煉鋼廠轉(zhuǎn)爐托圈裂紋產(chǎn)生原因分析及改造措施

錢振平

【摘要】轉(zhuǎn)爐托圈是轉(zhuǎn)爐極其重要的設(shè)備，起著轉(zhuǎn)爐支撐、傾動(dòng)的作用，托圈的狀況是否正常直接關(guān)系到煉鋼工序的進(jìn)行和鋼產(chǎn)量的實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)實(shí)際中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)托圈在其耳軸座附近產(chǎn)生裂紋而發(fā)生漏水的問題，而當(dāng)泄漏的冷卻水遇到爐坑中高溫的爐渣或者在出鋼時(shí)流入到爐下鋼水包中時(shí)，可能引起爆炸，存在巨大的安全隱患。文章就此進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】煉鋼廠；轉(zhuǎn)爐托圈；裂紋；改造措施

一、裂縫產(chǎn)生的原因分析

轉(zhuǎn)爐托圈產(chǎn)生裂紋與其結(jié)構(gòu)、材料、載荷和使用溫度有關(guān)。

包鋼和攀鋼的材料好于武鋼，而爐殼溫度高于武鋼，且托圈無冷卻；經(jīng)過對(duì)比分析得出結(jié)論：托圈在長期過熱的環(huán)境中使用，導(dǎo)致托圈材料因蠕變而降低承載能力；托圈自身的溫度在冶煉過程有較大的變化。托圈受熱脹冷縮的影響，會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，繼而產(chǎn)生裂紋。

經(jīng)過受力分析可知，裂紋的產(chǎn)生還有機(jī)械應(yīng)力的原因，一是托圈受力不均，托圈在傳動(dòng)側(cè)的一端不僅承受爐體的重量，而且還承受爐體轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩，在第三象限的靠近耳軸塊處，托圈彎矩最大，所以裂縫發(fā)生在第三象限；二是在生產(chǎn)過程中，由于搖爐時(shí)爐體對(duì)托圈造成沖擊，尤其出鋼口常常撞擊到其它的設(shè)備上，沖擊力通過把持器作用在托圈上，更加大了托圈的應(yīng)力。

綜合以上分析，裂紋產(chǎn)生的主要原因是熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的聯(lián)合作用，反復(fù)作用在危險(xiǎn)點(diǎn)超過了強(qiáng)度極限。熱應(yīng)力比機(jī)械應(yīng)力的影響大得多。考慮到裂紋僅僅是局部現(xiàn)象，只要不繼續(xù)擴(kuò)展就不致發(fā)生破壞。因此在設(shè)計(jì)改造中采取以降低托圈的使用溫度和消除沖擊力為原則的改造措施，將原有的托圈修復(fù)后繼續(xù)使用，從而降低投資費(fèi)用?；诖怂枷雽?duì)現(xiàn)有托圈進(jìn)行了增加水冷和增設(shè)緩沖器的技術(shù)改造。

二、改造措施

（一）泄漏問題

直接針對(duì)泄漏問題，即將常用于高壓管道泄漏的帶壓堵漏技術(shù)應(yīng)用到托圈漏水處理中。具體實(shí)施過程如下：

①將轉(zhuǎn)爐搖爐停止在適合方便檢修人員上下、施工的位置，停電，做好安全措施。②排出托圈內(nèi)部的冷卻水，在轉(zhuǎn)爐水旋接頭處關(guān)閉托圈冷卻水進(jìn)回水閥門，在回水管放氣閥上接膠管，將膠管引入下水道里，防止冷卻水與爐坑中熔融鋼渣接觸發(fā)生爆炸。在進(jìn)水管放氣閥門上接高壓氮?dú)獯祾?，以加快排水的速度，縮短檢修時(shí)間。③將裂紋處覆蓋的冷鋼、積渣清理干凈。④根據(jù)裂紋長度，用Φ108mm，壁厚10mm的碳鋼管從中間一分為二，兩頭用10mm厚鋼板封頭，做成密封罩。在密封罩上開出兩個(gè)Φ10mm的孔。（開孔的數(shù)量可根據(jù)密封罩的長度增減，但至少有兩個(gè)，一個(gè)用來注膠，一個(gè)用來排氣），焊接兩個(gè)M12的螺母。⑤用密封罩罩住裂紋，焊接在托圈上。用注膠槍泵將堵漏膠棒從M12螺母處打入罩內(nèi)，確認(rèn)密封罩注滿后，用M12螺栓與密封罩上的螺母擰緊。⑥試水，恢復(fù)生產(chǎn)。

采用帶壓堵漏技術(shù)來治理托圈漏水，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是此處理方法不是直接對(duì)裂紋進(jìn)行焊補(bǔ)，因此避免了方法一中涉及到的焊條選擇、坡口處理、焊前預(yù)熱、焊后保溫等焊接工藝缺陷或缺失造成的裂紋焊補(bǔ)后重新開裂漏水的問題，也避免了方法一中提到的盲目施焊使隱藏裂紋加速擴(kuò)展的危害。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用此種處理方法，一般可以保證3個(gè)月左右堵漏處不會(huì)再次發(fā)生漏水問題。二是堵漏用的密封罩制作簡(jiǎn)單，也可事先備好，一般按500mm長制備，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可酌情切割成適宜長度。因不必加工裂紋處的坡口，焊接密封罩的工作量也遠(yuǎn)小于焊接裂紋的工作量，因此大大縮短了處理托圈漏水的時(shí)間。

（二）裂紋修復(fù)的焊接工藝

1.焊接材料及保護(hù)氣體的選擇

由于托圈開裂處修復(fù)時(shí)已采用型號(hào)為ER50-6的普通CO2焊絲進(jìn)行過多次焊接，但是經(jīng)使用后焊縫仍然出現(xiàn)開裂漏水現(xiàn)象，所以本次焊接決定采用奧氏體不銹鋼焊絲進(jìn)行焊接，即異種材料的焊接。但是采用異種材料焊接時(shí)容易出現(xiàn)以下的問題：一是熔合區(qū)容易出現(xiàn)馬氏體脆性層，使焊接接頭的塑性和韌性降低。二是熔合區(qū)附近存在碳的遷移，即熔合區(qū)靠近珠光體母材一側(cè)產(chǎn)生脫碳層，而靠近奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生！碳層，使熔合區(qū)附近出現(xiàn)軟化和硬化現(xiàn)象。三是由于材料的線膨脹系數(shù)不同，會(huì)是焊接接頭存在較大的殘余應(yīng)力，影響接頭的強(qiáng)度和使用性能。

2.焊接工藝

預(yù)熱。焊接前應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度在120℃左右。焊接過程中，嚴(yán)格控制層間溫度，施焊中，焊道層間溫度不得低于120℃，否則停止施焊，重新加熱至120℃后再焊；不得高于250℃，當(dāng)溫度高于250℃時(shí)，冷卻至120℃再進(jìn)行施焊。

焊接。采用直流反接，電流范圍為100～210A，電壓范圍為17～22V。由于焊接時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接部位的化學(xué)成分和金相組織不均勻或是生成脆性化合物，所以盡量用小電流，高速焊；為了減小焊接應(yīng)力和焊接變形，采用多層多道焊；為了避免應(yīng)力集中，焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開。對(duì)于人孔處呈樹枝狀分布的裂紋應(yīng)該先進(jìn)行焊接，焊接結(jié)束后再對(duì)人孔進(jìn)行焊接，目的是防止應(yīng)力集中到一點(diǎn)而導(dǎo)致裂紋的延伸。焊接過程中要嚴(yán)格地控制層間溫度。

焊后處理。熱處理過程中焊接接頭會(huì)發(fā)生碳的遷移，在母材金屬一側(cè)形成脫碳層，并且使脫碳層的晶粒長大，沿熔合區(qū)形成粗晶粒層，導(dǎo)致焊接接頭性能脆化，所以一般不進(jìn)行焊后熱處理。

在轉(zhuǎn)爐托圈的改造過程中，針對(duì)托圈產(chǎn)生裂縫的問題，應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際的情況來對(duì)其進(jìn)行分析，并采取合理的措施加以改造，從而保證其能夠充分發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉東，沈國強(qiáng)，鞏濤.大型轉(zhuǎn)爐托圈裂紋的補(bǔ)焊修復(fù)[J].焊接，2014（10）：65～67.