炼钢转炉托圈箱型构件焊接工艺方案的选择

炼钢转炉托圈箱型构件焊接工艺方案的选择

1托圈的更换优化托圈是钢炉的承受装置和倾斜装置的重要组成部分。托圈系统的转炉支撑部分是箱式结构的一部分。受高温、重载、热交变应力作用和炉壳外益钢渣、钢水的侵蚀,托圈扇形段出现焊肉开裂、局部严重烧损等影响安全生产的设备隐患,必须对托圈进行整体更换。更换下的托圈因两耳轴组件(耳轴和耳轴块)完好,且价值很高,应考虑重复利用;通过优化设计重新制作开裂烧损的托圈两扇形段;通过传动侧耳轴切向键及大齿圈的拆卸,完成两耳轴组件的加工修复,最后完成对两扇形段和两耳轴组件的组对和焊接,重新完成一个新托圈的制作。本文主要介绍托圈改造修复方案和改造修复过程中的技术创新点,托圈修复中两耳轴同轴度和两轴承定位尺寸的保证措施。2托圈扇形件安装酒钢50t炼钢转炉托圈结构如图1所示,它由传动侧耳轴组件1、托圈扇形段Ⅰ2、非传动侧耳轴组件3、托圈扇形段Ⅱ4四大部分组成。传动侧耳轴组件由长耳轴和耳轴块通过过盈配合及销轴连接成一体;非传动侧耳轴组件由短耳轴和耳轴块通过过盈配合及销轴连接成一体;托圈扇形段由上、下盖板和内、外弧板及加强筋焊成箱型结构;两耳轴块和两扇形段通过组对后焊接连成整体。均匀分布在托圈扇形段上三处支座对炉壳起支撑和连接作用;托圈在全悬挂减速机的带动下旋转使炉壳倾动,以满足炼钢转炉加料、冶炼、出渣、出钢和修炉等工作需要。3转炉压板的重建和修复方案3.1气割量的确定以耳轴块中心线为基准,在耳轴块外侧单面留50mm的气割量,参照原耳轴块与两扇形段焊口位置画两扇形段切割线,保护两耳轴将扇形段用气割方法在炼钢现场进行解体。3.2传动侧轴系钻孔加工法为方便传动侧耳轴组件加工修复和组对预装,必须对传动侧轴系上大齿轮拆卸,为完成大齿轮拆卸需对大齿轮和传动轴的连接件切向键进行拆除。为方便切向键拆除和大齿轮拆卸,在具有起吊条件的场地挖一个直径Φ3.5m,深4m的地坑,在地坑上面铺一张厚度大于40mm,外径Φ4.6m,内经Φ2.8m的拆卸用钢板。按图2所示状态将传动侧轴系放入地坑中。将Z35钻床安放在大齿圈端面上,调整钻床使钻杆中心与传动轴中心平行与轴端面垂直;按切向键拆卸加工图在80mm宽的切向键结合缝处依次用Φ37×500mm、Φ37×900mm、Φ37×1400mm的加长钻头钻两个Φ37×1400mm的孔,以释放切向键配合面上的力;同时按图钻两个M52×80mm的螺纹底孔,用螺杆和千斤顶完成切向键的拆除。3.3安装开放安装的钢板两组切向键拆卸完成后,按图3所示方案拆卸大齿圈。提前在大齿圈和轴的配合面加入机油进行渗漏。制作拆卸支架并与地坑上铺设的拆卸钢板可靠连接;用煤气对大齿圈加热到一定温度后,在轴和拆卸支架之间用两个500t的液压千斤完成大齿轮的拆卸。3.4托圈扇形段对接焊缝的安装托圈扇形段因开裂和烧损需重新设计制作。本次托圈扇形段设计制作时在以下三个方面进行了优化。第一,炉壳和托圈扇形段因受热变形,在使用过程中出现炉壳和托圈扇形段因间隙变小而出现卡阻,影响到炉壳的正常摆动;在托圈扇形段优化设计时,在保证两轴承定位尺寸不变的情况下,将托圈扇形段的内径加大100mm。第二,原托圈扇形段和耳轴块同一部位的焊缝位于同一截面且为对接焊缝;这种焊缝的开裂将严重威胁着托圈的使用安全,为此在托圈扇形段优化设计时将托圈扇形段和耳轴块上下对接焊缝形式改进成插入式搭接形式,这样四条焊缝不在同一截面(如图4),保证了原托圈扇形段和耳轴块的可靠连接。第三,为保证托圈扇形段与耳轴块组对后内外竖坡口相吻合,采取先按图尺寸画线加工托圈扇形段的内外竖坡口,通过两扇形段与两耳轴块预装后以扇形段上已加工坡口为基准画两耳轴块上的竖坡口,再加工耳轴块上竖坡口的工艺方案。3.5密封组件的改造耳轴端部原密封采用堵板与耳轴块焊接形式(如图5),此密封形式在使用过程中会出现因堵板焊缝开裂而漏水的现象;为处理漏水,一方面需对炉壳开人孔,另一方面因耳轴材质合金含量高,可焊性差,不易焊接。为此,在耳轴组件修造时,对耳轴端部的密封改为图5所示的双重密封形式;内孔采用耐高温的硅橡胶O形密封圈密封,法兰平面采用密封胶加石棉密封板组合的密封形式,法兰通过螺栓把合并采取了防松措施。密封法兰装配后,对密封效果进行压力试验,确保密封可靠。采用此密封结构后,修复的耳轴内侧端部再未出现过漏水现象。3.6定位板及条件的安装考虑传动侧耳轴在转炉上的安装方向,在炼钢现场用板坯和44mm的钢板搭建8m宽、11m长的平台,在平台上按图6所示画托圈的十字中心线、扇形段的内外圆线、两耳轴上轴承的定位线等,在两轴承的定位线上对称取4点,测量两对角线长度以验证划线的准确性。在扇形段和耳轴块摆放位置布置垫铁并用水平仪测量,通过调整使垫铁处在同一水平面后与平台点焊固定;为方便扇形段与耳轴块下部仰焊缝的焊接,在焊缝位置将平台钢板割100×1000mm的长方孔;为方便两耳轴组件快速摆放、定位、找正,在耳轴块的两侧按划线位置焊接定位板。首先先摆放两耳轴组件,在耳轴定位线处用线锥测量、用千斤顶调整两耳轴组件轴向位置,保证两轴承定位尺寸后,将两耳轴块在轴向方向用定位块定位。然后在耳轴中心拉钢丝检测,用千斤顶调整两耳轴组件使其同心后,在两耳轴组件的各端面上装1mm的透光板,用激光准直仪观测透光,透光合格后对两耳轴组件进行加固。最后组对两扇形段,通过调整保证耳轴块与扇形段各焊接坡口吻合、内腔直径合格。再检测两轴承位置尺寸和同轴度,确认后对扇形段和耳轴组件同时加固,以防止加热和焊接过程中的变形。3.7托圈焊接应力为检测焊接过程中两耳轴同轴度的变化,在两耳轴轴承部位各装2块百分表,同时在耳轴中心拉钢丝,以随时观察和测量同轴度的变化。托圈属超大超厚件,焊前采用电加热方法对焊接部位进行预热,预热温度150℃以上,焊接时将加热带挂在旁边继续加热,停止焊接时将加热带再挂在焊缝处使焊缝保温,以防止焊缝开裂。托圈焊接按定位焊、立焊、平焊和仰焊的顺序进行。先对全部焊缝进行定位焊,焊缝长50mm,间距200mm,定位焊引弧端和熄弧端磨成缓坡形。为控制焊接过程中两耳轴同轴度,对8条竖焊缝采用同时、同速焊接,每道焊接采取先焊中间,再焊两端的退焊法,使之变形最小。立焊完成后可对平焊缝和仰焊缝同时进行焊接,也采用先焊中间后焊两端的退焊法。托圈因焊量大,焊前加固等原因焊接应力很大;为防止在使用中应力释放对耳轴同轴度和焊缝质量造成影响,必须对焊缝进行去应力退火处理。焊缝退火采用自动控制的电加热装置完成,最高温度控制在600℃左右,保温24小时以上。4耳轴块与扇形段焊接破口与密封的加工1)切向键和大齿轮拆除方案的制定和实施,使切向键和大齿轮得以顺利拆除,为传动侧耳轴重新修复利旧奠定了基础。2)扇形段的优化设计,解决了托圈与炉壳间隙偏小问题;扇形段与耳轴块插入式搭接方式,使扇形段与耳轴块的连接更加安全可靠。3)耳轴端部密封结构形式改进,彻底解决了耳轴端漏水问题。4)耳轴块焊接破口采取与扇形段预装后画线确定位置再加工的方案,确保了耳轴块与扇形段焊接坡口相吻合。以耳轴中心线为基准,对称画耳轴块1800两面的加工线,加工1800mm两面及与扇形段相搭接的1490mm台结面;同时加工清理内孔的水垢,并按改进的耳轴端面密封形式,加工与法兰配合的耳轴孔及螺孔。通过两耳轴组件与两扇形段的预装,以扇形段上已加工坡口为基准确定耳轴块的坡口线,之后在镗床上按线加工耳轴块的坡口。5)耳轴组件与扇形段划线组对方案、同轴度调整方案及焊接工艺