转炉本体设备安装技术探讨

　　摘要：本文在介绍了转炉本体系统设备组成结构的基础，阐述了转炉本体设备安装工程概况和安装技术要求
　　关键词：转炉本体系统设备 组成结构 安全技术
　　中图分类号：TU64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　1转炉本体设备安装概况
　　根据转炉本体设备的特点和生产工艺要求，需要将转炉本体设备安装在加料跨和转炉跨之间，两跨之间的位置安装困难，直接将设备吊装就位没有合适的行车，而且由于各部件尺寸庞大，重量可观，需要采取适当的措施将各部件安装就位。
　　根据设备各部件的特点，应先将炉体支撑系统的轴承座安装就位，再安装后续的托圈、炉壳、倾动装置，以及本体附件[1]。安装支撑轴承座相对简单，使用汽车吊或行车结合手拉葫芦，可以达到吊装到位的目的，对于托圈、炉壳、倾动装置等重量和尺寸较大的部件必须采用专用安装设备，本文介绍的转炉本体系统设备安装，采用线外组装、整体滑移就位。
　　
　　2转炉本体系统设备结构
　　转炉系统设备主要包括炉型、炉壳、炉体支撑及转炉倾动机构。
　　2.1转炉炉型
　　转炉炉型是指用耐火材料砌成的炉衬内形。按金属熔池形状的不同，转炉炉型可分为筒球型、锥球型和截锥型三种。筒球型炉型由一个球缺体和一个圆筒体组成，它的优点是炉型形状简单，砌筑方便炉壳制造容易。熔池内型比较接近金属液循环流动的轨迹，在熔池直径足够大时，能保证在较大的供氧强度下吹炼而喷溅最小，也能保证有足够的熔池深度，使炉衬有较高的寿命。大型转炉多采用这种炉型。炉型的炉衬一般由工作层、填充层和永久层所构成。工作层是指直接与液体金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，它要经受钢、渣的冲刷、熔渣的化学侵蚀、高温和温度急变、物料冲击等一系列作用。同时工作层不断侵蚀，也将影响炉内化学反应的进行。因此，要求工作层在高温下有足够的强度，一定的化学稳定性和耐急冷急热等性能。填充层介干工作层和永久层之间一般用散状材料捣打而成，起到减轻内衬膨胀时对金属炉壳产生的挤压作用，拆炉时便于迅速拆除工作层，并避免永久层的损坏。永久层紧贴炉壳钢板，修炉时一般不拆除，其主要作用是保护炉壳钢板，该层用镁砖砌成。
　　2.2转炉炉壳
　　炉壳由炉帽、炉身、炉底组成，承受耐火材料、钢液、渣液的全部重量，保持炉子有固定的形状，倾动时承受扭转力矩。炉壳制作时各部分用普通锅炉钢板或低合金钢板成形后，再焊成整体。为了适应转炉高温作业频繁的特点，炉壳有足够的强度和刚度，在高温下不变形在热应力作用下不破裂，考虑到炉壳各部位受力的不均衡，炉帽、炉身、炉底应选用不同厚度钢板。
　　炉帽部分的形状有截头圆锥体型和半球型两种。半球型的刚度好但制造时需要做胎模，加工困难。而截头圆锥体型制造简单，但刚度稍差，一般用于30t以下的小转炉。炉帽上设有出钢口，在炉帽的顶部，现在普遍装有水冷炉口，可防止炉口钢板在高温下变形，提高炉帽的寿命，另外它还可以减少炉口结清，而且即使结渣也较易清理。水冷炉口有水箱式和埋管式两种结构。
　　炉身一般为圆筒形。它是整个转炉炉壳受力最大的部分。转炉的全部重量(包括钢水、炉渣、炉衬、炉壳及附件的重量)，通过炉身和托圈的连接装置传递到支承系统上并且它还要承受倾动力矩，因此用于炉身的钢板要比炉帽和炉底适当厚些。炉身被托圈包围部分的热量不易散发，在该处易造成局部热变形和破裂[2]。因此，应在炉壳与托圈内表面之间留有适当的间隙，以加强炉身与托圈之间的自然冷却，防止或减少炉壳中部产生变形。炉帽与炉身也可以通水冷却，以防止炉壳受热变形延长其使用寿命。
　　炉底部分有截锥型和球缺型两种。截锥型炉底制作和砌砖都较为简便，但其强度不如球缺型好，适用于小型转炉。炉底部分与炉身的联接分为固定式与可拆式两种。相应地，炉底结构也有死炉底和活炉底两类。死炉底的炉壳，结构简单、重量轻、造价低，使用可靠。但修炉时，必须采用上修。修炉劳动条件差、时间长，多用于小型转炉。而活炉底采用下修炉方式，拆除炉底后炉衬冷却决，拆衬容易因此修炉方便，劳动条件较好可以缩短修炉时间，提高劳动生产率，适用于大型转炉。
　　2.3炉体支承系统
　　炉体支撑系统包括支承炉体的托圈、炉体和托圈的连接装置，以及支承托圈的耳轴、耳轴轴承和轴承座等。托圈与耳轴联接并通过耳轴坐落在轴承座上，转炉则座落在托圈上转炉炉体的全部重量通过支承系统传递到基础上，而托圈又把倾动机构传来的倾动力矩传给炉体，并使其倾动。
　　托圈和耳轴是用以支承止体并传递转矩的构件。对托圈来说，它在工作中除承受炉壳、炉衬、钢水和自重等全部静载荷外，还要承受由于频繁启动、制动所产生的动载荷和操作过程所引起的冲击载荷，以及来自炉体、钢包等热辐射作用而引起的热负荷。如果托圈采用水冷，则还要承受冷却水对托圈的压力。故托圈结构必须具有足够的强度、刚度和韧性才能满足转炉生产的要求[3]。大、中型转炉的托圈多采用箱形的钢板焊接结构，为了增大刚度，中间加焊一定数量的直立筋板。这种结构的托圈受力状况好，抗扭刚度大加工制造方便，还可通水冷却，使水冷托圈的热应力降低到非水冷托圈的1/3左右，考虑到机械加工和运输的方便，大、中型转炉的托圈通常做成两段或四段的剖分式结构，然后在转炉现场再用螺栓连接成整体。
　　转炉的耳轴支承着炉体和托圈的全部重量并通过轴承座传给地基，同时倾动机构低转速的大扭矩又通过耳轴传给托圈和转炉耳轴要承受静、动载荷产生的转矩、弯曲和剪切的综合负荷，转炉两侧的耳轴都是阶梯形圆柱体金属部件。由于转炉有时要正反转动360度，而水冷炉口、炉帽和托圈等需要的冷却水也必须连续地通过耳轴同时耳轴本身也需要水冷，因此耳轴是空心的。
　　炉体与托圈的连接装置既要保证转炉在所有的位置时，都能安全地支承全部工作负荷，且为转炉炉体传递足够的转矩，还应能够调节由于温度变化而产生的轴向和径向的位移，使其对炉壳产生的限制力最小，并能吸收或消除冲击载荷，并能防止炉壳过度变形、使载荷在支承系统中均匀分布，同时还要考虑到结构型式上的简单，易于安装、调整和维护。目前已在转炉上常用的支承系统是三支点连接结构形式的悬挂支承盘连接装置，位于两个耳轴位置的支点是基本承重支点，而在出钢口对侧，位于托圈下部与炉壳相连接的支点是一个倾动支承点。悬挂支承盘连接装置的主要特征是炉体处于任何倾动位置，都始终保持托环与支承盘顶部的线接触支承。同时在倾动过程中炉壳上的托环始终沿托圈上的支承盘滚动。所以这种连接装置倾动过程平稳没有冲击。
　　转炉耳轴轴承要支承炉壳、炉衬、金属液和炉渣全部重量的部件。负荷大、转速慢、温度高、工作条件十分恶劣。为有效地克服滑动轴承磨损快、磨损大的缺点，在大中型转炉上普偏采用了滚动轴承采用自动调心双列圆柱滚子轴承，能补偿耳轴由于托圈翘曲和制造安装不准确而引起的不同心度和不平行度。
　　2.4转炉倾动机构
　　倾动机构随着氧气转炉炼钢生产的发展也在不断地发展和完善，出现了各种形式的倾动机构。倾动机构一般由电动机、制动器、一级减速器和末级减速器组成。就其传动设备安装位置或驱动方式的不同，可分为落地式倾动机构、半悬挂式倾动机构、全悬挂式倾动机构、液压传动的倾动机构四大类。
　　转炉倾动机构的减速比大，转炉的工作对象是高温的液体金属，在兑铁水、出钢等项操作时要求炉体能平稳地倾动和准确地停位。因此炉子采取很低的倾动速度，一般为0.1一1.5 r/min。为此.倾动机构必须具有很高的减速比，通常为700-1000。同时其倾动力矩大，启动、制动颇繁，承受的动载荷较大。在整个冶炼周期中，要完成加废钢、兑铁水、取样、测温、出钢、出渣、补炉等一系列操作，这些都涉及到转炉的启、制动如原料中硅、磷含量高，吹炼过程中倒渣次数增加，则启、制动操作就更加频繁。另外，倾动机构除承受基本静载荷的作用外，还要承受由于启动、制动等引起的动载荷[4]。这种动载荷在炉口刮渣操作时其数值甚至达到静载荷的两倍以上。倾动机构工作是在高温、多渣尘的环境中工作，环境十分恶劣。
　　
　　根据转炉倾动机构的工作特点和操作工艺的需要，倾动机构在整个生产过程中，必须满足工艺的需要。应能使炉体正反转动360度，并能平稳而又准确地停在任一倾角位置上，以满足兑铁水、加废钢、取样、测温、出钢、倒渣、补炉等各项工艺操作的要求。并且要与氧枪、副枪、炉下钢包车、烟罩等设备联锁。根据吹炼工艺的要求，转炉应具有两种以上的倾动速度。转炉在出钢、倒渣、人工测温取样时，要平稳缓慢地倾动以避免钢、渣猛烈晃动甚至溅出炉口[5]。当转炉空炉，或从水平位置摇直，或刚从垂直位置摇下时，均可用较高的倾动速度，以减少辅助时间。在接近预定位置时，采用低速倾动，以便停位准确并使炉液平稳。目前全悬挂式倾动机构在大型转炉上广泛应用。
　　
　　3转炉本体设备安装技术要求
　　3.1设备基础验收及中心投测
　　转炉属于重负荷设备，在设备安装工程开始之前，首先应认真地对土建交付的设备基础严格按有关标准进行验收。验收基础时，首先要检查和测量基础中心线，表面标高，地脚螺栓中心，顶部标高以及埋设件、沉降观测点等，均要进行逐项检查。
　　3.2进场设备的检查、验收及检验、试验要求
　　进入现场的设备包括托圈、炉体、倾动装置等除进行常规的产品合格证明书及外观检查外，还应进行以下检查、检验或试验:
　　（1）整体进场的托圈应按设计文件要求进行水压试验和通水试验，设计文件未规定时，试验压力应为设计压力的1.25倍，在试验压力下，稳压10min，再将实验压力降至工作压力，保压30min，以压力不降，无渗漏为合格。通水试验时进出水应畅通无阻，连续通水时间不少于24小时，无渗漏为合格。
　　（2）对托圈的组装精度进行检查，用经纬仪或挂线配合千分尺的检查方法，以传动侧耳轴轴线为基准，托圈两耳轴的同轴度偏差不超过1.5mm，用塞尺测量法兰连接的托圈法兰结合面，局部间隙不得超过0.05mm。
　　（3）炉体主要检查焊缝的探伤记录和热处理记录。水冷炉口必须按照技术文件的要求进行水压试验和通水试验，设计文件未规定时，试验压力应为设计压力的1.5倍，在试验压力下，稳压10min，再将实验压力降至工作压力，保压30min，以压力不降，无渗漏为合格。通水试验时进出水应畅通无阻，连续通水时间不少于24小时，无渗漏为合格。
　　3.3耳轴轴承座安装技术要求
　　转炉支撑体系的所有重量都通过耳轴轴承座、轴承支座传到基础上，轴承座和轴承支座的安装是安装控制的重点之一，重要的控制项目、允许偏差和检查方法均应制订严格规范，严格执行。
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]王吉勤，李文.3000 t转炉本体设备安装[J].安装，2005，(12).
　　[2]张益平.安装转炉托圈的新方法[J].钢铁研究学报，2006，(09).
　　[3]焉永刚，李志强，杨撵上.转炉倾动装置的改进[J].冶金设备，2003，(06).
　　[4]王勇，肖鹏，杨宁川，赵运锋.我国大型转炉炼钢车间设备国产化问题的探讨[J].钢铁技术，2007，(01).
　　[5]陈绍藩编著.钢结构设计原理(第三版).北京:科学出版社，2005.