某鋼廠煉鋼車間鋼水包挖補修復(fù)技術(shù)

陶 銀 李松海 苑鴻成

(上海寶冶工程技術(shù)有限公司 上海 200941)

1 前言

挖補修復(fù)就是將工件的局部區(qū)域嚴重?zé)齻蛘咦冃问У热毕萑壳宄?，在采取無損檢測、金相檢驗后得出變形區(qū)域外側(cè)材質(zhì)未發(fā)生劣化的情況下，選取挖補工藝進行修復(fù)。受現(xiàn)場條件和環(huán)境限制，挖補焊接有很大的難度，選擇適宜焊接工藝滿足規(guī)程相關(guān)條款要求是關(guān)鍵[1]。該工藝的特點是：能在較短的時間內(nèi)，用較低的修復(fù)成本，使設(shè)備恢復(fù)正常工作。本文通過對某鋼廠一臺鋼水包在生產(chǎn)使用過程中，發(fā)生熔損，造成設(shè)備大面積的損傷，采用挖補工藝進行修復(fù)，對挖補修復(fù)工藝的流程及要點進行了闡述。

2 缺陷原因現(xiàn)場檢驗與分析

根據(jù)現(xiàn)場檢驗結(jié)果分析判斷，造成該鋼水包熔損缺陷的直接原因：由于內(nèi)部耐材損壞失效，導(dǎo)致鋼水穿過耐材燒傷本體，造成鋼水流出滲漏至包體外側(cè)，造成外側(cè)本體燒傷損壞。經(jīng)過對熔損部位及其周邊進行無損檢測、金相等檢測除燒傷部位外，其他區(qū)域母材未發(fā)現(xiàn)材質(zhì)劣化現(xiàn)象。

受現(xiàn)場空間和生產(chǎn)環(huán)境的限制，現(xiàn)場進行挖補修復(fù)有很大的難度，尤其是鋼包已經(jīng)使用了很多爐次，一旦從筒體燒損一側(cè)切割開后，筒體圓周方向容易產(chǎn)生變形，而且焊接過程中產(chǎn)生的變形及應(yīng)力也必須采取措施進行控制。

3 挖補前加固處理

根據(jù)檢測結(jié)果，確定挖補范圍，以耳軸為中心，寬1600mm，高度從包體頂部向下2800mm。對應(yīng)修補塊尺寸，材質(zhì)、厚度和挖除區(qū)域要一致。

并且為防止切割后筒體發(fā)生變形，切割前需在筒體內(nèi)部用臨時工裝進行支撐固定。具體如圖1所示。

在鋼包頂部即包口及包口法蘭部位設(shè)計防止包殼或包體變形的“T型”鋼性拘束架，另外在耳軸挖補側(cè)加兩個拘束桿，拘束桿受力點設(shè)置在鋼包包口法蘭部位。鋼性拘束架的固定工作須在切割受損的包殼施工前完成。

圖1 工裝示意圖

4 挖補修復(fù)工藝

4.1 挖除缺陷部位

采用氧乙炔切割挖除熔損部位(如圖2)，注意切割形狀，以利于后續(xù)開坡口、焊接。

圖2 挖補范圍示意圖

4.2補板及焊接材料選定

4.2.1 補板選材

根據(jù)圖紙和業(yè)主確認，鋼包筒體材質(zhì)為20g、板厚為40mm，選擇補板原則上應(yīng)與筒體板同材質(zhì)同板厚的板材。拼裝前對筒體及耳軸材料進行無損檢測，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

4.2.2 焊接材料

選用最佳的焊接材料，首先要遵循等強度的原則。所謂等強度一般應(yīng)理解為焊接接頭強度性能不低于母材標準規(guī)定的下限值[2]。按照筒體板的材質(zhì)，選擇對應(yīng)的焊條為E5015(J507)，直徑φ4/φ5。要求焊條在焊前作烘干處理，烘干箱溫度設(shè)置為350℃，溫度達到設(shè)置溫度后，保溫2小時，使用時置于100℃焊條筒保溫，現(xiàn)場隨取隨用。

4.3 坡口制作

坡口制備是保證焊縫良好熔合與熔透性的關(guān)鍵工序，根據(jù)焊接部位確定焊縫坡口形式是修復(fù)工藝的重要內(nèi)容。坡口形式根據(jù)焊縫形式與板厚尺寸確定。

一般板厚≤4mm,對接焊縫可不制備坡口，在板厚≥5mm為保證焊縫熔透性，要制備坡口，由于焊接修復(fù)施工容易受到坡口加工、焊接位置等條件的限制，較多采用V形坡口形式。本次修復(fù)，板厚為40mm，需要進行雙面焊，因此采用雙面V型坡口，坡口角度按圖3進行加工。

圖3 坡口示意圖

4.4拼裝及矯正

將補板拼入挖除區(qū)域，并對錯邊部位進行火焰和機械校正，至拼裝錯邊量達到要求(錯邊≤3mm)。在修復(fù)前對拼裝部位進行矯正，采用加熱矯正、機械施力矯正及兩種方法結(jié)合運用。

采用火焰加熱矯正方法，加熱溫度在600～800℃，同一加熱位置加熱次數(shù)不應(yīng)超過兩次。焊件熱狀態(tài)矯正，一般不得在藍脆溫度(250～500℃)進行，冷狀態(tài)矯正不得在環(huán)境溫度低于-12℃進行。

4.5焊前清理

清理時用清洗液、鋼絲刷將焊縫及兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的著色液、油銹及附著雜質(zhì)等清理干凈。用砂輪機將焊接坡口處的氣刨或切割影響層打磨去除。

4.6焊接

4.6.1 焊接順序

先焊接縱縫、再焊接橫縫，先焊外面、再焊里面，先焊坡口內(nèi)圈、再焊坡口外圈，兩人一組同時對稱焊接。

4.6.2 焊接采用直流反接，操作方法采用分段退焊法。

4.6.3 預(yù)熱、道間溫度要求

焊接接頭預(yù)熱過程中各部位加熱時應(yīng)均勻進行[3]。對待焊部位進行預(yù)熱，預(yù)熱時的加熱區(qū)域應(yīng)在焊接坡口兩側(cè)，寬度為焊件施焊處厚度2倍以上，且不小于100mm。預(yù)熱溫度100～150℃。

最低層間溫度是指在焊接過程中，任何施焊時刻其施焊部位必須達到的溫度，另外，對于長焊縫，天氣寒冷等導(dǎo)致熱量容易散失的情況，必須隨時加熱，以保持施焊部位滿足最低道間溫度的要求[3]。本次施焊道間溫度不小于預(yù)熱溫度，采用紅外測溫儀現(xiàn)場測溫。

4.6.4 焊接規(guī)范

打底層、蓋面層采取Φ4焊條，焊接電流控制在120A～150A左右；中間焊層采取Φ5焊條進行焊接，焊接電流控制在160A～200A左右。層間采用多層多道焊接，道間采用錘擊工藝。背面焊時，必須清根后焊接。焊接至表面層時注意應(yīng)與母材圓滑過渡。

4.6.5 焊接檢查

所有焊縫外形均勻、成形良好。焊道與焊道、焊道與基本金屬間過渡平滑，焊渣與飛濺清除干凈。所有焊縫均不得存有裂紋、燒穿、熔合不良等缺陷，所有對接焊縫按NB/T47013-2015標準進行UT檢測，I級合格。對于不合格的焊縫要及時進行處理、返修。

4.7 焊后消應(yīng)力處理

焊接完成后為了改善焊接區(qū)的性能和消除焊接殘余應(yīng)力等有害影響，對焊縫部位進行熱處理。根據(jù)材質(zhì)和厚度選擇合適的熱處理工藝，具體工藝見圖4所示。

采用DWK-A型-360kW熱處理機對焊縫進行加熱，根據(jù)工藝要求，加熱速度控制在80℃以內(nèi)，加熱至恒溫溫度580℃，保持恒溫150min，冷卻速度控制在50℃以內(nèi)，緩冷至300℃后，進行空冷。熱處理加熱范圍，每側(cè)不應(yīng)小于焊縫寬度的3倍，加熱區(qū)以外100mm范圍內(nèi)采用硅酸鋁纖維氈進行保溫。

圖4 焊后熱處理工藝曲線圖

5 結(jié)論

通過采用以上挖補工藝對該鋼包進行修復(fù)，恢復(fù)了該設(shè)備的正常使用。對于鋼包等盛裝熔融金屬的大型設(shè)備，由于在現(xiàn)場長期高載荷運轉(zhuǎn)，使用環(huán)境惡劣，有些部位難免會出現(xiàn)熔損、開裂等失效現(xiàn)象，影響到安全使用。采用挖補工藝進行修復(fù)是非常必要的手段，如果挖補修理都不能保證恢復(fù)其正常使用，那么該設(shè)備只能報廢處理。因此挖補修復(fù)工藝的正確制定及嚴格執(zhí)行是決定設(shè)備能否正常運行及恢復(fù)使用壽命的關(guān)鍵因素。