道分成若干組群，各組群串聯(lián)連接在供、排水管上，以改善冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，有效地對(duì)爐口法蘭、爐帽進(jìn)行冷卻。爐口采用4塊分體式球墨鑄鐵爐口，內(nèi)部作加強(qiáng)并埋管通水，循環(huán)水強(qiáng)制冷卻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用且不粘爐渣，維修方便。爐殼下半部分采用自然風(fēng)對(duì)其進(jìn)行冷卻，控制溫升變形。

（3）為有效控制托圈的塑性變形及開(kāi)裂現(xiàn)象，對(duì)托圈重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)內(nèi)部加強(qiáng)筋進(jìn)行了優(yōu)化，取消了原設(shè)計(jì)腹板上均布的散熱孔，同時(shí)冷卻方式由水冷改為風(fēng)冷，以改善托圈的冷熱交變所帶來(lái)的應(yīng)力集中，提高了其抗裂能力。

3.2 爐殼吊掛系統(tǒng)事故原因分析及改造方案

3.2.1 原因分析

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐吊掛系統(tǒng)近年來(lái)發(fā)生的事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其主要原因如下：①吊掛螺栓擰緊后兩球面不同心，自由度不足，徑向偏擺受阻，側(cè)向（或環(huán)向）無(wú)偏擺功能；②3＃轉(zhuǎn)爐3個(gè)球鉸懸掛裝置長(zhǎng)期以來(lái)一直調(diào)整不到一個(gè)比較合理的水平位置，阻礙了其正常功能的發(fā)揮；③爐殼整體受力不均勻，轉(zhuǎn)爐在出渣和出鋼時(shí)耳軸兩側(cè)聲音異常；④爐膛內(nèi)鋼水、鋼渣約重80t，擺動(dòng)很大，在出鋼、出渣時(shí)產(chǎn)生剪力、切力，得不到均衡釋放，造成水平支撐限位裝置開(kāi)焊或撕裂。

3.2.2 改造方案

通過(guò)對(duì)比，敲定了爐殼與托圈聯(lián)接的最終方案，變?cè)O(shè)計(jì)的上懸掛系統(tǒng)為下懸掛系統(tǒng)，選用了VAICON連桿吊掛系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。

圖5 轉(zhuǎn)爐VAI－CON連桿吊掛系統(tǒng)

這種下懸掛系統(tǒng)，取消了原設(shè)計(jì)中的承重板，使得爐殼整體重心下移，優(yōu)化了力學(xué)系統(tǒng)，降低了轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的負(fù)荷。該連桿吊掛系統(tǒng)由5組擺動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)組成，其中3組擺動(dòng)連桿安裝在托圈下部，用于吊掛爐體，另2組擺動(dòng)連桿水平放置在兩耳軸側(cè)的托圈下部。5組擺動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成轉(zhuǎn)爐爐體和托圈連接的力學(xué)靜定結(jié)構(gòu)。連桿自身只受拉力或壓力，無(wú)彎曲力矩；導(dǎo)向座將爐體橫向定位在托圈上。轉(zhuǎn)爐與托圈間連桿兩端裝有關(guān)節(jié)軸承，允許任何方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)銷將連桿分別連接到爐體外殼的銷座和托圈下翼的銷座。該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是不需維修，可無(wú)約束地吸收爐殼膨脹，設(shè)備傾動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊。

4 結(jié)束語(yǔ)

太鋼煉鋼二廠南區(qū)2＃、3＃轉(zhuǎn)爐爐殼改造工程于2012年8月順利實(shí)施，到目前為止運(yùn)行良好，是一例成功的改造工程。

［1］ 北龍二.轉(zhuǎn)爐爐體的長(zhǎng)壽化［J］.趙明濤，譯.國(guó)外鋼鐵，1990（3）：27－32.

［2］ Bone B，Brilich M.煉鋼轉(zhuǎn)爐的修復(fù)［J］.李昌源，譯.國(guó)外鋼鐵，1994（2）：25－30.