轉(zhuǎn)爐吹氬孔在線加工技術(shù)

梁 棟，張瑞海，朱 超，陳學(xué)明，張 健

(萊鋼集團(tuán)機(jī)械制造有限公司，山東 萊蕪 271104)

0 引言

在冶金行業(yè)中，按氣體吹入轉(zhuǎn)爐內(nèi)的部位劃分，轉(zhuǎn)爐煉鋼主要有頂吹、底吹和頂?shù)讖?fù)吹三種方式。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，是頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)不斷發(fā)展的必然結(jié)果，也是目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。

轉(zhuǎn)爐設(shè)備主要由轉(zhuǎn)爐爐體和傾動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，而轉(zhuǎn)爐爐體由爐殼、托圈、耳軸(包括傳動(dòng)側(cè)和非傳動(dòng)側(cè)耳軸)、軸承座和爐襯等組成;傾動(dòng)機(jī)構(gòu)則包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器和減速器等。

目前，萊鋼集團(tuán)老區(qū)煉鋼廠仍有一部分轉(zhuǎn)爐設(shè)備為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，冶煉時(shí)容易造成熔池?cái)嚢璨痪鶆?、易噴濺，吹煉前期化渣較慢，后期熔池鋼水成份、溫度、氧化性不均勻等問(wèn)題，造成產(chǎn)品品種單一，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、效益較低。因此，為實(shí)現(xiàn)舊式轉(zhuǎn)爐的頂?shù)讖?fù)吹冶煉效果，需要對(duì)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行底部吹氬技術(shù)改造。

1 工藝分析

為了克服氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐工藝上的缺點(diǎn)，提高設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短改造工期，降低改造成本，通過(guò)可行性方案分析，其中，對(duì)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行在線技術(shù)改造是較為理想的方案。同時(shí)，為轉(zhuǎn)爐底吹氬攪拌裝置設(shè)計(jì)的氬氣進(jìn)氣路線為:氬氣從旋轉(zhuǎn)接頭－非傳動(dòng)側(cè)耳軸－經(jīng)由引出管道通至爐底底部吹氬孔，從而將氬氣引入轉(zhuǎn)爐爐體內(nèi)。由于爐底底部吹氬孔用氣割的方法即可完成，因此，在“非傳動(dòng)側(cè)耳軸”上鉆削軸向和徑向吹氬孔即成為本次在線加工方案順利實(shí)施的關(guān)鍵所在。

圖1為轉(zhuǎn)爐“非傳動(dòng)側(cè)耳軸”圖，左側(cè)尺寸φ720n7與“托圈”裝配;右側(cè)尺寸φ710r7與“軸承座”裝配;在尺寸φ408處安裝“旋轉(zhuǎn)接頭”。而所設(shè)計(jì)的吹氬孔通路如圖1所示，主要在“非傳動(dòng)側(cè)耳軸”的軸向鉆削3－φ30孔，徑向鉆削3－φ24孔及Rc3/4管螺紋，從而使得軸向和徑向孔貫通，形成3路吹氬通道。

圖1 “非傳動(dòng)側(cè)耳軸”圖Fig.1 Trunnion on the non-drive side

2 深孔加工設(shè)備的設(shè)計(jì)

深孔加工是指孔深與直徑之比L/d≥10的孔的加工，這是機(jī)械加工中的一道難題，尤其是細(xì)長(zhǎng)孔的加工，難點(diǎn)在于刀具細(xì)長(zhǎng)，剛度差，強(qiáng)度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生直徑變大，出現(xiàn)錐形，孔偏斜或斷刀等現(xiàn)象。因此，如果采用普通設(shè)備加工深孔，很難達(dá)到加工質(zhì)量的要求。

如圖1所示，通過(guò)尺寸計(jì)算，“非傳動(dòng)側(cè)耳軸”軸向φ30 mm孔孔深為820mm，徑向φ24 mm孔孔深為480 mm，L/d分別約為27和20，均屬于細(xì)長(zhǎng)孔。因此，在線加工吹氬孔時(shí)，為使“非傳動(dòng)側(cè)耳軸”的3對(duì)軸向和徑向吹氬孔準(zhǔn)確連通，應(yīng)保證每對(duì)軸向φ30 mm孔和徑向φ24 mm孔始終處在同一平面內(nèi)且相互垂直，同時(shí)還應(yīng)提高刀具的剛度、強(qiáng)度，改善刀具的散熱和排屑效果等。因此，設(shè)計(jì)并制作了一種專用在線深孔加工設(shè)備，該設(shè)備主要由“深孔鉆”、“機(jī)械滑臺(tái)”、“鉆削動(dòng)力頭”、“變頻電機(jī)”、“帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)”等組成，如圖2所示。

圖2 深孔加工設(shè)備示意圖Fig.2 Schematic of deep hole drill

2.1 深孔鉆的選擇

目前，深孔加工的鉆具主要有槍鉆、BTA鉆、雙管噴吸鉆、DF系統(tǒng)及SIED技術(shù)等。由于槍鉆不設(shè)斷屑臺(tái)，可多次重磨，所以應(yīng)用較普遍。同時(shí)，槍鉆為不可拆卸結(jié)構(gòu)，如重磨時(shí)拆卸，安裝不便，鉆頭報(bào)廢時(shí)鉆桿不能重復(fù)使用，鉆頭直徑越大，鉆桿越長(zhǎng)，則刀具成本越大。槍鉆較適用于直徑φ35 mm以下的深孔加工;BTA鉆、雙管噴吸鉆等內(nèi)排屑深孔鉆則為可拆卸結(jié)構(gòu)，但不具備多次重磨性能，更適用于直徑φ35 mm以上的深孔加工。本次所鉆深孔的直徑分別為φ30 mm和φ24 mm，選用了槍鉆作為此次鉆孔的主要刀具，規(guī)格分別為φ30 mm×1200 mm和φ24 mm×600 mm。

如圖3所示，槍鉆主要由鉆頭、鉆桿和鉆柄等三部分構(gòu)成，具有單切削刃、自動(dòng)排屑及冷卻潤(rùn)滑、自導(dǎo)向等功能。鉆削工件時(shí)，為了使鉆頭順利、正確地進(jìn)入工件，需要先用短鉆頭在工件上鉆出一段較短的鉆頭引導(dǎo)孔。

為了使槍鉆具備自動(dòng)排屑和冷卻潤(rùn)滑的功能，配備了旋轉(zhuǎn)輸油器與刀具進(jìn)給座合成一個(gè)部件，主要用于將高壓切削液導(dǎo)入槍鉆的進(jìn)油通道，而且進(jìn)給座具備供鉆柄定位、夾緊和傳送轉(zhuǎn)矩、保證密封等功能;輸油器是固定不轉(zhuǎn)動(dòng)的，且與進(jìn)給座形成密封的滾動(dòng)配合;切削液進(jìn)入輸油器空腔后，通過(guò)進(jìn)給座孔輸入鉆柄和鉆桿的通油孔，達(dá)到切削刃部，從而冷卻潤(rùn)滑刀具并通過(guò)槍鉆V形出屑槽排屑。

圖3 槍鉆構(gòu)造Fig.3 Structure of gun drill

2.2 機(jī)械滑臺(tái)的選擇

機(jī)械滑臺(tái)是深孔加工設(shè)備的主體床身，主要由床身、滑板、絲杠、變速箱及電機(jī)等組成，其中滑板在本體上可做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖2所示。根據(jù)所需鉆孔的深度和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備放置空間的大小，確定機(jī)械滑臺(tái)的行程為1 500 mm，滑臺(tái)長(zhǎng)度為2 600 mm，寬度為500 mm;為了實(shí)現(xiàn)槍鉆的切削進(jìn)給量可控，增設(shè)了電機(jī)變頻控制器，使得滑板的運(yùn)動(dòng)能夠進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。

3 加工方案的制定與實(shí)施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和加工需要，方案的主要操作步驟包括:現(xiàn)場(chǎng)清理、平臺(tái)搭建、機(jī)床安裝、找平、搖爐找正、軸向徑向鉆孔攻絲、機(jī)床及平臺(tái)拆除、現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)等。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)清理和平臺(tái)搭建

首先應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清理和機(jī)床平臺(tái)搭建工作，將影響“深孔加工設(shè)備”安裝、調(diào)試的周邊設(shè)施清除或清理，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備的實(shí)際情況，搭建“深孔加工設(shè)備”安裝平臺(tái)。平臺(tái)搭建過(guò)程中，應(yīng)注意“深孔加工設(shè)備”的鉆孔高度，即應(yīng)保證平臺(tái)至所鉆孔的高度應(yīng)大于“深孔加工設(shè)備”底面至鉆削動(dòng)力頭主軸中心的高度，且應(yīng)不影響轉(zhuǎn)爐搖爐。

3.2 機(jī)床安裝及找平

為提高加工精度，在“非傳動(dòng)側(cè)耳軸”的軸向和徑向處各安裝一臺(tái)“深孔加工設(shè)備”，準(zhǔn)備8個(gè)可調(diào)墊鐵，將該設(shè)備置于可調(diào)墊鐵上，用水平儀檢測(cè)機(jī)械滑臺(tái)的水平度，并通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)墊鐵使機(jī)械滑臺(tái)保持水平;同時(shí)用經(jīng)緯儀檢查、調(diào)整設(shè)備，確保兩臺(tái)設(shè)備的主軸處于同一水平面上，如圖4所示。

在耳軸軸向方向上，將軸向機(jī)床鉆頭對(duì)準(zhǔn)需要加工的第一個(gè)軸向孔，制作校正塊，與耳軸相連，安裝百分表并用百分表打表找正，使鉆削動(dòng)力頭中心線與待鉆孔的中心同軸，找正完成后，在平臺(tái)上焊接螺柱將滑臺(tái)固定。

在耳軸徑向方向上，以耳軸軸肩平面作為定位面，調(diào)整滑臺(tái)使鉆頭中心線與軸肩平面平行，同時(shí)，以耳軸外圓找正，調(diào)整鉆頭中心與耳軸中心線共面，找正完成后，在平臺(tái)上焊接螺柱將滑臺(tái)固定。

3.3 吹氬孔加工

滑臺(tái)找正、固定后，軸向和徑向深孔加工設(shè)備的動(dòng)力頭中心線應(yīng)分別與待鉆φ30 mm孔和φ24 mm孔的中心一致，如圖4所示。

為提高鉆孔效率，一組軸、徑向孔可在一次搖爐后同時(shí)進(jìn)行加工。鉆孔前，首先使用普通鉆頭為槍鉆打引導(dǎo)孔，然后再用深孔鉆設(shè)備鉆削深孔。鉆完第一組軸向φ30 mm孔和徑向φ24 mm孔后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)爐(即搖爐)至下一組孔的正確位置，進(jìn)行第二組軸向φ30 mm孔和徑向φ24 mm孔的加工，依次類推，直至3組吹氬孔全部鉆削完成，最后，攻絲Rc3/4。

圖4 深孔加工示意圖Fig.4 Schematic of deep hole drilling

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)舊式轉(zhuǎn)爐進(jìn)行技術(shù)改造，增設(shè)了轉(zhuǎn)爐底吹氬攪拌裝置，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹冶煉效果，提高了轉(zhuǎn)爐設(shè)備利用率，避免了頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐的缺點(diǎn)，提高了廢鋼加入量，提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力，金屬收得率和產(chǎn)品質(zhì)量;設(shè)計(jì)制作了專用深孔加工設(shè)備，并進(jìn)行深孔的在線加工，降低了停爐時(shí)間和生產(chǎn)成本。本次改造轉(zhuǎn)爐共計(jì)三臺(tái)，節(jié)約直接成本255萬(wàn)元，同時(shí)也為今后的在線加工服務(wù)提供了有力的技術(shù)支持。

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［5］王筱留主編.鋼鐵冶金學(xué)［M］.冶金工業(yè)出版社，1991.

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