120转炉托圈工艺设计与制造

120转炉托圈工艺设计与制造

1现代铁炉产能力为了充分利用第三代邯郸钢的车间和设备资源，提高第三邯郸钢的转炉生产能力，邯郸钢在第三车间增加了120吨转炉（4号转炉）。其中，120吨转炉由安装在第三部分的邯钢设备制成和制造，2005年3月在现场安装。2005年6月3日投产,并实现了当月投产,当月达产的目标。2托圈的强度和刚度是影响其振动的重要因素之一转炉托圈是转炉系统的重要设备,承受炉壳、炉衬、钢水和自重等全部静负荷,承受频繁启、制动所产生的动负荷和操作过程的冲击负荷,以及来自炉体、钢包等热辐射作用而引起托圈在径向、圆周和轴向存在温度梯度而产生的热负荷。因此,托圈要有足够的强度和刚度,承载重量要大,达到支撑炉体、传动倾动力矩的作用。转炉托圈各种拼接缝的焊接和焊后热处理工艺均较为复杂,制造工序环节多,难度大。2.1一般制作转炉支撑圈有以下方法1托圈或马蹄形一般<30t的转炉,可以采用铸造方法,结构简单。托圈做成半圆形(或马蹄形),炉体通过三点支撑在托圈上。当三个轴乘上盖拆开后,整个炉体可以从炉座中退出,便于快速更换炉体。2整体护理圈整体托圈既把托圈焊成整体。31解剖剖分托圈既把托圈制造成两段或四段,采用法兰热装螺栓联接,或采用现场焊接。剖分面越少越好。大型托圈多数做成剖分式。2.21转炉托圈材质改造1)原图纸要求托圈制成两部分,通过法兰、螺栓斜联接。托圈耳轴同轴度难以保证,还需增加8条焊口,造成应力集中,增加热处理的难度。2)原图纸设计转炉托圈材质为16Mn,研究表明:16Mn制造托圈,因材质问题,质量很难保证,经与相关单位研究,结合现场生产实际,对转炉托圈材质进行了重新设计,由16Mn改为20g。3)采用箱体剖分制造托圈结构。这种大型托圈本公司首次制造,不论是制造方案的设计选择,还是制造工艺难度都很大,要有创新工艺点。3焊缝质量检测要求1)焊缝的组对间隙允许偏差为±1mm。对口错边量允许偏差±2mm。2)托圈直径允许偏差为±5mm,最大直径和最小直径差值允许偏差为10mm。托圈高度允许偏差为±5mm。3)焊缝的表面不许存在气孔、裂纹、夹渣、咬边等缺陷,各种焊缝尺寸均应符合图纸及相关标准的规定。4)所有要求焊透的焊缝均要求做超声波探伤检验,探伤比例100%,焊缝质量检测等级为1级。5)坡口角度允许偏差为±5°。6)焊后退火处理,消除热应力。7)内腔进行水压试验,压力为2MPa,保压30min,不得泄漏。8)加工时,必须保证Ф100H8的同轴度Ф0.06。Ф100H8必须与耳轴配制,必须保证过盈量为(0.91～1.06)。9)两耳轴Ф850K6同轴度在全长内为1.0。装配两侧耳轴时应注意其通风孔位置,不得错位。两侧耳轴装配完后,应预热焊接,焊后局部退火处理。4圈材质的确定转炉托圈构件参数如表1所示。转炉托圈材质为20g,数量1件。长耳轴和短耳轴材质为34CrMo,数量各1件。耳轴板材质为20MnMo,数量2件。5送料制造工艺120t转炉(4号转炉)托圈、托圈耳轴板、托圈耳轴制造工艺流程框图如图1、图2、图3所示。5.1零件编码、下料托圈制造分四个单元(段)放样下料,考虑到钢板卷制时压头余量,编出零件编号,采用数控切割机下料。在钢板卷制前,必须严格校对卡弧样板尺寸编号,防止内外侧卡弧样板混用。钢板卷制完成后,将钢板压头割掉,准备制备坡口。5.2坡口加工和金属光泽坡口制备是制造托圈的一项关键性技术,是保证焊接接口是否牢固、能否满足产品质量要求的关键。按图纸要求制备坡口,耳轴处四块δ100厚内外侧立板坡口机械加工,其它焊接坡口用半制动氧-乙炔切割加工。将其表面0.5mm厚的碳化层磨掉,坡口每边30～50mm范围内的油污、铁锈、熔渣及其它杂物清除干净至磨出金属光泽,切割表面无裂纹、夹渣、分层和大于1mm的铁棱。检验合格后,进入焊接工序。5.3托圈焊缝,2级焊接焊接是保证转炉托圈质量的关键工序。焊接电弧和熔池金属温度高,如果焊接电弧和熔池直接暴露在大气中,高温电弧的熔滴和处于熔池中的液态金属会与大气发生冶金反应。使元素氧化和氮化,还有大量的金属蒸发。焊接熔池冷却快,使熔池中的气体、氧化物、氮化物等来不及向外排出而保留在焊缝金属中,形成气孔、夹渣和裂纹。使钢的机械性能、特别是塑性和冲击韧性下降。由于托圈焊缝布置复杂,焊接工程量大,因此,采用质量好、效率高的二氧化碳气体保护半自动焊的焊接方法,配合手工电弧焊接。焊条必须经350～450℃烘干,保温2小时,使用时放在100℃保温桶里,随用随取。120t转炉托圈被分成了四个单元,即1、3单元为托圈两侧部分,2、4单元为两耳轴侧部分。同时在平台上进行分段焊接。分段焊接步骤如下:①设置下盖板位置并焊接;②对焊内外侧立板;③对焊上盖板;④非耳轴侧开两个Ф600人孔;⑤安装耳轴板并焊接;⑥焊接隔板、立管。保证转炉托圈内径尺寸6800mm是转炉托圈制造的一项关键性技术,托圈的焊接变形是难免的,必须测算出焊缝收缩变形的范围,放大托圈的直径范围3～5mm,保证转炉托圈内径尺寸6800mm,满足设备装配的要求。5.4焊接过程中层间温度的测定将四个单元组成整体,经检验合格后,同时对8条焊缝进行焊接。壳体焊缝焊前经150℃预热,焊接过程中保持180℃的层间温度。转炉托圈的焊接,重要的焊缝经过了焊接工艺评定,确定焊接工艺的合理性和各种工艺参数。5.5渣气联合保护方式对熔池和电弧区域进行保护,利用熔渣和气体使焊接熔池和电弧与空气隔绝,防止空气进入。手工电弧焊接和二氧化碳气体保护半自动焊的焊接均采用渣气联合保护方式。而以熔渣保护为主。对焊接熔池进行脱氧和脱硫。这主要通过合金焊条来实现冶金处理,保证达到脱氧和脱硫的目的。在焊接过程中,由于采用了渣气联合保护和冶金处理,焊缝的冷却速度较快,形成了细小的晶粒,焊缝的机械性能不低于母材。5.6局部热处理先对四个单元分别进行整体热处理,在托圈整体组装焊接完成后,对其接口部位的焊缝局部热处理,均采用电加热退火。退火温度曲线如图4所示。当温度上升到300℃以后,以45℃/小时的速度将温度升到625℃,然后保温6小时,在以50℃/小时的速度将温度降到300℃,进行空冷至常温。5.7转炉托圈的安装由于转炉托圈超重、超宽、超长、较高,无法在厂房内加工,只能在户外加工,不宜经常起吊和移动。所以,只能固定转炉托圈不动,把厂房内的C650卧式车床主轴箱拆下,移到户外安装,主轴箱固定在外置平台上,以钢丝为基准,3m长度允差为0.1mm,调整铣头高度加工尺寸,进行三支座面的加工。120t转炉托圈机加工的部位有:5.7.1旋转炉托圈加工两耳轴孔直径1m,表面光洁度为6,同轴度要求为0.2mm,耳轴孔加工长度为780+80mm。由于两耳轴孔间距大(8m),需分别加工,两耳轴孔同轴度的加工是关键技术。实际加工中专门设计了找正辅具,找正精度达到了0.01mm,实际加工的同轴度远远高于要求的同轴度。这就保证了转炉托圈的使用寿命。保证了产品质量。刀具是轴向横移运动与轴向旋转运动。端面加工采用溜板固定在刀台上,溜板刀架平移旋转实现加工,进给采用手动进给。刀具是径向运动与轴向旋转运动。5.7.2铣头垂直和横移运动设计顶面上三支座面的平行度要求为0.5mm。平面度要求为0.05mm。由于支座面各面相互垂直,高低不等,间距较大(3.5m),采用铣头垂直和横移运动实现加工。平面度控制在0.05mm以内,这也是机加工的关键技术。6两侧耳轴的装配将加工好的耳轴与转炉托圈配套安装,两耳轴Ф850K6同轴度在全长内为1.0。装配两侧耳轴时应注意其通风孔位置,不得错位。两侧耳轴装配完后,预热焊接,焊后局部退火处理。转炉托圈表面的焊割点用砂轮打磨平整。成品检验的关键是对焊缝进行检验。转炉托圈焊缝采用了超声波探伤检验。对机加工件、转炉