80噸轉(zhuǎn)爐改造的可行性分析

陳 亮

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部機(jī)動設(shè)備科，萊蕪 271104）

某鋼鐵工廠中80噸轉(zhuǎn)爐整體結(jié)構(gòu)為活爐底死爐帽結(jié)構(gòu)，爐身與爐底采用了可拆式聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行聯(lián)結(jié)，這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)爐在進(jìn)行修筑時使用了下修法進(jìn)行修筑，即爐襯磚是經(jīng)過爐身下方的方式進(jìn)入到爐內(nèi)進(jìn)行修筑?；顮t底死爐帽結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于它的砌造過程比較簡單，缺點是這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)爐爐殼下部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，重量較大。為更好地進(jìn)行安全生產(chǎn)，需要將80噸轉(zhuǎn)爐的活爐底改造成為死爐底，死爐底結(jié)構(gòu)具有重量較輕、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠等優(yōu)點。在進(jìn)行改造完畢后，轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)故障時需要使用上修法進(jìn)行修爐，即爐襯磚是經(jīng)過上爐口的方式進(jìn)入到爐內(nèi)進(jìn)行修筑。在進(jìn)行活爐底結(jié)構(gòu)改造成為死爐底結(jié)構(gòu)時，必須去除原爐殼下部區(qū)域內(nèi)的上、下吊座和銷釘，才能將爐身和爐底焊死，達(dá)到活爐底結(jié)構(gòu)改造成為死爐底結(jié)構(gòu)的目的。由于轉(zhuǎn)爐下部原本的上下吊座數(shù)量較多，重量也比較大，且所處位置和耳軸中心線距離較遠(yuǎn)，拆除上下吊座會對轉(zhuǎn)爐的傾動力矩和重心產(chǎn)生較大的影響，為保證在改造完成后，轉(zhuǎn)爐爐體重心穩(wěn)定，爐體結(jié)構(gòu)可靠耐用，能夠達(dá)到安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)正常運行，必須以改造后的爐體為藍(lán)本，建立起新爐、老爐、爐口存在結(jié)渣的老爐三種模型，計算分析其處于不同傾動角度下的傾動力矩與重心，從而更好地進(jìn)行轉(zhuǎn)爐爐體結(jié)構(gòu)改造[1]。

1 轉(zhuǎn)爐傾動力矩的計算

轉(zhuǎn)爐的傾動力矩可以分為三部分，分別是空爐力矩、耳軸摩擦力矩和爐液力矩。空爐力矩指的是爐體和爐襯在沒有爐液影響下，由自身重量引起的力矩；耳軸摩擦力矩指的是在轉(zhuǎn)爐進(jìn)行傾動時，耳軸上產(chǎn)生的摩擦力矩，力矩方向始終和爐體的傾動方向相反，大小基本不會發(fā)生改變；爐液力矩指的是由于爐內(nèi)鐵水和爐渣重量引起的力矩。利用三維設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計建模，繪制出80噸轉(zhuǎn)爐的爐襯和爐體裝配，在物理特性選項里對各自的構(gòu)成材料進(jìn)行定義，盡量貼合現(xiàn)實轉(zhuǎn)爐情況，軟件能夠?qū)t襯和爐體的質(zhì)量大小與重心位置直接計算出來，再將爐體模型和爐襯模型裝配在一起，就能對空爐的重心位置和質(zhì)量進(jìn)行確定。

將空爐的爐殼材料設(shè)定為Q345R，爐殼的密度為7850kg/m3，爐襯的材料設(shè)置為鎂碳磚，爐襯密度為2900kg/m3，在原有轉(zhuǎn)爐中，耳軸中心線和爐殼最低點的距離為3775mm，在進(jìn)行改造時，耳軸中心線和爐殼最低點的距離不變。在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐傾動力矩的計算時，以耳軸中心點為坐標(biāo)原點，將水平方向延長線作為X軸，豎直方向延長線作為Y軸，耳軸軸線延長線作為Z軸，建立起立體坐標(biāo)系。

空爐力矩的計算公式為Mk=mkg×L，式中Mk是空爐力矩，mk為空爐的質(zhì)量，g是重力加速度，L則是力臂。

爐液力矩的計算公式為Md=mdg×L，式中Md是空爐力矩，md為爐液的質(zhì)量，g是重力加速度，L則是力臂。其中，由于爐液是由鐵水和爐渣這兩部分組成的，鐵水的質(zhì)量為1.1×G，爐渣的質(zhì)量為0.15×G（G為平均出鋼量），爐液質(zhì)量為鐵水質(zhì)量與爐渣質(zhì)量之和。

計算耳軸摩擦力矩公式為M=±(mk+md+mi+mx)gud/2，式中M為摩擦力矩，mk空爐質(zhì)量，md是爐液質(zhì)量，取值為100t，mi是托圈質(zhì)量，mx是傾動裝置質(zhì)量，g為重力加速度，u為軸承的摩擦系數(shù)，d是耳軸軸承的直徑，耳軸的摩擦力矩方向和轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動方向一直保持相反[2]。

2 計算新爐的傾動力矩

利用三維模擬軟件，進(jìn)行模擬實驗設(shè)計，讓新爐的空爐與爐液繞著設(shè)計耳軸分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度每增加10°，對重心位置進(jìn)行一次記錄，根據(jù)實驗分析，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度增加到59.86°時，開始進(jìn)行出鋼，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度增加到96.17°時，開始進(jìn)行倒渣，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度增加到121.56°時，完成倒渣工作，將重心中的X軸坐標(biāo)作為力臂，當(dāng)傾動角度為0°時，空爐力矩為-33.2kN·m，爐液力矩為0kN·m，耳軸摩擦力矩為-33.2kN·m；當(dāng)傾動角度為20°時，空爐力矩為181.8kN·m，爐液力矩為351.3kN·m，耳軸摩擦力矩為533.1kN·m；當(dāng)傾動角度為59.86°時，空爐力矩為521.6kN·m，爐液力矩為563.3kN·m，耳軸摩擦力矩為1084.9kN·m；當(dāng)傾動角度為60°時，空爐力矩為522.2kN·m，爐液力矩為560.2kN·m，耳軸摩擦力矩為1082.4kN·m；當(dāng)傾動角度為80°時，空爐力矩為606.9kN·m，爐液力矩為170.3kN·m，耳軸摩擦力矩為777.2kN·m；當(dāng)傾動角度為100°時，空爐力矩為618.7kN·m，爐液力矩為-48.5kN·m，耳軸摩擦力矩570.2kN·m。由此可見，新爐的空爐力矩與爐液力矩合成力矩峰段出現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐傾動角度為60°時。

3 計算舊爐傾動力矩

根據(jù)上述的空爐力矩計算公式、爐液力矩計算公式以及耳軸摩擦力矩計算公式，使用三維建模計算進(jìn)行繪制，能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)傾動角度為0°時，空爐力矩為-32.5kN·m，爐液力矩為0kN·m，耳軸摩擦力矩為-32.5kN·m；當(dāng)傾動角度為20°時，空爐力矩為82.8kN·m，爐液力矩為407.1kN·m，耳軸摩擦力矩為489.9kN·m；當(dāng)傾動角度為65.3°時，空爐力矩為287.8kN·m，爐液力矩為782.9kN·m，耳軸摩擦力矩為1070.7kN·m；當(dāng)傾動角度為70°時，空爐力矩為287.8kN·m，爐液力矩為782.9kN·m，耳軸摩擦力矩為1070.7kN·m；當(dāng)傾動角度為90°時，空爐力矩為331.7kN·m，爐液力矩為31.6kN·m，耳軸摩擦力矩為363.3kN·m；當(dāng)傾動角度為100.23°時，空爐力矩為333.4kN·m，爐液力矩為-69.6kN·m，耳軸摩擦力矩為263.8kN·m；當(dāng)傾動角度為120°時，空爐力矩為303.4kN·m，爐液力矩為-0.9kN·m，耳軸摩擦力矩為302.5kN·m；由此可見舊爐的空爐力矩與爐液力矩合成力矩峰段出現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐傾動角度為60°時[3]。

4 計算爐口有結(jié)渣的舊爐傾動力矩

在日常的煉鋼生產(chǎn)過程中，由于高溫的影響，在爐口和擋渣板上總是會存在著大量的結(jié)渣，如果將爐口的結(jié)渣率作為6.25%，80噸轉(zhuǎn)爐的結(jié)渣重量為5噸，同時由于爐口的結(jié)渣和耳軸中心線距離較遠(yuǎn)，對于轉(zhuǎn)爐的傾動力矩和重心影響較大，因此在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐傾動力矩計算時，應(yīng)該將結(jié)渣加入到計算條件中，由于現(xiàn)實生產(chǎn)中，爐口結(jié)渣的位置不確定，只能進(jìn)行大概的估算，在進(jìn)行模擬演算時將結(jié)渣的位置放到爐口位置，即能夠?qū)D(zhuǎn)爐傾動力矩和重心產(chǎn)生最大影響的位置，進(jìn)行模擬計算，通過計算，能夠發(fā)現(xiàn)：當(dāng)傾動角度為0°時，空爐力矩為-32.6kN·m，爐液力矩為0kN·m，耳軸摩擦力矩為-32.6kN·m；當(dāng)傾動角度為20°時，空爐力矩為17.5kN·m，爐液力矩為407.1kN·m，耳軸摩擦力矩為424.6kN·m；當(dāng)傾動角度為65.3°時，空爐力矩為114.3kN·m，爐液力矩為782.9kN·m，耳軸摩擦力矩為897.2kN·m；當(dāng)傾動角度為70°時，空爐力矩為121.1kN·m，爐液力矩為625.5kN·m，耳軸摩擦力矩為746.6kN·m；當(dāng)傾動角度為90°時，空爐力矩為140.6kN·m，爐液力矩為31.6kN·m，耳軸摩擦力矩為172.3kN·m；當(dāng)傾動角度為100.23°時，空爐力矩為143.4kN·m，爐液力矩為-69.6kN·m，耳軸摩擦力矩為73.8kN·m；當(dāng)傾動角度為120°時，空爐力矩為138.1kN·m，爐液力矩為-0.9kN·m，耳軸摩擦力矩為137.2kN·m，因此可見，帶有爐口結(jié)渣舊爐的空爐力矩與爐液力矩合成力矩峰段出現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐傾動角度為60°時。

5 結(jié)語

利用全正力矩原則為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出爐體傾動力矩，通過三維建模軟件進(jìn)行模擬實驗，發(fā)現(xiàn)在不考慮爐口結(jié)渣的條件下，新爐模型與舊爐模型都適用于全正力矩原則，而有爐口結(jié)渣的舊爐模型無法適應(yīng)全正力矩原則。但由于模擬使用的是極限條件，所以可以將該80噸轉(zhuǎn)爐從活爐底改造為死爐底。為保證轉(zhuǎn)爐安全可靠運行，在進(jìn)行新轉(zhuǎn)爐的設(shè)計時需要在爐底設(shè)置配置處理，及時對已有轉(zhuǎn)爐進(jìn)行結(jié)渣清除，避免產(chǎn)生負(fù)力矩，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

[1]吳錦平，尹慶凱，趙大帥，等.80t轉(zhuǎn)爐改造的可行性分析[J].重型機(jī)械，2014，12（1）：90-94..

[2]時慧斌.淺析新技術(shù)在轉(zhuǎn)爐改造中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化，2014，12（5）：183-184.

[3]花少奎.煉鋼轉(zhuǎn)爐安裝施工工藝[J].城市建設(shè)理論研究，

2014，5（12）：26-28.