轉爐本體設備安裝技術探討

　　摘要：本文在介紹了轉爐本體系統設備組成結構的基礎，闡述了轉爐本體設備安裝工程概況和安裝技術要求
　　關鍵詞：轉爐本體系統設備 組成結構 安全技術
　　中圖分類號：TU64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　1轉爐本體設備安裝概況
　　根據轉爐本體設備的特點和生產工藝要求，需要將轉爐本體設備安裝在加料跨和轉爐跨之間，兩跨之間的位置安裝困難，直接將設備吊裝就位沒有合適的行車，而且由于各部件尺寸龐大，重量可觀，需要采取適當的措施將各部件安裝就位。
　　根據設備各部件的特點，應先將爐體支撐系統的軸承座安裝就位，再安裝后續的托圈、爐殼、傾動裝置，以及本體附件[1]。安裝支撐軸承座相對簡單，使用汽車吊或行車結合手拉葫蘆，可以達到吊裝到位的目的，對于托圈、爐殼、傾動裝置等重量和尺寸較大的部件必須采用專用安裝設備，本文介紹的轉爐本體系統設備安裝，采用線外組裝、整體滑移就位。
　　
　　2轉爐本體系統設備結構
　　轉爐系統設備主要包括爐型、爐殼、爐體支撐及轉爐傾動機構。
　　2.1轉爐爐型
　　轉爐爐型是指用耐火材料砌成的爐襯內形。按金屬熔池形狀的不同，轉爐爐型可分為筒球型、錐球型和截錐型三種。筒球型爐型由一個球缺體和一個圓筒體組成，它的優點是爐型形狀簡單，砌筑方便爐殼制造容易。熔池內型比較接近金屬液循環流動的軌跡，在熔池直徑足夠大時，能保證在較大的供氧強度下吹煉而噴濺最小，也能保證有足夠的熔池深度，使爐襯有較高的壽命。大型轉爐多采用這種爐型。爐型的爐襯一般由工作層、填充層和永久層所構成。工作層是指直接與液體金屬、熔渣和爐氣接觸的內層爐襯，它要經受鋼、渣的沖刷、熔渣的化學侵蝕、高溫和溫度急變、物料沖擊等一系列作用。同時工作層不斷侵蝕，也將影響爐內化學反應的進行。因此，要求工作層在高溫下有足夠的強度，一定的化學穩定性和耐急冷急熱等性能。填充層介干工作層和永久層之間一般用散狀材料搗打而成，起到減輕內襯膨脹時對金屬爐殼產生的擠壓作用，拆爐時便于迅速拆除工作層，并避免永久層的損壞。永久層緊貼爐殼鋼板，修爐時一般不拆除，其主要作用是保護爐殼鋼板，該層用鎂磚砌成。
　　2.2轉爐爐殼
　　爐殼由爐帽、爐身、爐底組成，承受耐火材料、鋼液、渣液的全部重量，保持爐子有固定的形狀，傾動時承受扭轉力矩。爐殼制作時各部分用普通鍋爐鋼板或低合金鋼板成形后，再焊成整體。為了適應轉爐高溫作業頻繁的特點，爐殼有足夠的強度和剛度，在高溫下不變形在熱應力作用下不破裂，考慮到爐殼各部位受力的不均衡，爐帽、爐身、爐底應選用不同厚度鋼板。
　　爐帽部分的形狀有截頭圓錐體型和半球型兩種。半球型的剛度好但制造時需要做胎模，加工困難。而截頭圓錐體型制造簡單，但剛度稍差，一般用于30t以下的小轉爐。爐帽上設有出鋼口，在爐帽的頂部，現在普遍裝有水冷爐口，可防止爐口鋼板在高溫下變形，提高爐帽的壽命，另外它還可以減少爐口結清，而且即使結渣也較易清理。水冷爐口有水箱式和埋管式兩種結構。
　　爐身一般為圓筒形。它是整個轉爐爐殼受力最大的部分。轉爐的全部重量(包括鋼水、爐渣、爐襯、爐殼及附件的重量)，通過爐身和托圈的連接裝置傳遞到支承系統上并且它還要承受傾動力矩，因此用于爐身的鋼板要比爐帽和爐底適當厚些。爐身被托圈包圍部分的熱量不易散發，在該處易造成局部熱變形和破裂[2]。因此，應在爐殼與托圈內表面之間留有適當的間隙，以加強爐身與托圈之間的自然冷卻，防止或減少爐殼中部產生變形。爐帽與爐身也可以通水冷卻，以防止爐殼受熱變形延長其使用壽命。
　　爐底部分有截錐型和球缺型兩種。截錐型爐底制作和砌磚都較為簡便，但其強度不如球缺型好，適用于小型轉爐。爐底部分與爐身的聯接分為固定式與可拆式兩種。相應地，爐底結構也有死爐底和活爐底兩類。死爐底的爐殼，結構簡單、重量輕、造價低，使用可靠。但修爐時，必須采用上修。修爐勞動條件差、時間長，多用于小型轉爐。而活爐底采用下修爐方式，拆除爐底后爐襯冷卻決，拆襯容易因此修爐方便，勞動條件較好可以縮短修爐時間，提高勞動生產率，適用于大型轉爐。
　　2.3爐體支承系統
　　爐體支撐系統包括支承爐體的托圈、爐體和托圈的連接裝置，以及支承托圈的耳軸、耳軸軸承和軸承座等。托圈與耳軸聯接并通過耳軸坐落在軸承座上，轉爐則座落在托圈上轉爐爐體的全部重量通過支承系統傳遞到基礎上，而托圈又把傾動機構傳來的傾動力矩傳給爐體，并使其傾動。
　　托圈和耳軸是用以支承止體并傳遞轉矩的構件。對托圈來說，它在工作中除承受爐殼、爐襯、鋼水和自重等全部靜載荷外，還要承受由于頻繁啟動、制動所產生的動載荷和操作過程所引起的沖擊載荷，以及來自爐體、鋼包等熱輻射作用而引起的熱負荷。如果托圈采用水冷，則還要承受冷卻水對托圈的壓力。故托圈結構必須具有足夠的強度、剛度和韌性才能滿足轉爐生產的要求[3]。大、中型轉爐的托圈多采用箱形的鋼板焊接結構，為了增大剛度，中間加焊一定數量的直立筋板。這種結構的托圈受力狀況好，抗扭剛度大加工制造方便，還可通水冷卻，使水冷托圈的熱應力降低到非水冷托圈的1/3左右，考慮到機械加工和運輸的方便，大、中型轉爐的托圈通常做成兩段或四段的剖分式結構，然后在轉爐現場再用螺栓連接成整體。
　　轉爐的耳軸支承著爐體和托圈的全部重量并通過軸承座傳給地基，同時傾動機構低轉速的大扭矩又通過耳軸傳給托圈和轉爐耳軸要承受靜、動載荷產生的轉矩、彎曲和剪切的綜合負荷，轉爐兩側的耳軸都是階梯形圓柱體金屬部件。由于轉爐有時要正反轉動360度，而水冷爐口、爐帽和托圈等需要的冷卻水也必須連續地通過耳軸同時耳軸本身也需要水冷，因此耳軸是空心的。
　　爐體與托圈的連接裝置既要保證轉爐在所有的位置時，都能安全地支承全部工作負荷，且為轉爐爐體傳遞足夠的轉矩，還應能夠調節由于溫度變化而產生的軸向和徑向的位移，使其對爐殼產生的限制力最小，并能吸收或消除沖擊載荷，并能防止爐殼過度變形、使載荷在支承系統中均勻分布，同時還要考慮到結構型式上的簡單，易于安裝、調整和維護。目前已在轉爐上常用的支承系統是三支點連接結構形式的懸掛支承盤連接裝置，位于兩個耳軸位置的支點是基本承重支點，而在出鋼口對側，位于托圈下部與爐殼相連接的支點是一個傾動支承點。懸掛支承盤連接裝置的主要特征是爐體處于任何傾動位置，都始終保持托環與支承盤頂部的線接觸支承。同時在傾動過程中爐殼上的托環始終沿托圈上的支承盤滾動。所以這種連接裝置傾動過程平穩沒有沖擊。
　　轉爐耳軸軸承要支承爐殼、爐襯、金屬液和爐渣全部重量的部件。負荷大、轉速慢、溫度高、工作條件十分惡劣。為有效地克服滑動軸承磨損快、磨損大的缺點，在大中型轉爐上普偏采用了滾動軸承采用自動調心雙列圓柱滾子軸承，能補償耳軸由于托圈翹曲和制造安裝不準確而引起的不同心度和不平行度。
　　2.4轉爐傾動機構
　　傾動機構隨著氧氣轉爐煉鋼生產的發展也在不斷地發展和完善，出現了各種形式的傾動機構。傾動機構一般由電動機、制動器、一級減速器和末級減速器組成。就其傳動設備安裝位置或驅動方式的不同，可分為落地式傾動機構、半懸掛式傾動機構、全懸掛式傾動機構、液壓傳動的傾動機構四大類。
　　轉爐傾動機構的減速比大，轉爐的工作對象是高溫的液體金屬，在兌鐵水、出鋼等項操作時要求爐體能平穩地傾動和準確地停位。因此爐子采取很低的傾動速度，一般為0.1一1.5 r/min。為此.傾動機構必須具有很高的減速比，通常為700-1000。同時其傾動力矩大，啟動、制動頗繁，承受的動載荷較大。在整個冶煉周期中，要完成加廢鋼、兌鐵水、取樣、測溫、出鋼、出渣、補爐等一系列操作，這些都涉及到轉爐的啟、制動如原料中硅、磷含量高，吹煉過程中倒渣次數增加，則啟、制動操作就更加頻繁。另外，傾動機構除承受基本靜載荷的作用外，還要承受由于啟動、制動等引起的動載荷[4]。這種動載荷在爐口刮渣操作時其數值甚至達到靜載荷的兩倍以上。傾動機構工作是在高溫、多渣塵的環境中工作，環境十分惡劣。
　　
　　根據轉爐傾動機構的工作特點和操作工藝的需要，傾動機構在整個生產過程中，必須滿足工藝的需要。應能使爐體正反轉動360度，并能平穩而又準確地停在任一傾角位置上，以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、測溫、出鋼、倒渣、補爐等各項工藝操作的要求。并且要與氧槍、副槍、爐下鋼包車、煙罩等設備聯鎖。根據吹煉工藝的要求，轉爐應具有兩種以上的傾動速度。轉爐在出鋼、倒渣、人工測溫取樣時，要平穩緩慢地傾動以避免鋼、渣猛烈晃動甚至濺出爐口[5]。當轉爐空爐，或從水平位置搖直，或剛從垂直位置搖下時，均可用較高的傾動速度，以減少輔助時間。在接近預定位置時，采用低速傾動，以便停位準確并使爐液平穩。目前全懸掛式傾動機構在大型轉爐上廣泛應用。
　　
　　3轉爐本體設備安裝技術要求
　　3.1設備基礎驗收及中心投測
　　轉爐屬于重負荷設備，在設備安裝工程開始之前，首先應認真地對土建交付的設備基礎嚴格按有關標準進行驗收。驗收基礎時，首先要檢查和測量基礎中心線，表面標高，地腳螺栓中心，頂部標高以及埋設件、沉降觀測點等，均要進行逐項檢查。
　　3.2進場設備的檢查、驗收及檢驗、試驗要求
　　進入現場的設備包括托圈、爐體、傾動裝置等除進行常規的產品合格證明書及外觀檢查外，還應進行以下檢查、檢驗或試驗:
　　（1）整體進場的托圈應按設計文件要求進行水壓試驗和通水試驗，設計文件未規定時，試驗壓力應為設計壓力的1.25倍，在試驗壓力下，穩壓10min，再將實驗壓力降至工作壓力，保壓30min，以壓力不降，無滲漏為合格。通水試驗時進出水應暢通無阻，連續通水時間不少于24小時，無滲漏為合格。
　　（2）對托圈的組裝精度進行檢查，用經緯儀或掛線配合千分尺的檢查方法，以傳動側耳軸軸線為基準，托圈兩耳軸的同軸度偏差不超過1.5mm，用塞尺測量法蘭連接的托圈法蘭結合面，局部間隙不得超過0.05mm。
　　（3）爐體主要檢查焊縫的探傷記錄和熱處理記錄。水冷爐口必須按照技術文件的要求進行水壓試驗和通水試驗，設計文件未規定時，試驗壓力應為設計壓力的1.5倍，在試驗壓力下，穩壓10min，再將實驗壓力降至工作壓力，保壓30min，以壓力不降，無滲漏為合格。通水試驗時進出水應暢通無阻，連續通水時間不少于24小時，無滲漏為合格。
　　3.3耳軸軸承座安裝技術要求
　　轉爐支撐體系的所有重量都通過耳軸軸承座、軸承支座傳到基礎上，軸承座和軸承支座的安裝是安裝控制的重點之一，重要的控制項目、允許偏差和檢查方法均應制訂嚴格規范，嚴格執行。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1]王吉勤，李文.3000 t轉爐本體設備安裝[J].安裝，2005，(12).
　　[2]張益平.安裝轉爐托圈的新方法[J].鋼鐵研究學報，2006，(09).
　　[3]焉永剛，李志強，楊攆上.轉爐傾動裝置的改進[J].冶金設備，2003，(06).
　　[4]王勇，肖鵬，楊寧川，趙運鋒.我國大型轉爐煉鋼車間設備國產化問題的探討[J].鋼鐵技術，2007，(01).
　　[5]陳紹藩編著.鋼結構設計原理(第三版).北京:科學出版社，2005.