铜冶炼系统转炉新型烟罩施工技术

2022-11-30强永厚

现代制造技术与装备 2022年10期

强永厚

（八冶建设集团有限公司，金昌 737100）

1 工程概况

在铜冶炼工艺中，转炉为圆筒状回转型冶金设备。炉门一般分布在炉体中间位置。在冶炼过程中，炉门为关闭状态，防止液态金属、烟气溢出。在液态金属出炉时，烟罩需要完全开启，而一般的转炉烟罩为旋转式。由于转炉工作时温度高，烟罩受热容易变形。传动装置由于长期受灰尘浸蚀，导致烟罩很难灵活开启。旋转式烟罩开启后占用空间较大，很容易被抬包碰撞变形，存在很大的安全隐患。近年来，随着对转炉设备技术的改进，转炉烟罩由传统的旋转式改进为平开式。新型转炉烟罩由移动小车、左右推拉门、导向装置、上下部固定烟罩及挡火门等主要部件组成。烟罩开启时，左右推拉门由移动小车带动沿轨道移动，不占用车间空间，且抬包也不会碰撞烟罩。该新型烟罩采用循环水冷却，大大降低了烟罩本体的温度，最大限度减少了烟罩变形情况，延长了烟罩使用寿命，降低了生产成本，具有广阔的使用价值。

以公司承建的某铜业公司转炉烟罩改造工程为例，公司熔炼车间3台转炉进行了烟罩改造安装，以确保转炉烟气实现充分收集处理。在距离转炉纵向中心线3 300 mm位置，制作安装两个H型钢结构平台，平台顶部标高为7.380 m。在H型钢平台顶部铺设QU80型起重机轨道，移动小车可置于轨道上。同时，在16.395 m标高钢结构安装H型钢轨道，以辅助左右推拉门运行。通过移动小车门座连接耳板，使其与集烟罩推拉门承插耳板连接。通过电机驱动移动小车，带动烟罩推拉门实现左右开合。左右推拉门采用循环冷却水进行冷却。

2 重点难点分析

本工程中铜冶炼转炉新型烟罩属于典型非标机械设备，包括结构主体、机械传动系统、电气系统、水冷循环系统以及自动化检测系统等[1]。一是该新型烟罩结构复杂、所用材料种类多，制作安装工序繁多，制作安装精度要求高。二是转炉新型烟罩采用现场加工制作方式。推拉门体积大、形状为圆弧不规则形，一侧为封闭结构，另一侧为簸箕形结构，加工精度要求高。需针对推拉门设计制作专用胎具，在胎具上整体装配，成对制作，减小制作误差。因此，专用胎具的设计是新型烟罩制作的关键。三是新型烟罩冷却系统中冷却排管的加工尺寸控制至关重要。冷却排管采用的角钢需设计专用的辊制胎具，在卷板机上进行压制弧度。胎具的弧度按照推拉门设计的弧度确定，其中保证角钢辊制的弧度及扭曲变形控制是加工难点。四是转炉新型烟罩安装过程中，如何保证安装精度和如何检测是安装关键。这里采用左右同步对称模块化安装。安装过程中，利用激光水平仪和激光垂准仪随时检测构件水平度和垂直度，若出现偏差，及时调整，确保安装精度符合相关要求。五是项目技术改造施工需高度重视制作、安装、调试时间节点，做好多个部门的统筹协作，保证安全，高质量完成施工任务。

3 转炉烟罩制作

3.1 钢平台制作

施工过程中，转炉烟罩钢结构平台采用Q345B材质，分为4.060 m平台和7.380 m两层钢平台。钢平台上铺设花纹钢板。在7.380 m平台上安装QU80型轨道，采用GDGL-5型轨道固定件固定，用于转炉烟罩移动小车的安装。工程新增13根钢柱，分别与熔炼车间转炉工段原有平台钢柱连接，使其形成框架结构。钢柱钢梁采用热轧H型钢进行制作，在车间原有B轴线钢柱16.920 m标高位置焊接支撑三角支架，用于转炉烟罩导向轨支撑梁的安装[2]。图1为钢平台示意图。

图1 转炉烟罩钢结构平台

3.2 移动小车制作

移动小车车架及配重在加工厂进行制作。减速机成套采购。装配由生产厂家进行工厂装配。每台转炉烟罩包含两台移动小车，且对称制作。移动小车由车架、配重及减速机组成。车架框架由HW 300 mm×300 mm×10 mm×15 mm热轧H型钢焊接而成。所有焊缝均为连续角焊缝，焊缝高度为焊件中薄件厚度，且焊后应进行应力消除。骨架为热轧H型钢组对，小型构件数量多，切割容易变形，零部件全部需要现场矫正处理。组装后焊接量大，焊接变形大，需做矫正处理。小车与主动车轮组进行装配，组装精度及制孔精度要求很高，装配处的焊缝组要打磨平整。安装前需要在加工厂进行装配，装配合格后才能进行现场安装[3]。

3.3 转炉烟罩顶盖制作

烟罩顶盖由角钢和密封挡板组成，顶盖组对在钢平台上进行。密封挡板为3 mm不锈钢板，与角钢骨架焊接时采用A302不锈钢焊条。两端面为3 mm不锈钢板，现场切割焊接。本部件制作主要控制焊接变形，角钢与钢板四周焊接全部为满焊，焊缝高度为3 mm。为了防止较大的焊接变形，中间部分焊缝采用间断焊。焊接完成后，需要对顶盖进行机械矫正。矫正采用4台千斤顶，在钢平台上制作矫正胎具，最终矫正直线度控制在L/1 000。矫正完成后，按图纸要求进行制孔。制作完成后对不锈钢焊缝进行钝化，其余部分进行除锈和涂装。构件堆放时要进行产品防护，底部需要垫木垫实。此外，堆放不宜过高，防止受压变形。

3.4 固定烟罩前盖制作

前盖主要由配重、前盖面板及角钢支撑组成，其中配重为成套供应，前盖及支撑在加工厂进行制作。本构件需要进行预组装调试。构件四周焊缝采用连续焊，中间部分焊缝采用间断焊，焊缝高度为互焊件最小厚度，焊后进行钻孔。支撑主要为角钢制作，面板为4 mm不锈钢板，构件组对在钢平台进行，构件长度及宽度应控制在-5～0 mm，构件对角线尺寸控制在±5 mm。焊接完成后应进行机械矫正，构件矫正在钢平台上采用矫正胎具和千斤顶进行。矫正后构件平面度控制在L/1 000。构件矫正完成后，按要求进行制孔。要求制孔偏差符合图纸要求，孔距应控制在±2 mm。

3.5 转炉烟罩推拉门制作

转炉环境集烟罩推拉门体外形尺寸为3 300 mm×9 497 mm，中间带弧度弯曲，面板厚度为6 mm，骨架为槽钢、角钢及T型钢等。在加工制作和运输中，转炉烟罩推拉门容易发生变形，因此必须有严格、规范的程序才能保证其制作质量。转炉烟罩推拉门构件共制作6件，对称制作，需利用计算机三维建模确定各零部件的几何尺寸后下料，然后制作样板，在卷板机上进行滚弧，弧度偏差控制在±1°。制作过程中要求所有焊缝为连续焊接，焊缝高为焊件中薄件的厚度，焊后进行应力消除。面板拼接尽量避免在水冷区域，焊后不得有渗漏，且焊后打磨光滑。推拉门焊接完成后应进行水压实验，试水压强为0.6 MPa，保压30 min，以不产生压降、无渗漏为合格[4]。

4 转炉烟罩安装

4.1 安装工艺流程

铜冶炼转炉新型烟罩由结构主体、机械传动系统、电气系统、水冷循环系统以及自动化检测系统组成。它的安装工艺流程如下：检查钢平台轨道中心线、标高、长度、水平度以及间距→设置中心标板和基准点→移动小车轨道安装→设置轨道临时挡板→测定上部轨道安装位置→上部固定烟罩安装→下部固定烟罩安装→移动小车安装→导向轨支撑梁安装→小车配重安装→左右推拉门吊装→推拉门位置调整→下部挡火门安装→限位挡块安装→冷却水系统→自动控制系统安装→整体调试试运行→竣工验收。

安装前需仔细检查推拉门、移动小车各连接部位尺寸，防止出现左右推拉门闭合效果不佳导致后期无法进行调整的问题。每台转炉左右两个钢平台轨道梁的中心线。标高应来源于同一个安装基准，下部轨道中心线、标高、水平度检测基准应保持一致。通过试验确定小车限位装置的安装位置，确保左右推拉门闭合时闭合线与转炉中心重合。调整时应仔细检查推拉门闭合情况、推拉门间隙、整体水平度与垂直度等，仔细检查移动小车车轮与下部轨道的接触情况，以及上下两个安全档轮与上部轨道的接触情况。

4.2 吊装机械选择

转炉烟罩安装高度为16.92 m，最重吊装构件为上部固定烟罩，质量为13.38 t。通过计算，选用50 t汽车起重机进行吊装，安全系数取8，取钢丝绳的抗拉强度为1 570 MPa，双索吊装。综合考虑现场实际情况，上部固定烟罩的吊装采用50 t汽车吊进行吊装。吊车工作半径6.5 m，杆长25.4 m，可满足吊装要求。其余构件采用25 t汽车吊进行吊装。

4.3 关键部件安装

4.3.1 移动小车轨道安装

待轨道垫板安装完毕后，需根据纵横中心线位置画出轨道固定螺栓位置，然后用磁力钻钻孔，钻孔完毕检查合格后开始安装下部轨道。轨道安装时，先穿入螺栓进行固定，然后检查轨道底部与轨道垫板之间的间隙，要求其总接触面积不得少于75%，并检查轨道标高、平行度、整体水平度等数据。安装完成后，应按照表1进行检查[5]。

表1 安装检查项目及其相关内容

4.3.2 上部固定烟罩安装

对于上部固定烟罩安装，将上部固定烟罩顶部、后部斜盖、后盖、前盖、下部框架以及左右侧盖组装成为整体。组装时，各部件按照图纸要求进行装配。组装完成后，各部件的误差应控制在一定范围内，且满足装配精度要求。上部固定烟罩支撑安装完成后，垂直度应控制在L/1 000，支撑架底座应与烟罩钢平台应可靠连接。安装前，先在平台上确定支撑架的位置，并进行划线定位。

4.3.3 推拉门导向轨安装

上部固定烟罩完成后，按钢结构有关规范进行导向轨支撑梁安装。轨道钢梁纵横中心确定后，在轨道两端标记好中心线和标高基准线。标高基准位置要明显，便于测量。

4.3.4 下部固定烟罩安装

下部固定烟罩吊装时要合理选择吊点，防止变形。安装时要同步控制垂直度，且与上部固定烟罩和钢平台可靠连接。

4.3.5 移动小车安装

下部轨道安装完毕后，测定其实际标高，并以此为基准测量小车车轮轮底到上部安全挡轮中心距离，确定上部轨道梁安装位置，做好上部轨道梁定位点。先将减速机与移动小车进行装配，装配后检查符合要求后整体吊装到轨道上。用手拉葫芦进行临时稳固，然后将准备的临时车挡焊接在下部轨道端头钢结构平台和上部轨道上。临时车挡焊接完毕后，方可松开手拉葫芦，再进行配重安装。

4.3.6 左右推拉门安装

左右推拉门安装时应采用50 t和25 t汽车吊进行双机抬吊。推拉门整体吊装到小车连接耳座上，再将推拉门与上部导向轨相连。注意吊装时吊车启动要缓慢、平稳，不得拖拽门体以免发生变形。

4.3.7 下部挡火门安装

推拉门安装完成后，安装下部挡火门导向轮。挡火门先与推拉门用螺栓进行连接，再将导向轮与挡火门连接。

4.4 调整试车

转炉烟罩安装后，此时暂未接通小车正式供电系统，通过手拉葫芦牵引，观察推拉门在小车自由状态下的开合情况，测量小车车轮和下部轨道接触情况，以及安全档轮和上部轨道接触情况，通过测量结果进行动态调整。调整位置确定后，可将推拉门置于开启状态，同时利用手拉葫芦稳固，将推拉门与挡火门按照图纸设计连接，并实现间断焊固定。多次进行小车移动，确认限位挡快位置。待电气工程施工后，给减速机通电，闭合电源，检查检测其运动情况，观察推拉门是否存在异常。正常后可完成试车，实现整体移交验收。