时慧斌

（山西太钢炼钢二厂 设备能源科，山西 太原 030003）

1 概述

太钢炼钢二厂南区2＃、3＃两台80t转炉，炉壳、托圈从2001年投入使用，服役10余年来，均已达到蠕变极限，虽经过数次修补，但由于炉壳、托圈变形开焊严重，球铰装置存在缺陷，耳轴密封以及炉口使用周期缩短等严重问题，导致2＃、3＃转炉运行状态极不稳定。

2 转炉存在的重大隐患

2.1 转炉炉壳内部严重开裂

对转炉炉壳内部进行检查，发现其内部焊缝多处出现裂纹，热影响区的母材出现撕裂，如图1、图2所示。

图1 2＃转炉炉壳内部裂纹（总长3 520mm）

图2 3＃转炉炉壳内部裂纹（总长2 130mm）

2.2 炉壳、托圈变形严重

判断转炉炉壳、托圈是否变形，二者之间的间隙是重要参数之一。根据图纸资料，炉壳及托圈间隙原设计尺寸为150mm，2009年中修时，对炉壳与托圈间隙进行测量，数据如表1所示。

表1 2＃、3＃转炉炉壳与托圈间隙测量表 mm

表1数据显示，3＃转炉最小间隙为20mm，最大间隙为200mm；2＃转炉最小间隙为30mm，最大间隙为180mm。由此得出，两个转炉炉壳、托圈均严重变形。

2.3 托圈散热孔开焊严重

转炉托圈采用箱体分段焊接，自然水冷，由于炼钢过程中受热以及出钢出渣时受力，导致散热孔焊缝开裂严重，如图3所示，检修时需经常性补焊。

图3 托圈散热孔开裂情况

2.4 炉壳吊挂装置隐患重重

转炉吊挂机构及限位装置承受炉壳的轴向载荷和对炉壳的定位导向，属于转炉关键部件。2＃、3＃转炉吊挂系统原设计为三点球铰支撑机构，安装在炉壳支撑法兰与托圈销座之间，成120°均布，如图4所示。2008年以来，3＃转炉的托圈上限位装置曾出现3次撕裂，每次检修都对其进行检查加固。转炉日常摇炉时经常出现异音。2009年中修前，由于炉壳热变形、综合受力等原因，3＃转炉支撑机构轴销发生3次窜出，严重影响了设备的运行和安全生产。

图4 转炉三点球铰支撑机构

3 原因分析及改造方案

3.1 炉壳、托圈变形开裂的原因及改造方案

炼钢过程中，随着出钢温度的升高及应用了传热系数较大的Mg－O转炉衬等因素，使得转炉炉壳温度升高，炉壳长期工作在接近或超过蠕变温度的高温下，导致炉壳发生严重的热蠕变变形，使炉壳与托圈之间的间隙减小，甚至使炉壳顶靠托圈，危及安全生产。解决此问题的办法只有2个，其一是提高炉壳用钢的热强性，其二是加强对炉体的冷却。具体措施如下：

（1）2＃、3＃转炉炉壳、托圈材质为16Mng，它具有较高的强度、较好的焊接性能和耐开裂性能，但其抗热蠕变的性能较差（蠕变温度400℃）。通过对炉壳、托圈常用钢号的理化性能进行分析比较（见表2、表3），在本次改造中，我们采用低合金耐热钢16Mo3。

表2 16Mng、16Mo3化学成分对照表 %

表3 16Mng、16Mo3力学性能对照表

从表2和表3可知，新材料16Mo3与原材料相比，具有较好的高温性能和抗热蠕变性能，具有较高的耐热强度，且无热脆性，一般在正火和高温回火后使用，具有良好的焊接性以及延展性。采用的专用焊接材料在室温力学性能、高温强度、抗蠕变性能等方面与母材完全匹配，能确保焊接接头性能，也具有良好的施焊性。

（2）加强对炉体的冷却，控制其表面温度，是延长转炉炉壳寿命的有效措施之一。在这次更换改造过程中，对2＃、3＃转炉炉壳的炉帽部分进行重新设计，其方法是用角钢倒扣焊接在冷却锥形段，角钢垂直布置，上、下分别与半圆管制作的集水管相通，垂直角钢和集水管焊接在炉帽锥体上。为了加强冷却效果，将冷却通道分成若干组群，各组群串联连接在供、排水管上，以改善冷却水循环系统，有效地对炉口法兰、炉帽进行冷却。炉口采用4块分体式球墨铸铁炉口，内部作加强并埋管通水，循环水强制冷却，结构简单，坚固耐用且不粘炉渣，维修方便。炉壳下半部分采用自然风对其进行冷却，控制温升变形。

（3）为有效控制托圈的塑性变形及开裂现象，对托圈重新进行设计，对内部加强筋进行了优化，取消了原设计腹板上均布的散热孔，同时冷却方式由水冷改为风冷，以改善托圈的冷热交变所带来的应力集中，提高了其抗裂能力。

3.2 炉壳吊挂系统事故原因分析及改造方案

3.2.1 原因分析

通过对转炉吊挂系统近年来发生的事故进行分析，发现其主要原因如下：①吊挂螺栓拧紧后两球面不同心，自由度不足，径向偏摆受阻，侧向（或环向）无偏摆功能；②3＃转炉3个球铰悬挂装置长期以来一直调整不到一个比较合理的水平位置，阻碍了其正常功能的发挥；③炉壳整体受力不均匀，转炉在出渣和出钢时耳轴两侧声音异常；④炉膛内钢水、钢渣约重80t，摆动很大，在出钢、出渣时产生剪力、切力，得不到均衡释放，造成水平支撑限位装置开焊或撕裂。

3.2.2 改造方案

通过对比，敲定了炉壳与托圈联接的最终方案，变原设计的上悬挂系统为下悬挂系统，选用了VAICON连杆吊挂系统，见图5。

图5 转炉VAI－CON连杆吊挂系统

这种下悬挂系统，取消了原设计中的承重板，使得炉壳整体重心下移，优化了力学系统，降低了转炉倾动机构的负荷。该连杆吊挂系统由5组摆动连杆机构组成，其中3组摆动连杆安装在托圈下部，用于吊挂炉体，另2组摆动连杆水平放置在两耳轴侧的托圈下部。5组摆动连杆机构构成转炉炉体和托圈连接的力学静定结构。连杆自身只受拉力或压力，无弯曲力矩；导向座将炉体横向定位在托圈上。转炉与托圈间连杆两端装有关节轴承，允许任何方向的旋转运动，通过销将连杆分别连接到炉体外壳的销座和托圈下翼的销座。该机构的优点是不需维修，可无约束地吸收炉壳膨胀，设备倾动过程中无冲击。

4 结束语

太钢炼钢二厂南区2＃、3＃转炉炉壳改造工程于2012年8月顺利实施，到目前为止运行良好，是一例成功的改造工程。

［1］ 北龙二.转炉炉体的长寿化［J］.赵明涛，译.国外钢铁，1990（3）：27－32.

［2］ Bone B，Brilich M.炼钢转炉的修复［J］.李昌源，译.国外钢铁，1994（2）：25－30.