80噸轉爐改造的可行性分析

陳 亮

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業部機動設備科，萊蕪 271104）

某鋼鐵工廠中80噸轉爐整體結構為活爐底死爐帽結構，爐身與爐底采用了可拆式聯結方式進行聯結，這種結構的轉爐在進行修筑時使用了下修法進行修筑，即爐襯磚是經過爐身下方的方式進入到爐內進行修筑。活爐底死爐帽結構的優勢在于它的砌造過程比較簡單，缺點是這種結構的轉爐爐殼下部結構比較復雜，重量較大。為更好地進行安全生產，需要將80噸轉爐的活爐底改造成為死爐底，死爐底結構具有重量較輕、結構簡單、安全可靠等優點。在進行改造完畢后，轉爐出現故障時需要使用上修法進行修爐，即爐襯磚是經過上爐口的方式進入到爐內進行修筑。在進行活爐底結構改造成為死爐底結構時，必須去除原爐殼下部區域內的上、下吊座和銷釘，才能將爐身和爐底焊死，達到活爐底結構改造成為死爐底結構的目的。由于轉爐下部原本的上下吊座數量較多，重量也比較大，且所處位置和耳軸中心線距離較遠，拆除上下吊座會對轉爐的傾動力矩和重心產生較大的影響，為保證在改造完成后，轉爐爐體重心穩定，爐體結構可靠耐用，能夠達到安全生產標準，實現正常運行，必須以改造后的爐體為藍本，建立起新爐、老爐、爐口存在結渣的老爐三種模型，計算分析其處于不同傾動角度下的傾動力矩與重心，從而更好地進行轉爐爐體結構改造[1]。

1 轉爐傾動力矩的計算

轉爐的傾動力矩可以分為三部分，分別是空爐力矩、耳軸摩擦力矩和爐液力矩。空爐力矩指的是爐體和爐襯在沒有爐液影響下，由自身重量引起的力矩；耳軸摩擦力矩指的是在轉爐進行傾動時，耳軸上產生的摩擦力矩，力矩方向始終和爐體的傾動方向相反，大小基本不會發生改變；爐液力矩指的是由于爐內鐵水和爐渣重量引起的力矩。利用三維設計軟件進行設計建模，繪制出80噸轉爐的爐襯和爐體裝配，在物理特性選項里對各自的構成材料進行定義，盡量貼合現實轉爐情況，軟件能夠將爐襯和爐體的質量大小與重心位置直接計算出來，再將爐體模型和爐襯模型裝配在一起，就能對空爐的重心位置和質量進行確定。

將空爐的爐殼材料設定為Q345R，爐殼的密度為7850kg/m3，爐襯的材料設置為鎂碳磚，爐襯密度為2900kg/m3，在原有轉爐中，耳軸中心線和爐殼最低點的距離為3775mm，在進行改造時，耳軸中心線和爐殼最低點的距離不變。在進行轉爐傾動力矩的計算時，以耳軸中心點為坐標原點，將水平方向延長線作為X軸，豎直方向延長線作為Y軸，耳軸軸線延長線作為Z軸，建立起立體坐標系。

空爐力矩的計算公式為Mk=mkg×L，式中Mk是空爐力矩，mk為空爐的質量，g是重力加速度，L則是力臂。

爐液力矩的計算公式為Md=mdg×L，式中Md是空爐力矩，md為爐液的質量，g是重力加速度，L則是力臂。其中，由于爐液是由鐵水和爐渣這兩部分組成的，鐵水的質量為1.1×G，爐渣的質量為0.15×G（G為平均出鋼量），爐液質量為鐵水質量與爐渣質量之和。

計算耳軸摩擦力矩公式為M=±(mk+md+mi+mx)gud/2，式中M為摩擦力矩，mk空爐質量，md是爐液質量，取值為100t，mi是托圈質量，mx是傾動裝置質量，g為重力加速度，u為軸承的摩擦系數，d是耳軸軸承的直徑，耳軸的摩擦力矩方向和轉爐轉動方向一直保持相反[2]。

2 計算新爐的傾動力矩

利用三維模擬軟件，進行模擬實驗設計，讓新爐的空爐與爐液繞著設計耳軸分別進行旋轉，旋轉角度每增加10°，對重心位置進行一次記錄，根據實驗分析，當旋轉角度增加到59.86°時，開始進行出鋼，當旋轉角度增加到96.17°時，開始進行倒渣，當旋轉角度增加到121.56°時，完成倒渣工作，將重心中的X軸坐標作為力臂，當傾動角度為0°時，空爐力矩為-33.2kN·m，爐液力矩為0kN·m，耳軸摩擦力矩為-33.2kN·m；當傾動角度為20°時，空爐力矩為181.8kN·m，爐液力矩為351.3kN·m，耳軸摩擦力矩為533.1kN·m；當傾動角度為59.86°時，空爐力矩為521.6kN·m，爐液力矩為563.3kN·m，耳軸摩擦力矩為1084.9kN·m；當傾動角度為60°時，空爐力矩為522.2kN·m，爐液力矩為560.2kN·m，耳軸摩擦力矩為1082.4kN·m；當傾動角度為80°時，空爐力矩為606.9kN·m，爐液力矩為170.3kN·m，耳軸摩擦力矩為777.2kN·m；當傾動角度為100°時，空爐力矩為618.7kN·m，爐液力矩為-48.5kN·m，耳軸摩擦力矩570.2kN·m。由此可見，新爐的空爐力矩與爐液力矩合成力矩峰段出現在轉爐傾動角度為60°時。

3 計算舊爐傾動力矩

根據上述的空爐力矩計算公式、爐液力矩計算公式以及耳軸摩擦力矩計算公式，使用三維建模計算進行繪制，能夠發現當傾動角度為0°時，空爐力矩為-32.5kN·m，爐液力矩為0kN·m，耳軸摩擦力矩為-32.5kN·m；當傾動角度為20°時，空爐力矩為82.8kN·m，爐液力矩為407.1kN·m，耳軸摩擦力矩為489.9kN·m；當傾動角度為65.3°時，空爐力矩為287.8kN·m，爐液力矩為782.9kN·m，耳軸摩擦力矩為1070.7kN·m；當傾動角度為70°時，空爐力矩為287.8kN·m，爐液力矩為782.9kN·m，耳軸摩擦力矩為1070.7kN·m；當傾動角度為90°時，空爐力矩為331.7kN·m，爐液力矩為31.6kN·m，耳軸摩擦力矩為363.3kN·m；當傾動角度為100.23°時，空爐力矩為333.4kN·m，爐液力矩為-69.6kN·m，耳軸摩擦力矩為263.8kN·m；當傾動角度為120°時，空爐力矩為303.4kN·m，爐液力矩為-0.9kN·m，耳軸摩擦力矩為302.5kN·m；由此可見舊爐的空爐力矩與爐液力矩合成力矩峰段出現在轉爐傾動角度為60°時[3]。

4 計算爐口有結渣的舊爐傾動力矩

在日常的煉鋼生產過程中，由于高溫的影響，在爐口和擋渣板上總是會存在著大量的結渣，如果將爐口的結渣率作為6.25%，80噸轉爐的結渣重量為5噸，同時由于爐口的結渣和耳軸中心線距離較遠，對于轉爐的傾動力矩和重心影響較大，因此在進行轉爐傾動力矩計算時，應該將結渣加入到計算條件中，由于現實生產中，爐口結渣的位置不確定，只能進行大概的估算，在進行模擬演算時將結渣的位置放到爐口位置，即能夠對轉爐傾動力矩和重心產生最大影響的位置，進行模擬計算，通過計算，能夠發現：當傾動角度為0°時，空爐力矩為-32.6kN·m，爐液力矩為0kN·m，耳軸摩擦力矩為-32.6kN·m；當傾動角度為20°時，空爐力矩為17.5kN·m，爐液力矩為407.1kN·m，耳軸摩擦力矩為424.6kN·m；當傾動角度為65.3°時，空爐力矩為114.3kN·m，爐液力矩為782.9kN·m，耳軸摩擦力矩為897.2kN·m；當傾動角度為70°時，空爐力矩為121.1kN·m，爐液力矩為625.5kN·m，耳軸摩擦力矩為746.6kN·m；當傾動角度為90°時，空爐力矩為140.6kN·m，爐液力矩為31.6kN·m，耳軸摩擦力矩為172.3kN·m；當傾動角度為100.23°時，空爐力矩為143.4kN·m，爐液力矩為-69.6kN·m，耳軸摩擦力矩為73.8kN·m；當傾動角度為120°時，空爐力矩為138.1kN·m，爐液力矩為-0.9kN·m，耳軸摩擦力矩為137.2kN·m，因此可見，帶有爐口結渣舊爐的空爐力矩與爐液力矩合成力矩峰段出現在轉爐傾動角度為60°時。

5 結語

利用全正力矩原則為基礎，推導出爐體傾動力矩，通過三維建模軟件進行模擬實驗，發現在不考慮爐口結渣的條件下，新爐模型與舊爐模型都適用于全正力矩原則，而有爐口結渣的舊爐模型無法適應全正力矩原則。但由于模擬使用的是極限條件，所以可以將該80噸轉爐從活爐底改造為死爐底。為保證轉爐安全可靠運行，在進行新轉爐的設計時需要在爐底設置配置處理，及時對已有轉爐進行結渣清除，避免產生負力矩，從而達到安全生產的目的。

[1]吳錦平，尹慶凱，趙大帥，等.80t轉爐改造的可行性分析[J].重型機械，2014，12（1）：90-94..

[2]時慧斌.淺析新技術在轉爐改造中的應用[J].機械工程與自動化，2014，12（5）：183-184.

[3]花少奎.煉鋼轉爐安裝施工工藝[J].城市建設理論研究，

2014，5（12）：26-28.