攀钢炼钢厂提钒转炉挡座架优化改造

罗 丹

(攀钢提钒炼钢厂,四川攀枝花617000)

攀钢炼钢厂提钒转炉挡座架优化改造

罗 丹

(攀钢提钒炼钢厂,四川攀枝花617000)

攀钢提钒炼钢厂提钒转炉现有挡座架采用角度补偿机制适应炉壳、托圈变形,但在实际生产过程中经常造成托圈上的挡座架开焊、脱落,失去对炉壳的定位功能。通过优化改造,采用预应力挡座架适应炉壳、托圈变形,同时增加了挡座架强度,彻底解决了挡座架脱落问题。

转炉;挡座架;优化;改造

1 引言

攀钢提钒炼钢厂4#、5#提钒转炉炉体采用三套球铰支承悬挂,托圈上平面设三套挡座,托圈下平面设四套挡座的支承固定型式。

4#、5#提钒转炉投产以来,在生产使用过程中出现托圈上、下平面的挡座架多次掉落,掉落后再将其焊接固定在托圈上,使用不久又会掉落。挡座架掉落后造成炉子在倾动过程中炉体冲击、振动且异响很大,导致设备不能使用,被迫将炉子停产处理。挡座架掉落后都在托圈同一部位多次焊接,现已出现无法焊接牢固的情况,近几年每座转炉每年平均出现挡座架脱落故障4次左右,严重影响钢厂生产顺行。因此,有必要对4#、5#转炉炉体支承设备进行改造。

2 挡座架问题分析

攀钢提钒炼钢厂4#、5#提钒转炉目前的挡座架主要有托圈A、炉壳B、托圈挡座1和炉壳托架2组成。托圈挡座1(两件)焊接在托圈A上,炉壳托架2(一件)焊接(下挡座采用螺钉连接)在炉壳B上,托圈挡座1和炉壳托架2面接触但不连接固定,如图1所示。

图1 攀钢提钒4#、5#转炉现用挡座型式

根据现场分析、研究,认为造成4#、5#提钒转炉挡座架脱落的主要原因包括以下三点:

(1)现使用的挡座架为适应炉壳及托圈使用中变形采用的是角度补偿机制,将托圈挡座与炉壳托架接触面安装成一定角度(原设计为6°),当炉壳和托圈在使用过程中受热和重载产生变形时,使变形量延预留角度方向变化,确保托圈挡座和炉壳托架始终接触紧密。角度补偿机制要求在制造和安装时必须保证托圈挡座1和炉壳托架2的接触面紧密贴合,同时要求托圈和炉壳变形基本一致。而实际上制造及安装误差常使得托圈挡座1和炉壳托架2接触非面接触而只能线接触甚至点接触,且实际运行中托圈与炉壳变形存在差异,挡座的支撑面也将是线接触甚至点接触而非面接触。挡座的支撑面非面接触,在炉体倾动过程中托圈挡座与炉壳托架产生磨损、形成间隙,间隙逐渐增大炉体倾动过程中产生冲击逐渐增大,从而造成托圈挡座脱落。

(2)托圈挡座左右两件分别支撑住炉壳托架的两侧,两件托圈挡座不相连接。转炉在倾动过程中,始终只有单件托圈挡座承受作用力。同时由于原设计结构尺寸限制,托圈挡座尺寸较小,在使用过程中因其受重载及冲击载荷会出现间隙。这使得转炉在运行过程中产生较大的震动、异响、冲击,严重时就将托圈挡座1与托圈A的焊缝撕裂,造成托圈挡座脱落。

(3)由于托圈挡座在托圈上的位置是固定的,当托圈挡座脱落后,必须在原位置重新焊接。反复多次焊接后,托圈表面钢板性能发生变化,造成焊接强度降低,在受到冲击和重载时更容易造成托圈挡座脱落。

3 挡座架优化改造

3.1 优化改造设计

根据原因分析,拟将提钒4#、5#转炉挡座改为预应力挡座形式。其结构如图2所示。

图2 预应力挡座

预应力挡座主要由托圈挡座(2件)、球底板、球垫板、平垫板、炉壳挡座和预紧螺栓等组成。托圈挡座焊接在托圈上,托圈挡座与球底板连接,球底板与球垫板球面贴合的外圆周上套装浮动密封环,球垫板可以相对于球底板转动;炉壳挡座焊接在炉壳上,平垫板与炉壳挡座连接;炉壳挡座与托圈挡座的接触支撑面为球垫板与平垫板的接触面。两件托圈挡座用预紧螺栓连接并预紧。

预应力挡座中球垫板能够相对球底板转动、球垫板与斜垫板能相对滑动,因此预应力挡座在初次安装确保平垫板与球垫板面接触后能适应和吸收使用过程中托圈、炉壳的变形,保证托圈挡座与炉壳挡座支撑面始终保持面接触。避免了托圈挡座与炉壳挡座非面接触而产生间隙和冲击,极大改善托圈挡座的受力状况。

预应力挡座中两侧托圈挡座的上部用预紧螺栓连接并预紧,炉壳挡座被夹持在两侧托圈挡座之间,预紧力在两侧托圈挡座的内侧焊接根部产生预压应力。当转炉倾动至某角度托圈挡座开始受力时,当一侧托圈挡座受压时,受压托圈挡座由于受预紧螺栓的拉力,可大大降低受压托圈挡座的内侧焊接根部的弯曲应力。同时由于预应力螺栓的作用,将一部分载荷分散到另一侧托圈挡座上,这样大大降低一侧托圈挡座与托圈焊缝的作用力处并能有效限制托圈挡座在使用过程中间隙加大。

为了避开托圈挡座在托圈表面的重复焊接区,将挡座架位置适当调整。通过查阅图纸资料,拟对挡座架与相对现有位置错开4°安装。采用预应力挡座且避开托圈重复焊接区,可以大大改善转炉挡座机构受力条件,降低设备运行过程中的冲击,有效提高转炉的平稳性和安全可靠性。

3.2 优化改造实施

3.2.1 现用支承装置布置形式

4#、5#提钒转炉炉体支承采用三套球铰支承悬挂,托圈上平面设三套挡座,托圈下平面设四套挡座的支承固定型式。

托圈上平面耳轴侧两端各有一套挡座,出钢侧有一套挡座,如图3所示。其中,件2挡座架(三)、件3挡座(四)分别焊接在托圈上平面耳轴侧,件6托架(三)、件7托架(二)焊接在炉体上;件1挡座架(一)焊接在托圈上平面出钢侧,件5托架(一)焊接在炉壳上。

图3 现用挡座托圈上平面图

托圈下平面4套挡座,耳轴侧两端各有两套挡座,分别与耳轴中心线呈25.5°角分布,如图4所示。每套挡座中,件2下部托架通过螺钉与炉体连接在一起,件1托圈挡座焊接在托圈下平面上。

图4 挡座托圈下平面图

3.2.2 改造后的挡座支承装置布置形式

托圈上平面挡座改造时,将耳轴侧的两套原有挡座割掉,将预应力挡座重新焊接在托圈表面上。由于出钢口侧的挡座只具有导向作用,因此不用改造。为了避开托圈重复焊接区,将挡座中心线与托圈耳轴中心线呈4°布置,如图5所示。挡座中心线与托圈耳轴中心线夹角θ=4°,托圈半径R=6 870mm,挡座中心位置相对原位置移动距离L=R×θ=236mm;挡座位置变化后,炉体倾动时挡座力臂减小,作用力将增大1-cosθ= 0.25%,变化很小。因此,挡座中心线与托圈耳轴中心线呈4°布置能满足避开原有焊接区,同时对挡座作用力影响较小。

托圈下平面挡座改造时,将原有4套托圈挡座及炉体托架切割去掉,重新安装4套预应力挡座。为了避开原来托圈上的焊缝区域,将挡座中心与耳轴侧中心线夹角由22.5°减小为18°重新布置,如图6所示。挡座中心位置减小θ=22.5°-18°=4.5°,相对原位置移动L=R×θ=266mm;挡座承受的作用力减小0.26%。挡座中心线与托圈耳轴中心线呈18°布置能满足避开原有焊接区,同时对挡座作用力影响不大。

4 经济效益

2012年9月及2013年4月分别对4#、5#转炉实施预应力挡座架改造。改造前每年每座提钒转炉发生挡座架脱落事故4～5次,每次处理挡座架脱落需要停炉5个班(40h)左右且是高温环境处理,检修人员工作环境特别恶劣。每座转炉班产钒渣约240t,每吨钒渣利润约2 900元;每次处理挡座架检修费用约5万元。通过挡座架优化改造后,彻底解决了挡座架脱落问题。预计改造取得直接经济效益N=(240×5×2 900×4/ 10 000)+5×4=1 133.6万元。

通过优化改造,解决了挡座架脱落的问题,为物流顺行创造有利条件,同时降低了检修工人劳动强度,改造将会取得更大的间接效益。

5 结束语

通过对预应力挡座架的运用实践考察,证实预应力挡座架能够自适应炉壳和托圈变形,预应力螺栓将托圈挡座连接在一起能够显著提高挡座承载能力,能够有效解决提钒转炉现有挡座架因为支撑接触面积小,不能适应炉壳、托圈变形,从而造成转炉在倾翻过程中产生的巨大振动、冲击、异响以及挡座架脱落等问题。能够有效提高转炉的平稳性和安全性,降低设备运行过程中的冲击,减少设备的日常维护,延长提钒转炉设备的寿命和运行可靠性,为提钒炼钢厂提高钒渣产能、保证物流顺行创造有利条件。同时减小处理挡座架脱落故障对生产影响,降低工人劳动强度。

Panzhihua Vanadium Steel Mill BOF Optimized Transformation Block Mounts

LUO Dan
(Panzhihua Iron and Steel Mill,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

Panzhihua Vanadium Vanadium steel mill converter block mounts using existing compensation mechanisms to adapt to the furnace shell angle,trunnion ring deformation,But in the actual production process,often resulting in retaining ring on the seat frame prop open welding, loss,Loss of positioning the furnace shell.By optimizing the transformation,Prestressed block mounts adapt to the furnace shell,trunnion ring deformation,While increasing the strength of the stopper holder,Completely solve the problem of retaining the seat frame off.

BOF;block mounts;optimization;transform

图5 预应力挡座托圈上平面布置图

图6 预应力挡座托圈下平面图

TF748.2

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1001-5108(2015)05-0079-04

罗丹,高级工程师,主要从事冶金设备管理方面的工作。