爐殼

我國冶煉技術(shù)發(fā)展及煉鐵工藝,闡述了作用在高爐爐殼上的荷載工況及荷載效應(yīng).作者針對前蘇聯(lián)KD公式已不適應(yīng)現(xiàn)代化大型高爐強化冶煉爐殼使用壽命的需要和國內(nèi)尚無計算爐殼厚度統(tǒng)一表達(dá)式的狀況,總結(jié)了這二十年來設(shè)計1000～4000m3級大型高爐設(shè)計和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗,對爐殼厚度與直徑的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計分析,并歸納出了計算爐殼厚度的回歸方程式,該式具有操作性強和一定的實用價值,為設(shè)計工作者提供了方便.

太原鋼鐵集團(tuán)3#高爐易地大修工程高爐爐殼安裝焊接的工程特點及難點,分析了安裝需要解決的焊接技術(shù)難題,并采取了相應(yīng)的技術(shù)措施及質(zhì)量管理措施,取得了較好的效果.2100433B

1950年美國發(fā)明了第一臺小型(4.5kg)真空電弧凝殼爐。后來各國又出現(xiàn)了電子束凝殼爐、等離子體凝殼爐等，但常用的是真空電弧凝殼爐，簡稱真空凝殼爐 。

大型高爐爐殼制作工法適用范圍

《大型高爐爐殼制作工法》適用于冶金行業(yè)高爐爐殼及大型非標(biāo)容器、塔器、風(fēng)力發(fā)電塔筒的制造。

大型高爐爐殼制作工法工藝原理

《大型高爐爐殼制作工法》的工藝原理敘述如下：

爐殼鋼板厚，各段形狀不同，成形時根據(jù)不同的部位，采用不同的加工方法，保證爐殼的尺寸達(dá)到設(shè)計要求；爐殼上孔型多，角度、大小各異，制孔時采用不同的設(shè)備和不同的方法使各孔滿足爐殼工藝裝配需要；爐殼整體尺寸大，工廠分塊多，為保證現(xiàn)場安裝需要，在工廠進(jìn)行循環(huán)預(yù)組裝，做好組裝標(biāo)記，使得現(xiàn)場安裝順利、省時。

大型高爐爐殼制作工法施工工藝

• 工藝流程

《大型高爐爐殼制作工法》的工藝流程見圖1、圖2。

• 操作要點

《大型高爐爐殼制作工法》的操作要點如下：

一、放樣、下料、坡口加工

1.爐殼板采用計算機進(jìn)行1:1比例放樣，將CAD的電子版圖通過轉(zhuǎn)化軟件轉(zhuǎn)化為數(shù)控切割代碼后進(jìn)行數(shù)控編程，鋼板下料前進(jìn)行噴粉，噴出切割線、檢查線、孔的輪廓線和中心線等，根據(jù)轉(zhuǎn)化的外徑檢查圖進(jìn)行檢查。

2.爐殼板全部使用數(shù)控火焰切割機進(jìn)行切割，根據(jù)噴粉時的切割程序進(jìn)行切割，對不要切割的部位在CAD中刪除，重新形成切割語言進(jìn)行火焰切割。爐殼板厚在50~100毫米。割嘴選擇6號以上，切割時控制割嘴的行走速度。氣割表面精度按表1執(zhí)行，氣割的誤差控制按表2執(zhí)行。

切割后爐殼鋼板的尺寸極限偏差為±2毫米，兩對角線長度之差不大于3毫米，并應(yīng)考慮留有焊接收縮余量。

3.爐殼坡口均采用火焰進(jìn)行切割，橫縫坡口采用裝有導(dǎo)向裝置的半自動火焰切割機切割，豎縫坡口在余量切割后采用軟軌切割機切割，對于不同板厚的對接坡口采用1:4的比例進(jìn)行過渡。

二、爐殼成形

1.爐缸、爐腹、爐腰、爐身段為直段或小錐角段，成形時采用卷板機卷制成形。卷制時先進(jìn)行預(yù)彎，成形過程中采用立體樣板在檢查線部位進(jìn)行檢查，當(dāng)樣板與成形后爐殼間隙最大不大于2毫米視為合格。檢查樣板的長度不得小于1.5米。樣板檢查見圖3。

2.煤氣封罩成形

1）煤氣封罩捕集段∶煤氣封罩捕集段為雙曲面，由于尺寸較大，成形采用鋼板加熱后模壓成形。模具采用鋼板制作，分為上模和下模，內(nèi)部填充耐高溫的填充料，以減少模具的用鋼量，模具簡圖見圖4。

鋼板加熱采用加熱爐加熱，入爐時設(shè)有支墊，避免工件直接與爐底接觸。入爐溫度在300~400℃左右，升溫速度控制在100℃/小時以內(nèi)，加熱溫度升至900~930℃，保溫65~90分鐘，放置于專用模具上壓制。加熱溫度曲線見圖5，成形后用立體模具進(jìn)行檢查。

2）煤氣封罩錐體段；煤氣風(fēng)罩錐體段成形采用壓力機壓制成形，下料噴粉時噴出壓制線，壓制刀具采用圓型刀具，以防止壓制過程中出現(xiàn)壓痕。

三、爐殼校正

爐殼成形后進(jìn)行單塊爐殼檢查，在單塊檢查平臺上放出落位線，落位畫線半徑比設(shè)計圖紙大3毫米彌補豎縫焊接收縮，設(shè)置內(nèi)卡板，上口吊線錘檢查上口圓度，檢查項目見表3，變形部位局部火焰校正，劃好余量切割線。單塊檢查見圖6。校正后的爐殼容許偏差見表3。

四、爐殼制孔

高爐爐殼由于工藝要求爐身分布著各種孔洞，有冷卻壁水管孔、螺栓孔、灌漿孔、測溫孔、測壓孔、保護(hù)板吊掛孔等20多類孔洞，數(shù)量達(dá)萬個以上，需要進(jìn)行詳細(xì)的計算和施工圖設(shè)計，以保證材料的定購和爐殼的制造。

對各種孔洞的制孔分為二種方法進(jìn)行∶第一種是平板狀態(tài)下制孔然后輥壓成形；第二種是輥壓成形后再制孔。圖7為典型孔洞形式圖，針對不同的孔洞形式，制孔方法見表4。

1.平板狀態(tài)下制孔∶爐殼直段上的冷卻壁水管孔包括螺栓孔、灌漿孔、測溫孔、測壓孔，對此類孔采用平板制孔。采用平板制孔的孔特點∶

1）孔徑不大，平板制孔后再成型孔徑變化較小。

2）除保護(hù)板吊掛孔及冷卻壁水管孔外，其他孔的孔中心線均垂直于其所在的爐帶。

3）螺栓孔、灌漿孔、測溫孔、測壓孔等孔中心線交于爐心。

4）冷卻壁中心線交于爐心，冷卻壁上水管孔平行于冷卻壁中心線。冷卻壁水管平行于地面。

板材在成型前平板制孔，然后再卷板，板材在卷板過程中會出現(xiàn)板材中性層向外擴展，中性層向內(nèi)收縮的情況，擴展和收縮量根據(jù)孔洞大小和板材成型后的曲率大小不同變化。但高爐爐殼半徑很大，可以視板厚中心為中性層。平板狀態(tài)下的開孔因板厚造成成形后板內(nèi)、外壁尺寸不同，ф50毫米左右的孔洞孔徑變化只有0.3毫米，可以按設(shè)計尺寸制孔，對于十字測溫孔、冷卻壁水管孔、冷卻板孔、保護(hù)板吊掛孔等需要計算放大進(jìn)行包絡(luò)，圖8為平板狀態(tài)下制孔后的內(nèi)外壁變化，圖9為孔中心平行于爐中心孔徑計算簡圖。

2.成型后制孔工藝

1）對開孔中心不垂直于爐殼鋼板的水管孔等采用具有角度調(diào)節(jié)裝置的小池火焰切割機進(jìn)行切割。

2）對于風(fēng)口、鐵口、煤氣導(dǎo)出管孔由于開孔尺寸大，精度要求高，制孔時采用自主開發(fā)的吸附式激光跟蹤火焰切割機切割。

五、爐殼風(fēng)口段加工

1.風(fēng)口大套裝配

風(fēng)口大套加工時要求內(nèi)外口機加平行，兩口徑同心，并在與中套接觸面預(yù)留二次加工余量，將內(nèi)口內(nèi)半徑縮小15毫米作為焊接熱處理變形的加工余量，并在大套內(nèi)外口做好四芯標(biāo)記，見圖10。風(fēng)口大套裝配前在鋼平臺上進(jìn)行放樣，放出1/8風(fēng)口段及各大套在平臺上的投影，打上樣沖標(biāo)記，便于大套裝配時進(jìn)行定位檢查。

大套和法蘭進(jìn)廠后檢查四芯線，采用專用吊板進(jìn)行大套和法蘭的裝配，大套裝配過程見圖11，大套送入風(fēng)口大套孔后用導(dǎo)鏈調(diào)平，法蘭的裝配方法與大套相同。

裝面配時與風(fēng)口帶大套制孔四芯線對準(zhǔn)，通過全站儀測定大套中心的安裝高度和角度，利用角度調(diào)節(jié)板調(diào)整大套安裝角度，高度調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)大套組裝高度，調(diào)整合格后，調(diào)整板間焊接固定，大套與風(fēng)口帶點焊固定。調(diào)整及加固見圖12。

2.大套二次加工定位

爐殼組裝調(diào)整結(jié)束后在中央測量架上放置全站儀，確定大套二次機加工的準(zhǔn)確位置，按照測量結(jié)果重新設(shè)置大套內(nèi)口四芯線，做好樣沖標(biāo)記，并用劃規(guī)畫出機加線，采用三維激光動態(tài)跟蹤儀進(jìn)行復(fù)核，見圖13。

大套機加工時，以爐殼上的高度基準(zhǔn)線為參照線將風(fēng)口1段找平，爐殼垂直放置，固定在數(shù)控落地鏜銑床操作臺上，爐殼與操作臺間設(shè)置放傾斜裝置，防止加工過程中顫動或傾倒。調(diào)整中間大套中心線與鏜銑軸平行，通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整動力頭，加工大套連接面，加工過程中注意進(jìn)刀量，采用多次加工，最后用球墨鑄鐵錐套進(jìn)行碾磨。一個大套加工完成后，旋轉(zhuǎn)操作臺，使大套中心與鏜銑軸平行依次進(jìn)行加工。

六、爐殼組裝

1.爐殼組裝平臺：爐殼組裝平臺采用鋼平臺或鑄鋼平臺進(jìn)行，組裝平臺表面超平，整體不平度不得大于2毫米，組裝平臺布置見圖14。

2.爐殼單帶預(yù)組裝

爐殼組裝時在組裝平臺中心放置測量胎架，在組裝平臺上標(biāo)好爐殼的落位輪廓線、爐殼中心及四芯線。將爐殼按地樣的落位輪廓線，按殼體下料時標(biāo)記的角度線對照四芯線落位，落位后防止?fàn)t殼傾倒，設(shè)置臨時支撐。在組裝平臺的落位輪廓線兩邊根據(jù)每帶爐殼的斜度做好卡板，方便爐殼落位，見圖15。

3.爐殼循環(huán)預(yù)組裝

為了保證爐殼整體制作精度，爐殼加工完成后進(jìn)行循環(huán)預(yù)組裝，方便現(xiàn)場安裝。爐殼多段組裝時，第一段按照單帶組裝的方式先組裝成整圈。然后在下帶的上口焊接限位擋塊。上段爐殼插入限位擋塊中。然后每塊用夾具連接成整圈。最后加上臨時支撐，見圖16。爐殼循環(huán)預(yù)組裝見下圖17。

4.爐殼組裝檢查

除調(diào)整塊爐殼外，其他爐殼落位后對該帶爐殼進(jìn)行檢查，檢查項目如下∶

1）爐殼橢圓度的檢查（上下口均分16點）；

2）爐殼標(biāo)高（上下口分均16點）；

3）爐殼上口水平度（上下口均分16點）；

4）爐殼上下口同心度；

5）爐殼錯邊量（上下口均分16點）；

6）爐殼制孔檢查。

爐殼預(yù)組裝后尺寸允許偏差見表5。

七、爐殼焊接

爐殼用材料根據(jù)爐型、廠家、區(qū)域不同分為Q235C、O345C、BB503等，表6中給出焊接方法和材料是以某鋼廠5000立方米高爐為參照選用，在制作時焊接材料依據(jù)母材來選用。

1.焊接方法及焊接材料

爐殼制作主要焊縫類型、焊接方法及焊接材料選用見表6。

2.焊接工藝

1）焊前準(zhǔn)備

焊前進(jìn)行技術(shù)和安全交底。

焊前，焊縫坡口及附近20毫米（手工電弧焊、CO₂氣體保護(hù)焊）或40毫米（自動焊）范圍內(nèi)清除凈油、銹等污物。

定位焊焊接方法與打底焊相同，焊接要求同正式焊接。定位焊牢固可靠，定位焊不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。

施焊前，復(fù)查組裝質(zhì)量、定位焊質(zhì)量和焊接部位的清理情況，如不符合要求修正合格后方施焊。爐殼裝配質(zhì)量要求見表7。

現(xiàn)場施焊前檢查腳手架等臨時設(shè)施是否安全可靠。

預(yù)熱∶

（1）對于板厚大于36毫米的BB503鋼板，施焊前進(jìn)行預(yù)熱（自保護(hù)立焊除外），預(yù)熱溫度為120℃。預(yù)熱范圍為焊縫兩側(cè)，每側(cè)寬度不小于板厚的2倍，且不小于100毫米，預(yù)熱測溫點在距焊縫50毫米處。

（2）施焊現(xiàn)場環(huán)境溫度低于0℃時，在始焊點附近100毫米范圍內(nèi)采用火焰預(yù)熱30℃以上方可施焊。

2）焊接過程

（1）引弧在焊道內(nèi)進(jìn)行，不能在焊道區(qū)以外的母材上起弧。

（2）施焊中，應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應(yīng)將熔池填滿。

（3）多層多道焊時，接頭錯開50毫米以上，并連續(xù)施焊。

（4）每一層焊道焊完后及時清理檢查，清除缺陷后再焊。

（5）焊縫出現(xiàn)裂紋時，焊工不得擅自處理，立即上報，由技術(shù)人員查清原因、訂出修補工藝后，方可處理。

3）焊后

焊接完畢，焊工及時清理焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺物，檢查焊縫外觀質(zhì)量。檢查合格后在規(guī)定部位打上焊工鋼印或做好記錄，利用預(yù)熱設(shè)備進(jìn)行消氫處理。橫縫焊完后，立即升溫到250℃，恒溫2.5~3小時，然后緩冷。對于風(fēng)口大套與風(fēng)口段，焊后進(jìn)爐進(jìn)行熱處理，熱處理曲線見圖18。

4）焊接參數(shù)

（1）手工電弧焊焊接工藝參數(shù)見表8。

（2）CO氣體保護(hù)焊焊接工藝參數(shù)見表9。

（3）KES法電渣焊工藝參數(shù)見表10。

3.焊縫質(zhì)量檢驗

1）外觀檢驗

焊縫質(zhì)量檢驗按《煉鐵機械設(shè)備工程安裝驗收規(guī)范》GB 50372-2006進(jìn)行，低碳鋼焊接完畢冷卻后即可進(jìn)行外觀檢查。低合金鋼焊縫焊接完畢24小時后方可進(jìn)行外觀檢查。

對接焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合表11中Ⅲ級的規(guī)定。

角焊縫的焊角高度應(yīng)符合設(shè)計文件的規(guī)定，其外形應(yīng)平緩過渡，表面不得有裂縫、氣孔、夾渣等缺陷，咬肉深度不得大于0.5毫米。

2）無損檢測

無損檢測在外觀檢查合格后進(jìn)行。對接焊縫及熔透T形焊縫內(nèi)部質(zhì)量采用超聲波探傷，按《承壓設(shè)備無損檢測》GB11345執(zhí)行。合格級別∶B類Ⅱ級。檢測比例∶10%。

真空電弧凝殼爐結(jié)構(gòu)示意于圖1。

凝殼爐坩堝多采用水冷銅坩堝(根據(jù)需要也可采用帶有水冷套圈的石墨坩堝)。熔煉真空度一般為5~5×10^-1Pa。

真空凝殼爐熔煉時，電弧熔化自耗電極形成的液體金屬聚集在水冷銅坩堝內(nèi)。為了盡快地獲得大量熔融金屬，需使用較高的熔煉功率，但所供入的電流和由此引起的金屬過熱不應(yīng)使在坩堝內(nèi)壁上形成的凝殼熔化。當(dāng)用自耗電極熔煉完所需要的金屬量時，斷開電源，并迅速傾轉(zhuǎn)坩堝將液體金屬注入錠模或鑄型 。