120轉爐托圈工藝設計與制造

120轉爐托圈工藝設計與制造

1現(xiàn)代鐵爐產能力為了充分利用第三代邯鄲鋼的車間和設備資源，提高第三邯鄲鋼的轉爐生產能力，邯鄲鋼在第三車間增加了120噸轉爐（4號轉爐）。其中，120噸轉爐由安裝在第三部分的邯鋼設備制成和制造，2005年3月在現(xiàn)場安裝。2005年6月3日投產,并實現(xiàn)了當月投產,當月達產的目標。2托圈的強度和剛度是影響其振動的重要因素之一轉爐托圈是轉爐系統(tǒng)的重要設備,承受爐殼、爐襯、鋼水和自重等全部靜負荷,承受頻繁啟、制動所產生的動負荷和操作過程的沖擊負荷,以及來自爐體、鋼包等熱輻射作用而引起托圈在徑向、圓周和軸向存在溫度梯度而產生的熱負荷。因此,托圈要有足夠的強度和剛度,承載重量要大,達到支撐爐體、傳動傾動力矩的作用。轉爐托圈各種拼接縫的焊接和焊后熱處理工藝均較為復雜,制造工序環(huán)節(jié)多,難度大。2.1一般制作轉爐支撐圈有以下方法1托圈或馬蹄形一般<30t的轉爐,可以采用鑄造方法,結構簡單。托圈做成半圓形(或馬蹄形),爐體通過三點支撐在托圈上。當三個軸乘上蓋拆開后,整個爐體可以從爐座中退出,便于快速更換爐體。2整體護理圈整體托圈既把托圈焊成整體。31解剖剖分托圈既把托圈制造成兩段或四段,采用法蘭熱裝螺栓聯(lián)接,或采用現(xiàn)場焊接。剖分面越少越好。大型托圈多數(shù)做成剖分式。2.21轉爐托圈材質改造1)原圖紙要求托圈制成兩部分,通過法蘭、螺栓斜聯(lián)接。托圈耳軸同軸度難以保證,還需增加8條焊口,造成應力集中,增加熱處理的難度。2)原圖紙設計轉爐托圈材質為16Mn,研究表明:16Mn制造托圈,因材質問題,質量很難保證,經(jīng)與相關單位研究,結合現(xiàn)場生產實際,對轉爐托圈材質進行了重新設計,由16Mn改為20g。3)采用箱體剖分制造托圈結構。這種大型托圈本公司首次制造,不論是制造方案的設計選擇,還是制造工藝難度都很大,要有創(chuàng)新工藝點。3焊縫質量檢測要求1)焊縫的組對間隙允許偏差為±1mm。對口錯邊量允許偏差±2mm。2)托圈直徑允許偏差為±5mm,最大直徑和最小直徑差值允許偏差為10mm。托圈高度允許偏差為±5mm。3)焊縫的表面不許存在氣孔、裂紋、夾渣、咬邊等缺陷,各種焊縫尺寸均應符合圖紙及相關標準的規(guī)定。4)所有要求焊透的焊縫均要求做超聲波探傷檢驗,探傷比例100%,焊縫質量檢測等級為1級。5)坡口角度允許偏差為±5°。6)焊后退火處理,消除熱應力。7)內腔進行水壓試驗,壓力為2MPa,保壓30min,不得泄漏。8)加工時,必須保證Ф100H8的同軸度Ф0.06。Ф100H8必須與耳軸配制,必須保證過盈量為(0.91～1.06)。9)兩耳軸Ф850K6同軸度在全長內為1.0。裝配兩側耳軸時應注意其通風孔位置,不得錯位。兩側耳軸裝配完后,應預熱焊接,焊后局部退火處理。4圈材質的確定轉爐托圈構件參數(shù)如表1所示。轉爐托圈材質為20g,數(shù)量1件。長耳軸和短耳軸材質為34CrMo,數(shù)量各1件。耳軸板材質為20MnMo,數(shù)量2件。5送料制造工藝120t轉爐(4號轉爐)托圈、托圈耳軸板、托圈耳軸制造工藝流程框圖如圖1、圖2、圖3所示。5.1零件編碼、下料托圈制造分四個單元(段)放樣下料,考慮到鋼板卷制時壓頭余量,編出零件編號,采用數(shù)控切割機下料。在鋼板卷制前,必須嚴格校對卡弧樣板尺寸編號,防止內外側卡弧樣板混用。鋼板卷制完成后,將鋼板壓頭割掉,準備制備坡口。5.2坡口加工和金屬光澤坡口制備是制造托圈的一項關鍵性技術,是保證焊接接口是否牢固、能否滿足產品質量要求的關鍵。按圖紙要求制備坡口,耳軸處四塊δ100厚內外側立板坡口機械加工,其它焊接坡口用半制動氧-乙炔切割加工。將其表面0.5mm厚的碳化層磨掉,坡口每邊30～50mm范圍內的油污、鐵銹、熔渣及其它雜物清除干凈至磨出金屬光澤,切割表面無裂紋、夾渣、分層和大于1mm的鐵棱。檢驗合格后,進入焊接工序。5.3托圈焊縫,2級焊接焊接是保證轉爐托圈質量的關鍵工序。焊接電弧和熔池金屬溫度高,如果焊接電弧和熔池直接暴露在大氣中,高溫電弧的熔滴和處于熔池中的液態(tài)金屬會與大氣發(fā)生冶金反應。使元素氧化和氮化,還有大量的金屬蒸發(fā)。焊接熔池冷卻快,使熔池中的氣體、氧化物、氮化物等來不及向外排出而保留在焊縫金屬中,形成氣孔、夾渣和裂紋。使鋼的機械性能、特別是塑性和沖擊韌性下降。由于托圈焊縫布置復雜,焊接工程量大,因此,采用質量好、效率高的二氧化碳氣體保護半自動焊的焊接方法,配合手工電弧焊接。焊條必須經(jīng)350～450℃烘干,保溫2小時,使用時放在100℃保溫桶里,隨用隨取。120t轉爐托圈被分成了四個單元,即1、3單元為托圈兩側部分,2、4單元為兩耳軸側部分。同時在平臺上進行分段焊接。分段焊接步驟如下:①設置下蓋板位置并焊接;②對焊內外側立板;③對焊上蓋板;④非耳軸側開兩個Ф600人孔;⑤安裝耳軸板并焊接;⑥焊接隔板、立管。保證轉爐托圈內徑尺寸6800mm是轉爐托圈制造的一項關鍵性技術,托圈的焊接變形是難免的,必須測算出焊縫收縮變形的范圍,放大托圈的直徑范圍3～5mm,保證轉爐托圈內徑尺寸6800mm,滿足設備裝配的要求。5.4焊接過程中層間溫度的測定將四個單元組成整體,經(jīng)檢驗合格后,同時對8條焊縫進行焊接。殼體焊縫焊前經(jīng)150℃預熱,焊接過程中保持180℃的層間溫度。轉爐托圈的焊接,重要的焊縫經(jīng)過了焊接工藝評定,確定焊接工藝的合理性和各種工藝參數(shù)。5.5渣氣聯(lián)合保護方式對熔池和電弧區(qū)域進行保護,利用熔渣和氣體使焊接熔池和電弧與空氣隔絕,防止空氣進入。手工電弧焊接和二氧化碳氣體保護半自動焊的焊接均采用渣氣聯(lián)合保護方式。而以熔渣保護為主。對焊接熔池進行脫氧和脫硫。這主要通過合金焊條來實現(xiàn)冶金處理,保證達到脫氧和脫硫的目的。在焊接過程中,由于采用了渣氣聯(lián)合保護和冶金處理,焊縫的冷卻速度較快,形成了細小的晶粒,焊縫的機械性能不低于母材。5.6局部熱處理先對四個單元分別進行整體熱處理,在托圈整體組裝焊接完成后,對其接口部位的焊縫局部熱處理,均采用電加熱退火。退火溫度曲線如圖4所示。當溫度上升到300℃以后,以45℃/小時的速度將溫度升到625℃,然后保溫6小時,在以50℃/小時的速度將溫度降到300℃,進行空冷至常溫。5.7轉爐托圈的安裝由于轉爐托圈超重、超寬、超長、較高,無法在廠房內加工,只能在戶外加工,不宜經(jīng)常起吊和移動。所以,只能固定轉爐托圈不動,把廠房內的C650臥式車床主軸箱拆下,移到戶外安裝,主軸箱固定在外置平臺上,以鋼絲為基準,3m長度允差為0.1mm,調整銑頭高度加工尺寸,進行三支座面的加工。120t轉爐托圈機加工的部位有:5.7.1旋轉爐托圈加工兩耳軸孔直徑1m,表面光潔度為6,同軸度要求為0.2mm,耳軸孔加工長度為780+80mm。由于兩耳軸孔間距大(8m),需分別加工,兩耳軸孔同軸度的加工是關鍵技術。實際加工中專門設計了找正輔具,找正精度達到了0.01mm,實際加工的同軸度遠遠高于要求的同軸度。這就保證了轉爐托圈的使用壽命。保證了產品質量。刀具是軸向橫移運動與軸向旋轉運動。端面加工采用溜板固定在刀臺上,溜板刀架平移旋轉實現(xiàn)加工,進給采用手動進給。刀具是徑向運動與軸向旋轉運動。5.7.2銑頭垂直和橫移運動設計頂面上三支座面的平行度要求為0.5mm。平面度要求為0.05mm。由于支座面各面相互垂直,高低不等,間距較大(3.5m),采用銑頭垂直和橫移運動實現(xiàn)加工。平面度控制在0.05mm以內,這也是機加工的關鍵技術。6兩側耳軸的裝配將加工好的耳軸與轉爐托圈配套安裝,兩耳軸Ф850K6同軸度在全長內為1.0。裝配兩側耳軸時應注意其通風孔位置,不得錯位。兩側耳軸裝配完后,預熱焊接,焊后局部退火處理。轉爐托圈表面的焊割點用砂輪打磨平整。成品檢驗的關鍵是對焊縫進行檢驗。轉爐托圈焊縫采用了超聲波探傷檢驗。對機加工件、轉爐