電弧爐偏心區(qū)水冷爐壁設(shè)計(jì)改進(jìn)

謝 華，胡興明，黃勝強(qiáng)

（中車長江銅陵車輛有限公司，安徽銅陵 244142）

1 電弧爐偏心區(qū)簡介

銅陵公司鑄造車間使用的偏心電弧爐，型號為HX2-10T，爐子額定容量為10T，最大出鋼量為20T。10T偏心電弧爐爐體主要由爐體水箱、爐門、出鋼口、偏心區(qū)、偏心區(qū)爐蓋、水冷爐壁等部分組成，如圖1所示。電弧爐爐體內(nèi)徑約3700mm，爐體一側(cè)連接有半徑為900mm的半圓區(qū)域，這個(gè)半圓區(qū)域稱為偏心區(qū)。偏心區(qū)處于爐體的出鋼水一端，熔煉時(shí)偏心區(qū)與爐體鋼水互通。在熔煉結(jié)束出鋼水時(shí)，爐體鋼水傾向偏心區(qū)，爐體整體傾斜，偏心區(qū)下端設(shè)有出鋼口，鋼水從偏心區(qū)流向鋼包。待鋼水從出鋼口流出后，爐體傾動回水平位置。

圖1 電弧爐爐體裝配圖

電弧爐設(shè)有爐體偏心區(qū)，用于暫存鋼水，加大爐體鋼水出鋼量，以提高生產(chǎn)效率。由于偏心區(qū)的存在，使?fàn)t蓋與爐體靠近偏心區(qū)的部位懸空，懸空爐體長期經(jīng)受鋼水高溫?zé)贫鹆鸭y、燒損、漏水，產(chǎn)生安全隱患，因此有一組水冷爐壁對爐體進(jìn)行冷卻保護(hù)。但這種傳統(tǒng)的水冷爐壁只能夠?qū)t體一側(cè)面冷卻保護(hù)，爐體的下端面與偏心爐蓋的結(jié)合處，因結(jié)構(gòu)形狀而不能對其形成冷卻保護(hù)，給設(shè)備使用帶來安全隱患。

本文主要闡述的是對電弧爐偏心區(qū)水冷爐壁的設(shè)計(jì)改進(jìn)，對傳統(tǒng)水冷爐壁的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行討論分析，并對新制L型水冷爐壁過程進(jìn)行具體描述，以及改進(jìn)后的水冷爐壁給公司帶來的效益。

2 傳統(tǒng)水冷爐壁的設(shè)計(jì)缺陷及問題

2.1 設(shè)計(jì)缺陷

圖2 傳統(tǒng)I型水冷爐壁剖面圖

傳統(tǒng)的水冷爐壁（簡稱I型）是采用厚度為5mm無縫鋼管疊加焊接而成，其安裝在爐體的內(nèi)側(cè)通過螺栓與爐體連接，只能夠?qū)t體一側(cè)面冷卻保護(hù)，如圖2所示。爐體的下端面與偏心爐蓋的結(jié)合處，因結(jié)構(gòu)形狀而不能對其形成冷卻保護(hù)，從而導(dǎo)致爐體下端面長期裸露在外，直接受鋼水高溫?zé)疲罱K導(dǎo)致爐體開裂、形成爐體水箱撕裂漏水,嚴(yán)重時(shí)因連接螺栓燒損致水冷爐壁跌入爐內(nèi)鋼水中，設(shè)備自身使用安全得不到保障。

2.2 存在的問題

傳統(tǒng)水冷爐壁為管狀疊加結(jié)構(gòu)形狀，使用專用工具和工裝制作，管路之間貼合緊密，幾乎沒有縫隙。存在的問題有：

（1）設(shè)備故障率較高，給電弧爐正常節(jié)拍化生產(chǎn)形成制約。傳統(tǒng)水冷爐壁管壁薄（5mm），容易擊穿或損壞；不能對爐體的下端面與偏心爐蓋的結(jié)合處形成冷卻保護(hù)，導(dǎo)致該處爐體開裂漏水頻繁。

（2）設(shè)備使用壽命短，維護(hù)成本高。傳統(tǒng)水冷爐壁因自身設(shè)計(jì)原因，使用壽命在3個(gè)月左右，公司內(nèi)部無法加工，需要外購。在日常維護(hù)檢修中，泄露點(diǎn)位置往往在管路疊加之間，焊接維修難度非常大，加上爐體內(nèi)部溫度高，要消耗大量的人力和物力。

（3）設(shè)備自身使用安全得不到保障。爐體的下端面與偏心爐蓋的結(jié)合處，因結(jié)構(gòu)形狀原因而不能對其形成冷卻保護(hù)，直接受鋼水高溫?zé)疲菀讓?dǎo)致爐體開裂、形成爐體水箱撕裂漏水,嚴(yán)重時(shí)因連接螺栓燒損致水冷爐壁跌入爐內(nèi)鋼水中。

圖3 改進(jìn)后的爐體裝配圖

因此，需要設(shè)計(jì)一種新型偏心區(qū)水冷爐壁對偏心區(qū)爐體進(jìn)行水冷保護(hù)，新型水冷爐壁為L型，能夠滿足偏心區(qū)爐體側(cè)面、下端面以及結(jié)合面的水冷保護(hù)要求，以解決電弧爐偏心區(qū)爐體易開裂、爐體水箱和水冷爐壁易漏水的難點(diǎn)問題和安全隱患，提高設(shè)備使用的安全本質(zhì)度。

3 自行設(shè)計(jì)制作L型水冷爐壁

通過對電弧爐傳統(tǒng)水冷爐壁安裝位置的分析，本著改善和彌補(bǔ)之前設(shè)計(jì)不合理之處的目的，新設(shè)計(jì)發(fā)明制作的偏心區(qū)水冷爐壁不再是垂直的弧形鋼管箱體，而是采用普通鋼板制作的L型箱體，下端的L型部分里面通有冷卻循環(huán)水，利用“L型”的這部分擋住爐體下端面和固定螺栓不被直接灼燒，以消除設(shè)備使用安全隱患。改進(jìn)后的爐體裝配圖如圖4所示。設(shè)計(jì)和制作方案如下。

3.1 水冷爐壁結(jié)構(gòu)和材料的選型設(shè)計(jì)

圖4 L型水冷爐壁剖面圖

如圖4所示，新設(shè)計(jì)發(fā)明制作的偏心區(qū)水冷爐壁是采用材料為Q235、厚度為16mm鋼板制作的L型箱體，腔體內(nèi)部用隔板分段隔開，所有連接的地方都是采用單面焊雙面成型、滿焊焊接密封，下端的“L型”部分里面也一樣通有冷卻循環(huán)水，L型的這部分擋住爐體下端面和固定螺栓不被直接灼燒，循環(huán)冷卻水在L型箱體里呈“S型”流動，相當(dāng)于給原來的水冷爐壁加了厚厚的保護(hù)層。

3.2 制作L型水冷爐壁

根據(jù)現(xiàn)場爐體的直徑，在展開場地上可描繪出水冷爐壁箱體的弧長和弧度，加之原水冷爐壁的高度，可以制作出箱體弧形面樣板。依據(jù)樣板，將厚度16mm的鋼板在卷板機(jī)上卷出箱體弧形面。此L型箱體需要卷板制作的弧形面有3個(gè)，其余板型尺寸為平面尺寸，可根據(jù)原有的水冷爐壁得到實(shí)際尺寸。

圖5 L型水冷爐壁內(nèi)腔示意圖1—循環(huán)水通道 2—豎向腔體 3—腔體隔板 4—橫向腔體

3.3 L型水冷爐壁內(nèi)腔制作要求

外形箱體做好以后，內(nèi)腔用隔板隔開，隔板與箱體全部采用滿焊焊接，循環(huán)冷卻水在內(nèi)腔里面呈“S”形流動。焊完后點(diǎn)固上封板，L型水冷爐壁水箱的外部鋼板之間采用角接接頭，用氣保焊焊接的方法進(jìn)行連接制作，要求連接緊密，密封性好，采用單面焊雙面成型、滿焊焊接的方法來達(dá)到密封的效果。

3.4 L型水冷爐壁進(jìn)行耐壓密封試驗(yàn)

采用簡易的手提式電動試壓泵做耐壓密封試驗(yàn)，其試壓壓力能達(dá)到4.0MPa（電弧爐水泵房冷卻循環(huán)水壓力值為0.6MPa），保壓試驗(yàn)時(shí)間至少半個(gè)小時(shí)。采用中壓水壓來驗(yàn)證新設(shè)計(jì)制作水冷爐壁的密封性，對鉚焊制作技術(shù)水平要求很高。

4 L型水冷爐壁改進(jìn)帶來的效益

自行設(shè)計(jì)制作的L型水冷爐壁改變了原有的設(shè)計(jì),從結(jié)構(gòu)、材料、安裝等方面進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),消除了重大安全隱患，給公司創(chuàng)造了很多效益。

4.1 電弧爐正常生產(chǎn)節(jié)拍穩(wěn)定，設(shè)備故障率降低

改進(jìn)后的L型水冷爐壁故障率基本為零，給正常的熔煉工序提供了有利保障。同時(shí)，水冷爐壁結(jié)構(gòu)的改進(jìn)給維修帶來了很大方便，將垂直的弧形箱體改為L型水冷爐壁，箱體結(jié)構(gòu)簡單，外殼都是弧形面或平面，焊接補(bǔ)漏洞時(shí)，不管漏洞出現(xiàn)在任何位置，維修人員都能及時(shí)方便處理，易觀察易修補(bǔ)。

4.2 設(shè)備使用壽命加長，維護(hù)費(fèi)用減少

之前使用的水冷爐壁是采用厚度為5mm無縫鋼管制作而成，管壁太薄容易損壞，修補(bǔ)困難。L型水冷爐壁都是采用厚度為16mm的Q235鋼板制作，所有連接的地方都是采用單面焊雙面成型、滿焊焊接密封，更重要的是它的“L型”部分保護(hù)了下端面，使?fàn)t體不再直接被高溫?zé)啤Ｏ啾戎懊?個(gè)月更換一套水冷爐壁，改進(jìn)后的水冷爐壁在正常使用情況下，幾年之內(nèi)都不需要更換。

4.3 設(shè)備自身使用安全得到保障

改進(jìn)后的L型水冷爐壁減少甚至避免了漏水安全隱患，連接固定螺栓在L型部分的冷卻保護(hù)下固若金湯，消除了水冷爐壁箱體掉入鋼水中的安全隱患，使設(shè)備的自身使用安全得到保障。

5 總結(jié)

通過長期的使用和跟蹤觀察，對10T電弧爐偏心區(qū)傳統(tǒng)水冷爐壁的改進(jìn)，取得了很好的效果。改進(jìn)后，水冷爐壁和偏心區(qū)爐體冷卻效果很好，偏心區(qū)爐體下端面未出現(xiàn)過裂紋、漏水等現(xiàn)象，新設(shè)計(jì)制作的L型水冷爐壁能夠滿足電弧爐熔煉的使用要求。