80吨转炉改造的可行性分析

陈 亮

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部机动设备科，莱芜 271104）

某钢铁工厂中80吨转炉整体结构为活炉底死炉帽结构，炉身与炉底采用了可拆式联结方式进行联结，这种结构的转炉在进行修筑时使用了下修法进行修筑，即炉衬砖是经过炉身下方的方式进入到炉内进行修筑。活炉底死炉帽结构的优势在于它的砌造过程比较简单，缺点是这种结构的转炉炉壳下部结构比较复杂，重量较大。为更好地进行安全生产，需要将80吨转炉的活炉底改造成为死炉底，死炉底结构具有重量较轻、结构简单、安全可靠等优点。在进行改造完毕后，转炉出现故障时需要使用上修法进行修炉，即炉衬砖是经过上炉口的方式进入到炉内进行修筑。在进行活炉底结构改造成为死炉底结构时，必须去除原炉壳下部区域内的上、下吊座和销钉，才能将炉身和炉底焊死，达到活炉底结构改造成为死炉底结构的目的。由于转炉下部原本的上下吊座数量较多，重量也比较大，且所处位置和耳轴中心线距离较远，拆除上下吊座会对转炉的倾动力矩和重心产生较大的影响，为保证在改造完成后，转炉炉体重心稳定，炉体结构可靠耐用，能够达到安全生产标准，实现正常运行，必须以改造后的炉体为蓝本，建立起新炉、老炉、炉口存在结渣的老炉三种模型，计算分析其处于不同倾动角度下的倾动力矩与重心，从而更好地进行转炉炉体结构改造[1]。

1 转炉倾动力矩的计算

转炉的倾动力矩可以分为三部分，分别是空炉力矩、耳轴摩擦力矩和炉液力矩。空炉力矩指的是炉体和炉衬在没有炉液影响下，由自身重量引起的力矩；耳轴摩擦力矩指的是在转炉进行倾动时，耳轴上产生的摩擦力矩，力矩方向始终和炉体的倾动方向相反，大小基本不会发生改变；炉液力矩指的是由于炉内铁水和炉渣重量引起的力矩。利用三维设计软件进行设计建模，绘制出80吨转炉的炉衬和炉体装配，在物理特性选项里对各自的构成材料进行定义，尽量贴合现实转炉情况，软件能够将炉衬和炉体的质量大小与重心位置直接计算出来，再将炉体模型和炉衬模型装配在一起，就能对空炉的重心位置和质量进行确定。

将空炉的炉壳材料设定为Q345R，炉壳的密度为7850kg/m³，炉衬的材料设置为镁碳砖，炉衬密度为2900kg/m³，在原有转炉中，耳轴中心线和炉壳最低点的距离为3775mm，在进行改造时，耳轴中心线和炉壳最低点的距离不变。在进行转炉倾动力矩的计算时，以耳轴中心点为坐标原点，将水平方向延长线作为X轴，竖直方向延长线作为Y轴，耳轴轴线延长线作为Z轴，建立起立体坐标系。

空炉力矩的计算公式为Mk=mkg×L，式中Mk是空炉力矩，mk为空炉的质量，g是重力加速度，L则是力臂。

炉液力矩的计算公式为Md=mdg×L，式中Md是空炉力矩，md为炉液的质量，g是重力加速度，L则是力臂。其中，由于炉液是由铁水和炉渣这两部分组成的，铁水的质量为1.1×G，炉渣的质量为0.15×G（G为平均出钢量），炉液质量为铁水质量与炉渣质量之和。

计算耳轴摩擦力矩公式为M=±(mk+md+mi+mx)gud/2，式中M为摩擦力矩，mk空炉质量，md是炉液质量，取值为100t，mi是托圈质量，mx是倾动装置质量，g为重力加速度，u为轴承的摩擦系数，d是耳轴轴承的直径，耳轴的摩擦力矩方向和转炉转动方向一直保持相反[2]。

2 计算新炉的倾动力矩

利用三维模拟软件，进行模拟实验设计，让新炉的空炉与炉液绕着设计耳轴分别进行旋转，旋转角度每增加10°，对重心位置进行一次记录，根据实验分析，当旋转角度增加到59.86°时，开始进行出钢，当旋转角度增加到96.17°时，开始进行倒渣，当旋转角度增加到121.56°时，完成倒渣工作，将重心中的X轴坐标作为力臂，当倾动角度为0°时，空炉力矩为-33.2kN·m，炉液力矩为0kN·m，耳轴摩擦力矩为-33.2kN·m；当倾动角度为20°时，空炉力矩为181.8kN·m，炉液力矩为351.3kN·m，耳轴摩擦力矩为533.1kN·m；当倾动角度为59.86°时，空炉力矩为521.6kN·m，炉液力矩为563.3kN·m，耳轴摩擦力矩为1084.9kN·m；当倾动角度为60°时，空炉力矩为522.2kN·m，炉液力矩为560.2kN·m，耳轴摩擦力矩为1082.4kN·m；当倾动角度为80°时，空炉力矩为606.9kN·m，炉液力矩为170.3kN·m，耳轴摩擦力矩为777.2kN·m；当倾动角度为100°时，空炉力矩为618.7kN·m，炉液力矩为-48.5kN·m，耳轴摩擦力矩570.2kN·m。由此可见，新炉的空炉力矩与炉液力矩合成力矩峰段出现在转炉倾动角度为60°时。

3 计算旧炉倾动力矩

根据上述的空炉力矩计算公式、炉液力矩计算公式以及耳轴摩擦力矩计算公式，使用三维建模计算进行绘制，能够发现当倾动角度为0°时，空炉力矩为-32.5kN·m，炉液力矩为0kN·m，耳轴摩擦力矩为-32.5kN·m；当倾动角度为20°时，空炉力矩为82.8kN·m，炉液力矩为407.1kN·m，耳轴摩擦力矩为489.9kN·m；当倾动角度为65.3°时，空炉力矩为287.8kN·m，炉液力矩为782.9kN·m，耳轴摩擦力矩为1070.7kN·m；当倾动角度为70°时，空炉力矩为287.8kN·m，炉液力矩为782.9kN·m，耳轴摩擦力矩为1070.7kN·m；当倾动角度为90°时，空炉力矩为331.7kN·m，炉液力矩为31.6kN·m，耳轴摩擦力矩为363.3kN·m；当倾动角度为100.23°时，空炉力矩为333.4kN·m，炉液力矩为-69.6kN·m，耳轴摩擦力矩为263.8kN·m；当倾动角度为120°时，空炉力矩为303.4kN·m，炉液力矩为-0.9kN·m，耳轴摩擦力矩为302.5kN·m；由此可见旧炉的空炉力矩与炉液力矩合成力矩峰段出现在转炉倾动角度为60°时[3]。

4 计算炉口有结渣的旧炉倾动力矩

在日常的炼钢生产过程中，由于高温的影响，在炉口和挡渣板上总是会存在着大量的结渣，如果将炉口的结渣率作为6.25%，80吨转炉的结渣重量为5吨，同时由于炉口的结渣和耳轴中心线距离较远，对于转炉的倾动力矩和重心影响较大，因此在进行转炉倾动力矩计算时，应该将结渣加入到计算条件中，由于现实生产中，炉口结渣的位置不确定，只能进行大概的估算，在进行模拟演算时将结渣的位置放到炉口位置，即能够对转炉倾动力矩和重心产生最大影响的位置，进行模拟计算，通过计算，能够发现：当倾动角度为0°时，空炉力矩为-32.6kN·m，炉液力矩为0kN·m，耳轴摩擦力矩为-32.6kN·m；当倾动角度为20°时，空炉力矩为17.5kN·m，炉液力矩为407.1kN·m，耳轴摩擦力矩为424.6kN·m；当倾动角度为65.3°时，空炉力矩为114.3kN·m，炉液力矩为782.9kN·m，耳轴摩擦力矩为897.2kN·m；当倾动角度为70°时，空炉力矩为121.1kN·m，炉液力矩为625.5kN·m，耳轴摩擦力矩为746.6kN·m；当倾动角度为90°时，空炉力矩为140.6kN·m，炉液力矩为31.6kN·m，耳轴摩擦力矩为172.3kN·m；当倾动角度为100.23°时，空炉力矩为143.4kN·m，炉液力矩为-69.6kN·m，耳轴摩擦力矩为73.8kN·m；当倾动角度为120°时，空炉力矩为138.1kN·m，炉液力矩为-0.9kN·m，耳轴摩擦力矩为137.2kN·m，因此可见，带有炉口结渣旧炉的空炉力矩与炉液力矩合成力矩峰段出现在转炉倾动角度为60°时。

5 结语

利用全正力矩原则为基础，推导出炉体倾动力矩，通过三维建模软件进行模拟实验，发现在不考虑炉口结渣的条件下，新炉模型与旧炉模型都适用于全正力矩原则，而有炉口结渣的旧炉模型无法适应全正力矩原则。但由于模拟使用的是极限条件，所以可以将该80吨转炉从活炉底改造为死炉底。为保证转炉安全可靠运行，在进行新转炉的设计时需要在炉底设置配置处理，及时对已有转炉进行结渣清除，避免产生负力矩，从而达到安全生产的目的。

[1]吴锦平，尹庆凯，赵大帅，等.80t转炉改造的可行性分析[J].重型机械，2014，12（1）：90-94..

[2]时慧斌.浅析新技术在转炉改造中的应用[J].机械工程与自动化，2014，12（5）：183-184.

[3]花少奎.炼钢转炉安装施工工艺[J].城市建设理论研究，

2014，5（12）：26-28.