120轉(zhuǎn)爐托圈工藝設(shè)計(jì)與制造

120轉(zhuǎn)爐托圈工藝設(shè)計(jì)與制造

1現(xiàn)代鐵爐產(chǎn)能力為了充分利用第三代邯鄲鋼的車間和設(shè)備資源，提高第三邯鄲鋼的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力，邯鄲鋼在第三車間增加了120噸轉(zhuǎn)爐（4號轉(zhuǎn)爐）。其中，120噸轉(zhuǎn)爐由安裝在第三部分的邯鋼設(shè)備制成和制造，2005年3月在現(xiàn)場安裝。2005年6月3日投產(chǎn),并實(shí)現(xiàn)了當(dāng)月投產(chǎn),當(dāng)月達(dá)產(chǎn)的目標(biāo)。2托圈的強(qiáng)度和剛度是影響其振動的重要因素之一轉(zhuǎn)爐托圈是轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的重要設(shè)備,承受爐殼、爐襯、鋼水和自重等全部靜負(fù)荷,承受頻繁啟、制動所產(chǎn)生的動負(fù)荷和操作過程的沖擊負(fù)荷,以及來自爐體、鋼包等熱輻射作用而引起托圈在徑向、圓周和軸向存在溫度梯度而產(chǎn)生的熱負(fù)荷。因此,托圈要有足夠的強(qiáng)度和剛度,承載重量要大,達(dá)到支撐爐體、傳動傾動力矩的作用。轉(zhuǎn)爐托圈各種拼接縫的焊接和焊后熱處理工藝均較為復(fù)雜,制造工序環(huán)節(jié)多,難度大。2.1一般制作轉(zhuǎn)爐支撐圈有以下方法1托圈或馬蹄形一般<30t的轉(zhuǎn)爐,可以采用鑄造方法,結(jié)構(gòu)簡單。托圈做成半圓形(或馬蹄形),爐體通過三點(diǎn)支撐在托圈上。當(dāng)三個(gè)軸乘上蓋拆開后,整個(gè)爐體可以從爐座中退出,便于快速更換爐體。2整體護(hù)理圈整體托圈既把托圈焊成整體。31解剖剖分托圈既把托圈制造成兩段或四段,采用法蘭熱裝螺栓聯(lián)接,或采用現(xiàn)場焊接。剖分面越少越好。大型托圈多數(shù)做成剖分式。2.21轉(zhuǎn)爐托圈材質(zhì)改造1)原圖紙要求托圈制成兩部分,通過法蘭、螺栓斜聯(lián)接。托圈耳軸同軸度難以保證,還需增加8條焊口,造成應(yīng)力集中,增加熱處理的難度。2)原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐托圈材質(zhì)為16Mn,研究表明:16Mn制造托圈,因材質(zhì)問題,質(zhì)量很難保證,經(jīng)與相關(guān)單位研究,結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際,對轉(zhuǎn)爐托圈材質(zhì)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),由16Mn改為20g。3)采用箱體剖分制造托圈結(jié)構(gòu)。這種大型托圈本公司首次制造,不論是制造方案的設(shè)計(jì)選擇,還是制造工藝難度都很大,要有創(chuàng)新工藝點(diǎn)。3焊縫質(zhì)量檢測要求1)焊縫的組對間隙允許偏差為±1mm。對口錯(cuò)邊量允許偏差±2mm。2)托圈直徑允許偏差為±5mm,最大直徑和最小直徑差值允許偏差為10mm。托圈高度允許偏差為±5mm。3)焊縫的表面不許存在氣孔、裂紋、夾渣、咬邊等缺陷,各種焊縫尺寸均應(yīng)符合圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。4)所有要求焊透的焊縫均要求做超聲波探傷檢驗(yàn),探傷比例100%,焊縫質(zhì)量檢測等級為1級。5)坡口角度允許偏差為±5°。6)焊后退火處理,消除熱應(yīng)力。7)內(nèi)腔進(jìn)行水壓試驗(yàn),壓力為2MPa,保壓30min,不得泄漏。8)加工時(shí),必須保證Ф100H8的同軸度Ф0.06。Ф100H8必須與耳軸配制,必須保證過盈量為(0.91～1.06)。9)兩耳軸Ф850K6同軸度在全長內(nèi)為1.0。裝配兩側(cè)耳軸時(shí)應(yīng)注意其通風(fēng)孔位置,不得錯(cuò)位。兩側(cè)耳軸裝配完后,應(yīng)預(yù)熱焊接,焊后局部退火處理。4圈材質(zhì)的確定轉(zhuǎn)爐托圈構(gòu)件參數(shù)如表1所示。轉(zhuǎn)爐托圈材質(zhì)為20g,數(shù)量1件。長耳軸和短耳軸材質(zhì)為34CrMo,數(shù)量各1件。耳軸板材質(zhì)為20MnMo,數(shù)量2件。5送料制造工藝120t轉(zhuǎn)爐(4號轉(zhuǎn)爐)托圈、托圈耳軸板、托圈耳軸制造工藝流程框圖如圖1、圖2、圖3所示。5.1零件編碼、下料托圈制造分四個(gè)單元(段)放樣下料,考慮到鋼板卷制時(shí)壓頭余量,編出零件編號,采用數(shù)控切割機(jī)下料。在鋼板卷制前,必須嚴(yán)格校對卡弧樣板尺寸編號,防止內(nèi)外側(cè)卡弧樣板混用。鋼板卷制完成后,將鋼板壓頭割掉,準(zhǔn)備制備坡口。5.2坡口加工和金屬光澤坡口制備是制造托圈的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù),是保證焊接接口是否牢固、能否滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的關(guān)鍵。按圖紙要求制備坡口,耳軸處四塊δ100厚內(nèi)外側(cè)立板坡口機(jī)械加工,其它焊接坡口用半制動氧-乙炔切割加工。將其表面0.5mm厚的碳化層磨掉,坡口每邊30～50mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、熔渣及其它雜物清除干凈至磨出金屬光澤,切割表面無裂紋、夾渣、分層和大于1mm的鐵棱。檢驗(yàn)合格后,進(jìn)入焊接工序。5.3托圈焊縫,2級焊接焊接是保證轉(zhuǎn)爐托圈質(zhì)量的關(guān)鍵工序。焊接電弧和熔池金屬溫度高,如果焊接電弧和熔池直接暴露在大氣中,高溫電弧的熔滴和處于熔池中的液態(tài)金屬會與大氣發(fā)生冶金反應(yīng)。使元素氧化和氮化,還有大量的金屬蒸發(fā)。焊接熔池冷卻快,使熔池中的氣體、氧化物、氮化物等來不及向外排出而保留在焊縫金屬中,形成氣孔、夾渣和裂紋。使鋼的機(jī)械性能、特別是塑性和沖擊韌性下降。由于托圈焊縫布置復(fù)雜,焊接工程量大,因此,采用質(zhì)量好、效率高的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動焊的焊接方法,配合手工電弧焊接。焊條必須經(jīng)350～450℃烘干,保溫2小時(shí),使用時(shí)放在100℃保溫桶里,隨用隨取。120t轉(zhuǎn)爐托圈被分成了四個(gè)單元,即1、3單元為托圈兩側(cè)部分,2、4單元為兩耳軸側(cè)部分。同時(shí)在平臺上進(jìn)行分段焊接。分段焊接步驟如下:①設(shè)置下蓋板位置并焊接;②對焊內(nèi)外側(cè)立板;③對焊上蓋板;④非耳軸側(cè)開兩個(gè)Ф600人孔;⑤安裝耳軸板并焊接;⑥焊接隔板、立管。保證轉(zhuǎn)爐托圈內(nèi)徑尺寸6800mm是轉(zhuǎn)爐托圈制造的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù),托圈的焊接變形是難免的,必須測算出焊縫收縮變形的范圍,放大托圈的直徑范圍3～5mm,保證轉(zhuǎn)爐托圈內(nèi)徑尺寸6800mm,滿足設(shè)備裝配的要求。5.4焊接過程中層間溫度的測定將四個(gè)單元組成整體,經(jīng)檢驗(yàn)合格后,同時(shí)對8條焊縫進(jìn)行焊接。殼體焊縫焊前經(jīng)150℃預(yù)熱,焊接過程中保持180℃的層間溫度。轉(zhuǎn)爐托圈的焊接,重要的焊縫經(jīng)過了焊接工藝評定,確定焊接工藝的合理性和各種工藝參數(shù)。5.5渣氣聯(lián)合保護(hù)方式對熔池和電弧區(qū)域進(jìn)行保護(hù),利用熔渣和氣體使焊接熔池和電弧與空氣隔絕,防止空氣進(jìn)入。手工電弧焊接和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動焊的焊接均采用渣氣聯(lián)合保護(hù)方式。而以熔渣保護(hù)為主。對焊接熔池進(jìn)行脫氧和脫硫。這主要通過合金焊條來實(shí)現(xiàn)冶金處理,保證達(dá)到脫氧和脫硫的目的。在焊接過程中,由于采用了渣氣聯(lián)合保護(hù)和冶金處理,焊縫的冷卻速度較快,形成了細(xì)小的晶粒,焊縫的機(jī)械性能不低于母材。5.6局部熱處理先對四個(gè)單元分別進(jìn)行整體熱處理,在托圈整體組裝焊接完成后,對其接口部位的焊縫局部熱處理,均采用電加熱退火。退火溫度曲線如圖4所示。當(dāng)溫度上升到300℃以后,以45℃/小時(shí)的速度將溫度升到625℃,然后保溫6小時(shí),在以50℃/小時(shí)的速度將溫度降到300℃,進(jìn)行空冷至常溫。5.7轉(zhuǎn)爐托圈的安裝由于轉(zhuǎn)爐托圈超重、超寬、超長、較高,無法在廠房內(nèi)加工,只能在戶外加工,不宜經(jīng)常起吊和移動。所以,只能固定轉(zhuǎn)爐托圈不動,把廠房內(nèi)的C650臥式車床主軸箱拆下,移到戶外安裝,主軸箱固定在外置平臺上,以鋼絲為基準(zhǔn),3m長度允差為0.1mm,調(diào)整銑頭高度加工尺寸,進(jìn)行三支座面的加工。120t轉(zhuǎn)爐托圈機(jī)加工的部位有:5.7.1旋轉(zhuǎn)爐托圈加工兩耳軸孔直徑1m,表面光潔度為6,同軸度要求為0.2mm,耳軸孔加工長度為780+80mm。由于兩耳軸孔間距大(8m),需分別加工,兩耳軸孔同軸度的加工是關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際加工中專門設(shè)計(jì)了找正輔具,找正精度達(dá)到了0.01mm,實(shí)際加工的同軸度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于要求的同軸度。這就保證了轉(zhuǎn)爐托圈的使用壽命。保證了產(chǎn)品質(zhì)量。刀具是軸向橫移運(yùn)動與軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。端面加工采用溜板固定在刀臺上,溜板刀架平移旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)加工,進(jìn)給采用手動進(jìn)給。刀具是徑向運(yùn)動與軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。5.7.2銑頭垂直和橫移運(yùn)動設(shè)計(jì)頂面上三支座面的平行度要求為0.5mm。平面度要求為0.05mm。由于支座面各面相互垂直,高低不等,間距較大(3.5m),采用銑頭垂直和橫移運(yùn)動實(shí)現(xiàn)加工。平面度控制在0.05mm以內(nèi),這也是機(jī)加工的關(guān)鍵技術(shù)。6兩側(cè)耳軸的裝配將加工好的耳軸與轉(zhuǎn)爐托圈配套安裝,兩耳軸Ф850K6同軸度在全長內(nèi)為1.0。裝配兩側(cè)耳軸時(shí)應(yīng)注意其通風(fēng)孔位置,不得錯(cuò)位。兩側(cè)耳軸裝配完后,預(yù)熱焊接,焊后局部退火處理。轉(zhuǎn)爐托圈表面的焊割點(diǎn)用砂輪打磨平整。成品檢驗(yàn)的關(guān)鍵是對焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)。轉(zhuǎn)爐托圈焊縫采用了超聲波探傷檢驗(yàn)。對機(jī)加工件、轉(zhuǎn)爐