煉鋼轉爐托圈箱型構件焊接工藝方案的選擇

1托圈的更換優化托圈是鋼爐的承受裝置和傾斜裝置的重要組成部分。托圈系統的轉爐支撐部分是箱式結構的一部分。受高溫、重載、熱交變應力作用和爐殼外益鋼渣、鋼水的侵蝕,托圈扇形段出現焊肉開裂、局部嚴重燒損等影響安全生產的設備隱患,必須對托圈進行整體更換。更換下的托圈因兩耳軸組件(耳軸和耳軸塊)完好,且價值很高,應考慮重復利用;通過優化設計重新制作開裂燒損的托圈兩扇形段;通過傳動側耳軸切向鍵及大齒圈的拆卸,完成兩耳軸組件的加工修復,最后完成對兩扇形段和兩耳軸組件的組對和焊接,重新完成一個新托圈的制作。本文主要介紹托圈改造修復方案和改造修復過程中的技術創新點,托圈修復中兩耳軸同軸度和兩軸承定位尺寸的保證措施。2托圈扇形件安裝酒鋼50t煉鋼轉爐托圈結構如圖1所示,它由傳動側耳軸組件1、托圈扇形段Ⅰ2、非傳動側耳軸組件3、托圈扇形段Ⅱ4四大部分組成。傳動側耳軸組件由長耳軸和耳軸塊通過過盈配合及銷軸連接成一體;非傳動側耳軸組件由短耳軸和耳軸塊通過過盈配合及銷軸連接成一體;托圈扇形段由上、下蓋板和內、外弧板及加強筋焊成箱型結構;兩耳軸塊和兩扇形段通過組對后焊接連成整體。均勻分布在托圈扇形段上三處支座對爐殼起支撐和連接作用;托圈在全懸掛減速機的帶動下旋轉使爐殼傾動,以滿足煉鋼轉爐加料、冶煉、出渣、出鋼和修爐等工作需要。3轉爐壓板的重建和修復方案3.1氣割量的確定以耳軸塊中心線為基準,在耳軸塊外側單面留50mm的氣割量,參照原耳軸塊與兩扇形段焊口位置畫兩扇形段切割線,保護兩耳軸將扇形段用氣割方法在煉鋼現場進行解體。3.2傳動側軸系鉆孔加工法為方便傳動側耳軸組件加工修復和組對預裝,必須對傳動側軸系上大齒輪拆卸,為完成大齒輪拆卸需對大齒輪和傳動軸的連接件切向鍵進行拆除。為方便切向鍵拆除和大齒輪拆卸,在具有起吊條件的場地挖一個直徑Φ3.5m,深4m的地坑,在地坑上面鋪一張厚度大于40mm,外徑Φ4.6m,內經Φ2.8m的拆卸用鋼板。按圖2所示狀態將傳動側軸系放入地坑中。將Z35鉆床安放在大齒圈端面上,調整鉆床使鉆桿中心與傳動軸中心平行與軸端面垂直;按切向鍵拆卸加工圖在80mm寬的切向鍵結合縫處依次用Φ37×500mm、Φ37×900mm、Φ37×1400mm的加長鉆頭鉆兩個Φ37×1400mm的孔,以釋放切向鍵配合面上的力;同時按圖鉆兩個M52×80mm的螺紋底孔,用螺桿和千斤頂完成切向鍵的拆除。3.3安裝開放安裝的鋼板兩組切向鍵拆卸完成后,按圖3所示方案拆卸大齒圈。提前在大齒圈和軸的配合面加入機油進行滲漏。制作拆卸支架并與地坑上鋪設的拆卸鋼板可靠連接;用煤氣對大齒圈加熱到一定溫度后,在軸和拆卸支架之間用兩個500t的液壓千斤完成大齒輪的拆卸。3.4托圈扇形段對接焊縫的安裝托圈扇形段因開裂和燒損需重新設計制作。本次托圈扇形段設計制作時在以下三個方面進行了優化。第一,爐殼和托圈扇形段因受熱變形,在使用過程中出現爐殼和托圈扇形段因間隙變小而出現卡阻,影響到爐殼的正常擺動;在托圈扇形段優化設計時,在保證兩軸承定位尺寸不變的情況下,將托圈扇形段的內徑加大100mm。第二,原托圈扇形段和耳軸塊同一部位的焊縫位于同一截面且為對接焊縫;這種焊縫的開裂將嚴重威脅著托圈的使用安全,為此在托圈扇形段優化設計時將托圈扇形段和耳軸塊上下對接焊縫形式改進成插入式搭接形式,這樣四條焊縫不在同一截面(如圖4),保證了原托圈扇形段和耳軸塊的可靠連接。第三,為保證托圈扇形段與耳軸塊組對后內外豎坡口相吻合,采取先按圖尺寸畫線加工托圈扇形段的內外豎坡口,通過兩扇形段與兩耳軸塊預裝后以扇形段上已加工坡口為基準畫兩耳軸塊上的豎坡口,再加工耳軸塊上豎坡口的工藝方案。3.5密封組件的改造耳軸端部原密封采用堵板與耳軸塊焊接形式(如圖5),此密封形式在使用過程中會出現因堵板焊縫開裂而漏水的現象;為處理漏水,一方面需對爐殼開人孔,另一方面因耳軸材質合金含量高,可焊性差,不易焊接。為此,在耳軸組件修造時,對耳軸端部的密封改為圖5所示的雙重密封形式;內孔采用耐高溫的硅橡膠O形密封圈密封,法蘭平面采用密封膠加石棉密封板組合的密封形式,法蘭通過螺栓把合并采取了防松措施。密封法蘭裝配后,對密封效果進行壓力試驗,確保密封可靠。采用此密封結構后,修復的耳軸內側端部再未出現過漏水現象。3.6定位板及條件的安裝考慮傳動側耳軸在轉爐上的安裝方向,在煉鋼現場用板坯和44mm的鋼板搭建8m寬、11m長的平臺,在平臺上按圖6所示畫托圈的十字中心線、扇形段的內外圓線、兩耳軸上軸承的定位線等,在兩軸承的定位線上對稱取4點,測量兩對角線長度以驗證劃線的準確性。在扇形段和耳軸塊擺放位置布置墊鐵并用水平儀測量,通過調整使墊鐵處在同一水平面后與平臺點焊固定;為方便扇形段與耳軸塊下部仰焊縫的焊接,在焊縫位置將平臺鋼板割100×1000mm的長方孔;為方便兩耳軸組件快速擺放、定位、找正,在耳軸塊的兩側按劃線位置焊接定位板。首先先擺放兩耳軸組件,在耳軸定位線處用線錐測量、用千斤頂調整兩耳軸組件軸向位置,保證兩軸承定位尺寸后,將兩耳軸塊在軸向方向用定位塊定位。然后在耳軸中心拉鋼絲檢測,用千斤頂調整兩耳軸組件使其同心后,在兩耳軸組件的各端面上裝1mm的透光板,用激光準直儀觀測透光,透光合格后對兩耳軸組件進行加固。最后組對兩扇形段,通過調整保證耳軸塊與扇形段各焊接坡口吻合、內腔直徑合格。再檢測兩軸承位置尺寸和同軸度,確認后對扇形段和耳軸組件同時加固,以防止加熱和焊接過程中的變形。3.7托圈焊接應力為檢測焊接過程中兩耳軸同軸度的變化,在兩耳軸軸承部位各裝2塊百分表,同時在耳軸中心拉鋼絲,以隨時觀察和測量同軸度的變化。托圈屬超大超厚件,焊前采用電加熱方法對焊接部位進行預熱,預熱溫度150℃以上,焊接時將加熱帶掛在旁邊繼續加熱,停止焊接時將加熱帶再掛在焊縫處使焊縫保溫,以防止焊縫開裂。托圈焊接按定位焊、立焊、平焊和仰焊的順序進行。先對全部焊縫進行定位焊,焊縫長50mm,間距200mm,定位焊引弧端和熄弧端磨成緩坡形。為控制焊接過程中兩耳軸同軸度,對8條豎焊縫采用同時、同速焊接,每道焊接采取先焊中間,再焊兩端的退焊法,使之變形最小。立焊完成后可對平焊縫和仰焊縫同時進行焊接,也采用先焊中間后焊兩端的退焊法。托圈因焊量大,焊前加固等原因焊接應力很大;為防止在使用中應力釋放對耳軸同軸度和焊縫質量造成影響,必須對焊縫進行去應力退火處理。焊縫退火采用自動控制的電加熱裝置完成,最高溫度控制在600℃左右,保溫24小時以上。4耳軸塊與扇形段焊接破口與密封的加工1)切向鍵和大齒輪拆除方案的制定和實施,使切向鍵和大齒輪得以順利拆除,為傳動側耳軸重新修復利舊奠定了基礎。2)扇形段的優化設計,解決了托圈與爐殼間隙偏小問題;扇形段與耳軸塊插入式搭接方式,使扇形段與耳軸塊的連接更加安全可靠。3)耳軸端部密封結構形式改進,徹底解決了耳軸端漏水問題。4)耳軸塊焊接破口采取與扇形段預裝后畫線確定位置再加工的方案,確保了耳軸塊與扇形段焊接坡口相吻合。以耳軸中心線為基準,對稱畫耳軸塊1800兩面的加工線,加工1800mm兩面及與扇形段相搭接的1490mm臺結面;同時加工清理內孔的水垢,并按改進的耳軸端面密封形式,加工與法蘭配合的耳軸孔及螺孔。通過兩耳軸組件與兩扇形段的預裝,以扇形段上已加工坡口為基準確定耳軸塊的坡口線,之后在鏜床上按線加工耳軸塊的坡口。5)耳軸組件與扇形段劃線組對方案、同軸度調整方案及焊接工藝