轉(zhuǎn)爐耳軸裂紋原因分析與修復(fù)

薛 鵬

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司機(jī)械動(dòng)力部，山東 萊蕪 271104)

一、設(shè)備狀況

萊鋼銀山型鋼有限公司有3座100t轉(zhuǎn)爐。2010年發(fā)現(xiàn)3#轉(zhuǎn)爐傳動(dòng)側(cè)和非傳動(dòng)側(cè)耳軸出現(xiàn)裂紋，造成重大設(shè)備隱患，之后又對(duì)1#、2#、3#轉(zhuǎn)爐表面著色滲透探傷、超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)1#～3#轉(zhuǎn)爐耳軸均存在裂紋且急劇惡化，必須停產(chǎn)修復(fù)。而更換轉(zhuǎn)爐耳軸的工期長(zhǎng)，工程量大，損失大。

3＃轉(zhuǎn)爐耳軸裂紋有4道較嚴(yán)重，間距200mm，其中一道長(zhǎng)300mm，已延伸到耳軸軸承內(nèi)部，且正在急劇惡化。1＃轉(zhuǎn)爐、2＃轉(zhuǎn)爐的耳軸裂紋也較為嚴(yán)重。目前，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐耳軸出現(xiàn)裂紋后基本都采用整體更換，尚未有現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)。

二、原因分析

1.化驗(yàn)取樣

在3#轉(zhuǎn)爐耳軸修復(fù)前，對(duì)材質(zhì)進(jìn)行的取樣分析結(jié)果如下。

(1)硬度檢測(cè)

①傳動(dòng)側(cè)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1

表2

如表1、2所示：裂紋處硬度比非裂紋處高，并高于原設(shè)計(jì)硬度(241～269HB)，最高處達(dá)338HB，其他部位基本符合原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)金相分析

對(duì)耳軸裂紋及完好處取樣塊進(jìn)行金相分析，結(jié)果如下。

①該耳軸的晶粒組織十分粗大，屬非正常形態(tài)(圖1)。

②非傳動(dòng)側(cè)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。鋼中含有較大的夾雜物(圖2)。

2.具體原因

(1)材料選擇

37SiMn2MoV為綜合性能優(yōu)良的高級(jí)調(diào)質(zhì)鋼，淬透性高，調(diào)質(zhì)后具有較高的強(qiáng)度，使用溫度范圍為-20～520℃。但韌性略低，焊后表面極易變脆。

(2)制造加工

耳軸為大型鍛件，在制造過(guò)程中尤其是錐體部位，壓縮比小，晶粒較粗大，達(dá)不到鍛件應(yīng)有的組織形態(tài)，因而錐體部位質(zhì)量較難控制。而3#轉(zhuǎn)爐耳軸在制作時(shí)，制造廠家降低了探傷級(jí)別。

(3)現(xiàn)場(chǎng)工況

轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，大量的1 600℃以上的鋼渣從爐口噴出，部分濺到耳軸錐體部位，使耳軸錐體表面溫度快速升高，由于耳軸本身有冷卻水，升高的部位又快速冷卻下來(lái)，使耳軸表面形成了一層硬脆層。硬脆層在交變應(yīng)力作用下，形成表面龜裂。同時(shí)因?yàn)檗D(zhuǎn)爐搖爐時(shí)存在著高速制動(dòng)的問(wèn)題，使轉(zhuǎn)爐沖擊晃動(dòng)比較嚴(yán)重，錐體受力加大，從而加劇了裂紋的擴(kuò)展速度。

三、修復(fù)方案

針對(duì)3#120t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了滲透探傷、超聲波探傷、硬度檢測(cè)、光譜檢測(cè)、金相分析及焊補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析研究，最終確定只要對(duì)耳軸表面淬硬層及裂紋修復(fù)即可恢復(fù)到原設(shè)計(jì)狀態(tài)，達(dá)到使用要求。針對(duì)耳軸屬于大鍛件、持續(xù)承受較大交變應(yīng)力的特點(diǎn)，在耳軸修復(fù)上采用國(guó)外先進(jìn)保養(yǎng)焊接技術(shù)，首先剝掉裂紋區(qū)域母材，然后用進(jìn)口特種合金焊條進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接過(guò)程中多遍焊接工序之間使用風(fēng)鎬來(lái)消除應(yīng)力，焊接后采用磨削和保溫措施，并最后在表面焊一層保護(hù)層。通過(guò)以上措施，保證了焊接質(zhì)量，減少了應(yīng)力的產(chǎn)生。

四、效益

1.直接效益

計(jì)算備件費(fèi)用、施工費(fèi)用和修復(fù)成本，直接經(jīng)濟(jì)效益約6 954萬(wàn)元。

2.間接效益

若3座轉(zhuǎn)爐全部長(zhǎng)期停產(chǎn)，將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，此修復(fù)方案節(jié)約停爐停產(chǎn)時(shí)間近90天，間接效益巨大。